EP0987493B1 - Burner for a heat generator - Google Patents

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für einen Wärmeerzeuger gemäss Anspruch 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Brenners.The present invention relates to a burner for a heat generator according to Claim 1. It also relates to a method of operation of such a burner.

Stand der TechnikState of the art

Herkömmlicherweise werden die Brenner von Gasturbinen im Vormischbetrieb gefahren. Solche Vormischbrenner sind aus EP-B1-0 321 809 und aus DE-195 47 913.0 bekanntgeworden. Durch die stromauf gelegene Brennstoffeindüsung bei solchen Vormischbrennem wird der Brennstoff mit der Luft vorgemischt, bevor die Verbrennung stattfindet. Dadurch wird innerhalb des Brenners ein zündfähiges Gemisch für die weitere Verbrennung bereitgestellt. Im allgemeinen lässt sich feststellen, dass solche zur neuen Generation gehörende Brenner etliche Vorteile bieten, so eine stabile Flammenposition, tiefere Schadstoff-Emissionen (Co, UHC, NOx), eine Minimierung der Pulsationen, einen vollständigen Ausbrand, die Abdeckung eines grosseren Betriebsbereiches, eine gute Querzündung zwischen den verschiedenen Brennern, insbesondere bei gestufter Lasterstellung, bei welcher die Brenner untereinander interdependent betrieben werden, eine Anpassung der Flamme an die entsprechende Brennkammergeometrie, eine kompakte Bauweise, eine verbesserte Mischung der Strömungsmedien, einen verbessertern "Patternfaktor" der Temperaturverteilung in der Brennkammer, d.h. einen ausgeglichenen Temperaturprofil der Brennkammerströmung. Traditionally, gas turbine burners are used in premix mode hazards. Such premix burners are from EP-B1-0 321 809 and from DE-195 47 913.0 became known. Thanks to the upstream fuel injection such premix burners, the fuel is premixed with the air before the Combustion takes place. This will make it ignitable within the burner Mixture provided for further combustion. In general, find that such new generation burners have several advantages offer a stable flame position, lower pollutant emissions (Co, UHC, NOx), minimization of pulsations, complete burnout, coverage a larger operating area, a good cross ignition between the different burners, especially with stepped load position, in which the burners are operated interdependent, an adjustment the flame to the corresponding combustion chamber geometry, a compact Construction, an improved mixture of flow media, an improved one "Pattern factor" of the temperature distribution in the combustion chamber, i.e. a balanced one Temperature profile of the combustion chamber flow.

Treten indessen während des Betriebes nicht voraussehbare Störungen auf, so kann dies zu einer Unstabilität der Flamme führen. Kann sich dann die einmal zurückgesprungene innerhalb des Brenners stabilisieren, brennt sie als Diffusionsflamme mit sehr hoher Temperatur, ca. 1900°C. Innerhalb kurzer Zeit in der Grössenordnung von 10 bis max, 30 Sekunden, überhitzt der Brenner und wird zerstört. Die nachfolgenden Turbinenschaufeln werden dann möglicherweise beschädigt; in jedem Fall muss die Gasturbine gestoppt, inspiziert und repariert werden, was zu immensen Kosten führt.
Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Prototyp-Gasturbinen mit neuer Brenntechnologie oder der Verbrennung von wasserstoffhaltigen Brennstoffen (MBtu- oder LBtu-Gase) besteht diesbezüglich ein hohes Risiko.If, however, unforeseeable faults occur during operation, the flame may become unstable. If the one that has jumped back can then stabilize within the burner, it burns as a diffusion flame at a very high temperature, approx. 1900 ° C. Within a short time in the range of 10 to max. 30 seconds, the burner overheats and is destroyed. The subsequent turbine blades may then be damaged; in any case, the gas turbine has to be stopped, inspected and repaired, which leads to immense costs.
It has been shown that there is a high risk in this regard, in particular in the case of prototype gas turbines with new combustion technology or the combustion of fuels containing hydrogen (MBtu or LBtu gases).

EP-A-0 816 760 beschreibt einen Brenner zum Betrieb einer Gasturbine wobei in der Vormischstrecke stromab der Brennstoffeindüsung mehrere Glasfaser angeordnet sind, welche über optische Sensoren mit dem Regelungssystem der Gasturbine verbunden sind.EP-A-0 816 760 describes a burner for operating a gas turbine with several in the premixing section downstream of the fuel injection Glass fiber are arranged, which via optical sensors with the Control system of the gas turbine are connected.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Brenner und einem Verfahren der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, durch welche eine Stabilisierung der Flamme im Brenner maximiert wird.The invention seeks to remedy this. The invention as set out in the claims is characterized, the task is based on one burner and one Propose measures of the type mentioned at the outset, by means of which stabilization of the flame in the burner is maximized.

Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, die Brenner an passender Stelle mit einem kompakten berührungslosen Flammwächter zu versehen.According to the invention, it is proposed that the burner be fitted at a suitable point compact non-contact flame detector.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass der im Brenner angebrachte Sensor ein Zurückschlagen der Flamme meldet. Daraufhin wird die Premix-Brennstoffmenge reduziert und gleichzeitig die Pilot-Brennstoffmenge erhöht, so dass die Gesamtbrennstoffmenge und somit die Turbinenleistung konstant bleibt. Durch die eine Reduktion, also der Premix-Brennstoffmenge vermag sich die zurückgeschlagene Flamme nicht mehr im Brenner zu stabilisieren, sie wird unweigerlich aus dem Brenner herausgespült. Dadurch lässt sich die Zerstörung des Brenners verhindern.The main advantages of the invention are the fact that the burner attached sensor reports a flame back. Then the Reduced the amount of premix fuel and at the same time increased the amount of pilot fuel so that the total amount of fuel and thus the turbine power is constant remains. By which a reduction, i.e. the amount of premix fuel, is able the retracted flame no longer stabilizes in the burner, it is inevitably flushed out of the burner. This allows the destruction prevent the burner.

Ein solcher Sensor oder Flammwächter lässt sich Hilfe von hochtemperaturfesten Glasfasern realisieren. Die fasern werden so angeordnet, dass ihr Kontrollfeld die gefärdete Bereiche erfasst, nicht jedoch die normal brennende Pilot- und Premix-Flamme. Der UV-Anteil (ca 300-330 nm) der vom Sensor erfassten Strahlung wird mit geeigneten Filtern spektral analysiert. Ueber das Verhältnis der Intensität bei verschiedenen Wellenlängen kann ein Flashback im Brenner innerhalb von Millisekunden erkannt werden. Besteht die Brennkammer aus einer Anzahl von Brennern, so lässt sich durch eine geeignete Datenerfassung feststellen, bei welchem Brenner der Flammenrückschlag stattgefunden hat, und es können geeignete Massnahmen zur Behebeung der Ursachen getroffen werden.Such a sensor or flame monitor can be help of high temperature resistant Realize glass fibers. The fibers are arranged in such a way that their control field endangered areas, but not the normal burning pilot and premix flame. The UV component (approx. 300-330 nm) of the radiation detected by the sensor Spectrally analyzed with suitable filters. About the ratio of intensity Different wavelengths can be flashback in the burner within milliseconds be recognized. If the combustion chamber consists of a number of burners, suitable data acquisition can be used to determine which one Burner of flashback has occurred and suitable ones can be used Measures to remedy the causes are taken.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are characterized in the further claims.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung unwesentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings explained in more detail. All of which are insignificant for the immediate understanding of the invention Features have been left out. The same elements are in the different Figures with the same reference numerals. The flow direction the media is indicated by arrows.

Kurze Bezeichnung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigt:

Fig. 1

eine schematische Ansicht eines Brenners, mit eingebautem Sensor,

Fig. 2

einen Brenner mit stattgefundenem Flashback und mit nachfolgender Stabilisierung der Flamme im Brenner,

Fig. 3

einen schematischen Ablauf der Brennstoff-Steuerung über die Zeit bei einem Flammenrückschlag,

Fig. 4

einen integralen Schnitt durch einen als Vormischbrenner ausgelegten Brenner mit einer Mischstrecke stromab eines Drallerzeugers sowie mit Pilotbrennern,

Fig. 5

eine schematische Darstellung des Brenners gemäss Fig. 1 mit Disposition der zusätzlichen Brennstoff-Injektoren,

Fig. 6

einen aus mehreren Schalen bestehenden Drallerzeuger in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten,

Fig. 7

einen Querschnitt durch einen zweischaligen Drallerzeuger,

Fig. 8

einen Querschnitt durch einen vierschaligen Drallerzeuger,

Fig. 9

eine Ansicht durch einen Drallerzeuger, dessen Schalen schaufelförmig profiliert sind,

Fig. 10

eine Ausgestaltung der Uebergangsgeometrie zwischen Drallerzeuger und Mischstrecke und

Fig. 11

eine Abrisskante zur räumlichen Stabilisierung der Rückströmzone.

It shows:

Fig. 1

1 shows a schematic view of a burner with a built-in sensor,

Fig. 2

a burner with flashback and subsequent flame stabilization in the burner,

Fig. 3

a schematic sequence of fuel control over time in the event of a flashback,

Fig. 4

an integral section through a burner designed as a premix burner with a mixing section downstream of a swirl generator and with pilot burners,

Fig. 5

2 shows a schematic representation of the burner according to FIG. 1 with disposition of the additional fuel injectors,

Fig. 6

a swirl generator consisting of several shells in a perspective view, cut open accordingly,

Fig. 7

a cross section through a double-shell swirl generator,

Fig. 8

a cross section through a four-shell swirl generator,

Fig. 9

2 shows a view through a swirl generator, the shells of which are profiled in a shovel shape,

Fig. 10

an embodiment of the transition geometry between swirl generator and mixing section and

Fig. 11

a tear-off edge for spatial stabilization of the backflow zone.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY

Fig. 1 zeigt eine schematiische Uebersicht eines Vormischbrenners, wobei die Ausbildung eines solchen Brenners in den Fig. 4-11 detailliert beschrieben wird. Grundsätzlich besteht dieser Vormischbrenner aus einem Drallerzeuger 100, aus einer diesem Drallerzeuger nachgeschalteten Mischstrecke 220, wobei in den der Mischstrecke 220 nachgeschalteten Brennraum 30 ein System von Pilotbrennern 300 mit entsprechenden Pilotflammen 70 wirkt. Diese Fig. 1 erfüllt in Verbindung mit Fig. 2 lediglich die Aufgabe, darzulegen, wie das Zurückschlagen 81 der Premixflamme, die hier durch die Rückströmblase 50 dargestellt ist, durch Sensoren 400 erfasst wird, und augenblicklich Abhilfe-Massnahmen eingeleitet werden. Dabei wird stets beobachtet, dass es zu einer Rückzündung von dem Brennraum 30 zu den Brennstoffinjektoren 116 kommt. Eine Stabilisierung dieser rückgezündeten Flamme 80 im Bereich der Brennstoffinjektoren 116 ist sodann nicht mehr zu umgehen, wobei dann eine Diffusionsflamme mit sehr hohen Temperaturen von ca. 1900°C entsteht. Diese Flamme führt innerhalb weniger Sekunden zwangsläufig zu einer Zerstörung des Brenners. Mindestens ein Sensor 400 wird unmittelbar strömab der Brennstoffinjektoren 116 plaziert, und soll weder die Premixflamme 50 noch die Pilotflammen 70, sondern einzig die gefährdeten Bereiche erfassen. Ein solcher Sensor 400 besteht vorzugsweise aus hochtemperaturfesten Glasfasern, welche so angeordnet werden, dass ihr Blickwinkel 402 eben die allein die gefährdeten Bereiche erfasst. Die vom Sensor erfassten Strahlung wird weitergeleitet 401 und mit geeigneten Filtern spektral analysiert. Ueber das Verhältnis der Intensitäten bei verschiedenen Wellenlängen kann ein Flammenrückschlag im Brenner innerhalb von Millisekunden erkannt werden. Durch eine geeignete Datenerfassung lässt sich feststellen, bei welchem Brenner im Verbund der Flammenrückschlag stattgefunden hat, wobei dann gezielt geeignete Massnahme zur Behebung der Ursache getroffen werden können.Fig. 1 shows a schematic overview of a premix burner, the Formation of such a burner is described in detail in FIGS. 4-11. This premix burner basically consists of a swirl generator 100 a mixing section 220 connected downstream of this swirl generator, in which the Mixing section 220 downstream combustion chamber 30 a system of pilot burners 300 acts with corresponding pilot flames 70. This fulfills Fig. 1 in connection with FIG. 2 only the task of showing how the striking back 81 of the premix flame, which is represented here by the backflow bladder 50, by sensors 400 is recorded, and immediate remedial measures are initiated. there is always observed to reignite from the combustion chamber 30 comes to the fuel injectors 116. Stabilizing this reignited Flame 80 in the area of fuel injectors 116 is then no longer closed bypass, whereby a diffusion flame with very high temperatures of approx. 1900 ° C. This flame inevitably leads within a few seconds to destroy the burner. At least one sensor 400 becomes immediate placed downstream of the fuel injectors 116 and should not be the premix flame 50 still the pilot flames 70, but only the areas at risk to capture. Such a sensor 400 preferably consists of high-temperature resistant ones Glass fibers, which are arranged so that their viewing angle 402 just that only the areas at risk are recorded. The radiation detected by the sensor is forwarded 401 and spectrally analyzed with suitable filters. About the relationship The intensities at different wavelengths can cause a flashback can be recognized in the burner within milliseconds. By a suitable one Data acquisition can be determined for which burner in the network the flashback has taken place, taking suitable measures can be taken to remedy the cause.

Fig. 3 zeigt, welche Massnahmen im Nachgang eines Flammenrückschlages eingeleitet werden. Bei der Meldung, dass ein Zurückschlagen 81 der Flamme erfolgt ist, greift unmittelbar eine Regelung 82 auf die Brennstoffmenge für die Premix-Flamme 50 ein, welche nach bestimmten Kriterien sofort reduziert wird. Gleichzeitig greift eine zweite Regelung 83 ein, welche die Brennstoffmenge für das Pilotbrennersystem 300, also für die Pilotflamme 70, erhöht. Ziel dieser gegenläufige Brennstoffzuführung ist es, die Turbinenleistung konstant zu halten. Durch die Reduktion der Brennstoffmenge für die Premixflamme 50 kann sich die zurückgeschlagene Flamme nicht mehr im Brenner stabiliseren, sie wird aus dem Brenner herausgespült, wodurch die zwangsläufig Zerstörung des Brenners sicher verhindert wird. Aus dieser Fig. 3 geht der qualitative Ablauf der Brennstoff-Regelung über die Zeit hervor, wobei bei den Extrempunkten dieser Steuerung die Herausspülung 84 der zurückgeschlagene Flamme stattfindet. Fig. 3 shows which measures are initiated after a flashback become. On notification that the flame is struck back 81 a control 82 directly accesses the fuel quantity for the premix flame 50, which is immediately reduced according to certain criteria. simultaneously engages a second control 83, which determines the amount of fuel for the pilot burner system 300, i.e. for the pilot flame 70, increased. Aim this opposite The fuel supply is to keep the turbine output constant. Through the Reduction of the amount of fuel for the premix flame 50 can be the struck back Do not stabilize the flame in the burner anymore, it will become from the burner washed out, which safely prevents the inevitable destruction of the burner becomes. 3 shows the qualitative sequence of the fuel control over time, the flushing out at the extreme points of this control 84 of the retarded flame takes place.

Dieses Verfahren zur unmittelbaren Eruierung eines Flammenrückschlages lässt sich bei allen auf Drallströmung aufgebauten Vormischbrennern anwenden, unabhängig wie der Brenner geometrisch aufgebaut ist, und unabhängig auf welcher Art und Weise die Drallströmung erzeugt wird. Insbesondere lässt sich dieses Verfahren auf den Vormischbrenner gemäss EP-B1-0 321 809 anwenden, wobei diese Druckschrift einen integrierenden Bestandteil vorliegender Beschreibung bildet.This procedure for the immediate determination of a flashback does not apply to all premix burners based on swirl flow, independently how the burner is geometrically constructed, and regardless of which one Way the swirl flow is generated. In particular, this can be Apply the method to the premix burner according to EP-B1-0 321 809, whereby this document is an integral part of the present description forms.

Fig. 4 zeigt den Gesamtaufbau eines durch Drallströmung betreibbaren Brenners. Anfänglich ist ein Drallerzeuger 100 wirksam, dessen Ausgestaltung in den nachfolgenden Fig. 5-8 noch näher gezeigt und beschrieben wird. Es handelt sich bei diesem Drallerzeuger 100 um ein kegelförmiges Gebilde, das mehrfach von einem tangential einströmenden Verbrennungsluftstromes 115 beaufschlagt wird. Die sich hierein bildende Strömung wird anhand einer stromab des Drallerzeugers 100 vorgesehenen Uebergangsgeometrie nahtlos in ein Uebergangsstück 200 übergeleitet, dergestalt, dass dort keine Ablösungsgebiete auftreten können. Die Konfiguration dieser Uebergangsgeometrie wird unter Fig. 10 näher beschrieben. Dieses Uebergangsstück 200 ist abströmungsseitig der Uebergangsgeometrie durch ein Mischrohr 20 verlängert, wobei beide Teile die eigentliche Mischstrecke 220 bilden. Selbstverständlich kann die Mischstrecke 220 aus einem einzigen Stück bestehen, d.h. dann, dass das Uebergangsstück 200 und das Mischrohr 20 zu einem einzigen zusammenhängenden Gebilde verschmelzen, wobei die Charakteristiken eines jeden Teils erhalten bleiben. Werden Uebergangsstück 200 und Mischrohr 20 aus zwei Teilen erstellt, so sind diese durch einen Buchsenring 10 verbunden, wobei der gleiche Buchsenring 10 kopfseitig als Verankerungsfläche für den Drallerzeuger 100 dient. Ein solcher Buchsenring 10 hat darüber hinaus den Vorteil, dass verschiedene Mischrohre eingesetzt werden können. Abströmungsseitig des Mischrohres 20 befindet sich der eigentliche Brennraum 30 einer Brennkammer, welche hier lediglich durch ein Flammrohr versinnbildlicht ist. Die Mischstrecke 220 erfüllt weitgehend die Aufgabe, dass stromab des Drallerzeugers 100 eine definierte Strecke bereitgestellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung von Brennstoffen verschiedener Art erzielt werden kann. Diese Mischstrecke, also vordergründig das Mischrohr 20, ermöglicht des weiteren eine verlustfreie Strömungsführung, so dass sich auch in Wirkverbindung mit der Uebergangsgeometrie zunächst keine Rückströmzone oder Rückströmblase bilden kann, womit über die Länge der Mischstrecke 220 auf die Mischungsgüte für alle Brennstoffarten Einfluss ausgeübt werden kann. Diese Mischstrecke 220 hat aber noch eine andere Eigenschaft, welche darin besteht, dass in ihr selbst das Axialgeschwindigkeits-Profil ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so dass eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer an sich unterbunden bleiben sollte. Allerdings ist es richtig, dass bei einer solchen Konfiguration diese Axialgeschwindigkeit zur Wand hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Bereich möglichst zu unterbinden, wird das Mischrohr 20 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmässig oder unregelmässig verteilter Bohrungen 21 verschiedenster Querschnitte und Richtungen versehen, durch welche eine Luftmenge in das Innere des Mischrohres 20 strömt, und entlang der Wand im Sinne einer Filmlegung eine Erhöhung der Durchfluss-Geschwindigkeit induzieren. Diese Bohrungen 21 können auch so ausgelegt werden, dass sich an der Innenwand des Mischrohres 20 mindestens zusätzlich noch eine Effusionskühlung einstellt. Eine andere Möglichkeit eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Gemisches innerhalb des Mischrohres 20 zu erzielen, besteht darin, dass dessen Durchflussquerschnitt abströmungsseitig der Uebergangskanäle 201, welche die bereits genannten Uebergangsgeometrie bilden, eine Verengung erfährt, wodurch das gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb des Mischrohres 20 angehoben wird. In der Figur verlaufen diese Bohrungen 21 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Brennerachse 60. Des weiteren entspricht der Auslauf der Uebergangskanäle 201 dem engsten Durchflussquerschnitt des Mischrohres 20. Die genannten Uebergangskanäle 201 überbrücken demnach den jeweiligen Querschnittsunterschied, ohne dabei die gebildete Strömung negativ zu beeinflussen. Fig. 4 shows the overall structure of a burner that can be operated by swirl flow. Initially, a swirl generator 100 is effective, the design of which follows in the following Fig. 5-8 is shown and described in more detail. It is about this swirl generator 100 around a cone-shaped structure, the multiple of one tangentially flowing combustion air flow 115 is applied. The The flow that forms here is based on a flow downstream of the swirl generator 100 provided transition geometry seamlessly transferred into a transition piece 200, in such a way that no separation areas can occur there. The configuration this transition geometry is described in more detail in FIG. 10. This Transition piece 200 is through on the outflow side of the transition geometry a mixing tube 20 extends, both parts of the actual mixing section 220 form. Of course, the mixing section 220 can be made from a single piece exist, i.e. then that the transition piece 200 and the mixing tube 20 into one single contiguous entities merge, the characteristics of each part are preserved. Are transition piece 200 and Mixing tube 20 created from two parts, these are through a sleeve ring 10 connected, the same socket ring 10 on the head side as anchoring surface serves for the swirl generator 100. Such a sleeve ring 10 also has the advantage that different mixing tubes can be used. outflow side of the mixing tube 20 is the actual combustion chamber 30 one Combustion chamber, which is only symbolized here by a flame tube. The Mixing section 220 largely fulfills the task that is downstream of the swirl generator 100 a defined route is provided, in which a perfect premix of different types of fuel can be achieved. This mixing section, so primarily the mixing tube 20, also allows lossless Flow guidance, so that it is also in operative connection with the transition geometry initially do not form a backflow zone or backflow bubble can, thus over the length of the mixing section 220 to the mixing quality for all Fuel types influence can be exerted. However, this mixing section 220 has yet another property, which is that in it the axial velocity profile has a pronounced maximum on the axis, so that reignition of the flame from the combustion chamber itself is prevented should. However, it is correct that with such a configuration this Axial velocity drops towards the wall. To reignite in this area too To prevent as much as possible, the mixing tube 20 in the flow and circumferential direction with a number of regularly or irregularly distributed holes Provide 21 different cross sections and directions, through which one Air flow into the interior of the mixing tube 20, and along the wall in the In the sense of filming, induce an increase in the flow rate. These holes 21 can also be designed so that on the inner wall of the mixing tube 20 at least additionally an effusion cooling established. Another possibility is to increase the speed of the mixture To achieve within the mixing tube 20 is that Flow cross section downstream of the transition channels 201, which the already mentioned transition geometry form, undergoes a narrowing, whereby the entire speed level within the mixing tube 20 is raised becomes. In the figure, these bores 21 run at an acute angle the burner axis 60. Furthermore, the outlet corresponds to the transition channels 201 the narrowest flow cross section of the mixing tube 20. Die named transition channels 201 accordingly bridge the respective cross-sectional difference, without negatively influencing the flow formed.

Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung der Rohrströmung 40 entlang des Mischrohres 20 einen nicht tolerierbaren Druckverlust auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am Ende dieses Mischrohres ein in der Figur nicht gezeigter Diffusor vorgesehen wird. Am Ende des Mischrohres 20 schliesst sich sodann eine Brennkammer 30 (Brennraum) an, wobei zwischen den beiden Durchflussquerschnitten ein durch eine Brennerfront 70 gebildeter Querschnittssprung vorhanden ist. Erst hier bildet sich eine zentrale Flammenfront mit einer Rückströmzone 50, welche gegenüber der Flammenfront die Eigenschaften eines körperlosen Flammenhalters aufweist. Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges während des Betriebes eine strömungsmässige Randzone, in welcher durch den dort vorherrschenden Unterdruck Wirbelablösungen entstehen, so führt dies zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone 50. Danebst darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone 50 auch eine ausreichend hohe Drallzahl in einem Rohr erfordert. Ist eine solche zunächst unerwünscht, so können stabile Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner stark verdrallter Luftströmungen am Rohrende, beispielsweise durch tangentiale Oeffnungen, erzeugt werden. Dabei geht man hier davon aus, dass die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der Gesamtluftmenge beträgt. Was die Ausgestaltung der Brennerfront 70 am Ende des Mischrohres 20 zur Stabilisierung der Rückströmzone oder Rückströmblase 50 betrifft, wird auf die Beschreibung unter Fig. 8 verwiesen. Auf die Möglichkeit bei einem Flammenrückschlag einzugreifen, wird auf die Ausführungen unter Fig. 1-3 verwiesen.If the chosen arrangement in guiding the pipe flow 40 along the Mixing tube 20 triggers an intolerable pressure loss, can counter this Remedy can be created by placing a in the figure at the end of this mixing tube Diffuser not shown is provided. At the end of the mixing tube 20 closes Then there is a combustion chamber 30 (combustion chamber), between the two Flow cross sections a cross-sectional jump formed by a burner front 70 is available. Only here does a central flame front form with a Backflow zone 50, which has the properties of a flame front disembodied flame holder. Forms within this cross-sectional jump during operation a flow-like edge zone, in which the negative pressure prevailing there creates vortical detachments, so leads this leads to an increased ring stabilization of the backflow zone 50 It should be noted that the creation of a stable backflow zone 50 also requires a sufficiently high number of twists in a tube. Is such a thing first undesirable, stable backflow zones can be smaller by the supply strongly swirled air flows at the pipe end, for example due to tangential Openings. It is assumed here that the required one Air volume is approximately 5-20% of the total air volume. As for the design the burner front 70 at the end of the mixing tube 20 to stabilize the Backflow zone or backflow bladder 50 is referred to in the description below Fig. 8 referenced. To intervene in the event of a flashback, reference is made to the explanations under Fig. 1-3.

Konzentrisch zum Mischrohr 20, im Bereich seines Auslaufes, wird ein Pilotbrennersystem 300 vorgesehen. Dieses besteht aus einer inneren Ringkammer 301, in welche ein Brennstoff, vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 303 einströmt. Nebengeordnet zu dieser inneren Ringkammer 301 ist eine zweite Ringkammer 302 disponiert, in welche eine Luftmenge 304 einströmt. Beide Ringkammern 301. 302 weisen individuell gestaltete Durchgangsöffnungen auf, dergestalt, dass die einzelnen Medien 303, 304 funktionsbedingt in eine gemeinsame nachgeschaltete Ringkammer 308 strömen. Die Ueberleitung des gasförmigen Brennstoffes 303 von der Ringkammer 301 in die nachgeschaltete Ringkammer 308 wird durch eine Anzahl in Umfangsrichtung angeordneter Oeffnungen 309 bewerkstelligt. Die Durchgangsgeometrie dieser Oeffnungen 309 ist so gestaltet, dass der gasförmige Brennstoff 303 mit einem grossen Vermischungspotential in die nachgeschaltete Ringkammer 308 einströmt. Die andere Ringkammer 302 schliesst mit einer gelochten Platte 305 ab, wobei die hier vorgesehenen Bohrungen 310 so gestaltet sind, dass die dort durchströmende Luftmenge 304 eine Prallkühlung auf die Bodenplatte 307 der nachgeschalteten Ringkammer 308. Diese Bodenplatte hat die Funktion eines Hitzeschutzbleches gegenüber der kalorischen Belastung aus dem Brennraum 30, so dass diese Prallkühlung hier äusserst effizient ausfallen muss. Diese Luft vermischt sich nach vollzogener Kühlung innerhalb dieser Ringkammer 308 mit dem hinzuströmenden gasförmigen Brennstoff 303 aus den Oeffnungen 309 der stromauf angeordneten Ringkammer 301, bevor dieses Gemisch dann durch eine Anzahl brennraumseitig angeordneter Bohrungen 306 in den Brennraum 30 abströmt. Das hier ausströmende Gemisch brennt als vorgemischte Diffusionsflamme mit minimierten Schadstoff-Emissionenen und bildet sonach je Bohrung 306 einen in den Brennraum 30 wirkenden Pilotbrenner, welcher einen stabilen Betrieb gewährleistet.A pilot burner system becomes concentric with the mixing tube 20, in the area of its outlet 300 provided. This consists of an inner annular chamber 301, in which flows in a fuel, preferably a gaseous fuel 303. In addition to this inner annular chamber 301 is a second annular chamber Dispatched 302, into which an amount of air 304 flows. Both annular chambers 301. 302 have individually designed through openings, such that the individual media 303, 304 functionally in a common downstream Flow ring chamber 308. Transfer of gaseous fuel 303 from the annular chamber 301 into the downstream annular chamber 308 by a Number of openings 309 arranged in the circumferential direction. The Through geometry of these openings 309 is designed so that the gaseous Fuel 303 with a large mixing potential in the downstream Annular chamber 308 flows. The other annular chamber 302 closes with one perforated plate 305, the holes 310 provided here designed so are that the amount of air 304 flowing through there is an impact cooling on the base plate 307 of the downstream ring chamber 308. This base plate has the Function of a heat protection plate against the caloric load from the Combustion chamber 30, so that this impingement cooling must be extremely efficient here. After cooling, this air mixes within this annular chamber 308 with the inflowing gaseous fuel 303 from the openings 309 of the upstream annular chamber 301 before this mixture through a number of bores 306 arranged on the combustion chamber side into the combustion chamber 30 flows out. The mixture flowing out burns as a premixed diffusion flame with minimized pollutant emissions and therefore forms Bore 306 a pilot burner acting in the combustion chamber 30, which one guaranteed stable operation.

Durch die luftdurchströmte nebengeordnete Ringkammer 302 wird eine Zündvorrichtung 311 durchgeleitet, welche in der nachgeschalteten Ringkammer 308 die Zündung des sich dort bildenden Gemisches bewerkstelligt. Zum einen braucht es für diese Durchleitung der Zündvorrichtung 311 keine weiteren konstruktiven Massnahmen, und zum anderen wird diese Zündvorrichtung 311 ständig durch die dort ohnehin strömende Luft 304 gekühlt. Dies ist sehr wichtig, da beim Einsatz eines Glühzündstiftes an der Spitze Temperaturen von ca. 1000°C erreicht werden. Da aber für den hier vorgeschlagene Betrieb nur eine geringe Spannung, dafür hoher Strom erforderlich ist, entfällt mithin die Anfälligkeit der Zündvorrichtung gegen Kondenwasseraussscheidungen. Durch die Anordnung des Glühzündstiftes, wobei der Einsatz einer Zündkerze ebenfalls möglich ist, innerhalb des Brenners ist die jeweilige Zündvorrichtung 311 thermisch gering belastet, womit keiner zusätzlichen Kühlung bedarf und Leckagen werden dadurch auch vermieden.An ignition device becomes through the air-circulating ring chamber 302 311 passed through, which in the downstream annular chamber 308 Ignition of the mixture formed there. For one thing, it takes for this passage of the ignition device 311 no further constructive Measures, and on the other hand, this ignition device 311 is constantly by the air 304 flowing there is cooled anyway. This is very important because when using it temperature of approx. 1000 ° C can be reached with a glow plug. However, since there is only a low voltage for the operation proposed here, high current is required, the susceptibility of the ignition device is therefore eliminated against condensation water. Due to the arrangement of the glow plug, the use of a spark plug is also possible within of the burner, the respective ignition device 311 is thermally slightly loaded, which means that no additional cooling is required and leakages are also eliminated avoided.

Fig. 5 zeigt eine schematische Ansicht des Brenners gemäss Fig. 4, wobei hier insbesondere auf die Umspülung einer zentral angeordneten Brennstoffdüse 103 (Vgl. Fig. 6) und auf die Wirkung von Brennstoff-Injektoren 170 hingewiesen wird. Die Wirkungsweise der restlichen Hauptbestandteile des Brenners, nämlich Drallerzeuger 100 und Uebergangsstück 200 werden unter den nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Die Brennstoffdüse 103 wird mit einem beabstandeten Ring 190 ummantelt, in welchem eine Anzahl in Umfangsrichtung disponierter Bohrungen 161 gelegt sind, durch welche eine Luftmenge 160 in eine ringförmige Kammer 180 strömt und dort die Umspülung der Brennstofflanze vornimmt. Diese Bohrungen 161 sind schräg nach vorne angelegt, dergestalt, dass eine angemessene axiale Komponente auf der Brennerachse 60 entsteht. In Wirkverbindung mit diesen Bohrungen 161 sind zusätzliche Brennstoff-Injektoren 170 vorgesehen, welche eine bestimmte Menge vorzugsweise eines gasförmigen Brennstoffes in die jeweilige Luftmenge 160 eingeben, dergestalt, dass sich im Mischrohr 20 eine gleichmässige Brennstoffkonzentration 150 über den Strömungsquerschnitt einstellt, wie die Darstellung in der Figur versinnbildlichen will. Genau diese gleichmässige Brennstoffkonzentration 150, insbesondere die starke Konzentration auf der Brennerachse 60 sorgt dafür, dass sich eine Stabilisierung der Flammenfront am Ausgangs des Brenners einstellt, insbesondere beim Einsatz einer zentralen Eindüsung mit flüssigem Brennstoff, womit aufkommende Brennkammerpulsationen vermieden werden.FIG. 5 shows a schematic view of the burner according to FIG. 4, here in particular the flushing of a centrally arranged fuel nozzle 103 (See FIG. 6) and the effect of fuel injectors 170 is pointed out. The mode of operation of the remaining main components of the burner, namely swirl generator 100 and transition piece 200 are among the following figures described in more detail. The fuel nozzle 103 is spaced apart Ring 190 encased, in which a number arranged in the circumferential direction Bores 161 are placed through which an amount of air 160 in an annular Chamber 180 flows and rinses the fuel lance there. This Bores 161 are tapered forward so as to be adequate axial component arises on the burner axis 60. In active connection with these fuel holes 161 are provided with additional fuel injectors 170, which contains a certain amount of preferably a gaseous fuel enter the respective amount of air 160 in such a way that a sets uniform fuel concentration 150 over the flow cross-section, as the representation in the figure symbolizes. Exactly this even Fuel concentration 150, especially the strong concentration the burner axis 60 ensures that the flame front is stabilized at the burner outlet, especially when using a central one Injection with liquid fuel, resulting in combustion chamber pulsations be avoided.

Um den Aufbau des Drallerzeugers 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 6 mindestens Fig. 7 herangezogen wird. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 6 nach Bedarf auf die übrigen Figuren hingewiesen.In order to better understand the structure of the swirl generator 100, it is advantageous to if at least FIG. 7 is used simultaneously with FIG. 6. Hereinafter 6 is referred to the other figures as required in the description of FIG. 6.

Der erste Teil des Brenners nach Fig. 4 bildet den nach Fig. 6 gezeigten Drallerzeuger 100. Dieser besteht aus zwei hohlen kegelförmigen Teilkörpern 101, 102, die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind. Die Anzahl der kegelförmigen Teilkörper kann selbstverständlich grösser als zwei sein, wie die Figuren 5 und 6 zeigen; dies hängt jeweils, wie weiter unten noch näher zur Erläuterung kommen wird, von der Betriebsart des ganzen Brenners ab. Es ist bei bestimmten Betriebskonstellationen nicht ausgeschlossen, einen aus einer einzigen Spirale bestehenden Drallerzeuger vorzusehen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymmetrieachsen 101b, 102b (Vgl. Fig. 7) der kegeligen Teilkörper 101, 102 zueinander schafft bei der benachbarten Wandung, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Kanal, d.h. einen Lufteintrittsschlitz 119, 120 (Vgl. Fig. 7), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Drallerzeugers 100, d.h. in den Kegelhohlraum 114 desselben strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betriebseinsatz, können die Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufweisen, ähnlich eines Diffusor oder Konfusor. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie für den Fachmann ohne weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen ringförmigen Anfangsteil 101a auf. Im Bereich dieses zylindrischen Anfangsteils ist die bereits unter Fig. 2 erwähnte Brennstoffdüse 103 untergebracht, welche vorzugsweise mit einem flüssigen Brennstoff 112 betrieben wird. Die Eindüsung 104 dieses Brennstoffes 112 fällt in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraumes 114 zusammen. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Brennstoffdüse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Brenners. Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 108, 109 auf, welche entlang der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 117 versehen sind, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 113 in die dort durchströmende Verbrennungsluft 115 eingedüst wird, wie dies die Pfeile 116 versinnbildlichen wollen. Diese Brennstoffleitungen 108, 109 sind vorzugsweise spätestens am Ende der tangentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegelhohlraum 114, angeordnet, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Bei dem durch die Brennstoffdüse 103 herangeführten Brennstoff 112 handelt es sich, wie erwähnt, im Normalfall um einen flüssigen Brennstoff, wobei eine Gemischbildung mit einem anderen Medium, beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas, ohne weiteres möglich ist. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem vorzugsweise sehr spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Brennstoffdüse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffspray 105, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen und abgebaut wird. In axialer Richtung wird sodann die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 112 fortlaufend durch die einströmenden Verbrennungsluft 115 zu einer Vermischung Richtung Verdampfung abgebaut. Wird ein gasförmiger Brennstoff 113 über die Oeffnungsdüsen 117 eingebracht, geschieht die Bildung des Brennstoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120. Ist die Verbrennungsluft 115 zusätzlich vorgeheizt, oder beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas oder Abgas angereichert, so unterstützt dies nachhaltig die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112, bevor dieses Gemisch in die nachgeschaltete Stufe strömt, hier in das Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 4 und 10). Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 flüssige Brennstoffe zugeführt werden sollten. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 101, 102 hinsichtlich des Kegelwinkels und der Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 sind an sich enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft 115 am Ausgang des Drallerzeugers 100 einstellen kann. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 die schnellere Bildung einer Rückströmzone bereits im Bereich des Drallerzeugers begünstigt. Die Axialgeschwindigkeit innerhalb des Drallerzeugers 100 lässt sich durch eine entsprechende unter Fig. 2 (Pos. 160) näher beschriebene Zuführung einer Luftmenge erhöhen bzw. stabilisieren. Eine entsprechende Drallerzeugung in Wirkverbindung mit dem nachgeschalteten Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 4 und 10) verhindert die Bildung von Strömungsablösungen innerhalb des dem Drallerzeuger 100 nachgeschalteten Mischrohr. Die Konstruktion des Drallerzeugers 100 eignet sich des weiteren vorzüglich, die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Drallerzeugers 100 eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper 101, 102 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Ueberlappung derselben vorgesehen werden kann. Es ist des weiteren möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläufig drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschachteln. Somit ist es möglich, die Form, die Grösse und die Konfiguration der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 beliebig zu variieren, womit der Drallerzeuger 100 ohne Veränderung seiner Baulänge universell einsetzbar ist.The first part of the burner according to FIG. 4 forms the swirl generator shown in FIG. 6 100. This consists of two hollow conical partial bodies 101, 102, which are nested in a staggered manner. The number of conical Partial body can of course be larger than two, like the figures 5 and 6 show; this depends in each case, as will be explained in more detail below will depend on the operating mode of the entire burner. It is with certain Operating constellations are not excluded, one from a single spiral to provide existing swirl generator. The offset of the respective central axis or longitudinal symmetry axes 101b, 102b (see FIG. 7) of the conical partial bodies 101, 102 creates each other in the adjacent wall, in mirror image Arrangement, each a tangential channel, i.e. an air inlet slot 119, 120 (see FIG. 7), through which the combustion air 115 in the interior of the swirl generator 100, i.e. flows into the cone cavity 114 of the same. The cone shape the partial body 101, 102 shown in the flow direction has a certain one fixed angle. Of course, depending on the operational use, the partial bodies can 101, 102 an increasing or decreasing cone inclination in the flow direction have, similar to a diffuser or confuser. The latter two Shapes are not recorded in the drawing, as they are without for the specialist are further sensitive. The two conical partial bodies 101, 102 have each have a cylindrical annular starting part 101a. In the area of this cylindrical Initially, the fuel nozzle 103 already mentioned under FIG. 2 is housed, which is preferably operated with a liquid fuel 112 becomes. The injection 104 of this fuel 112 coincides with the narrowest Cross-section of the conical cavity formed by the conical partial bodies 101, 102 114 together. The injection capacity and the type of this fuel nozzle 103 depends on the specified parameters of the respective burner. The conical sub-bodies 101, 102 each have a fuel line 108, 109, which along the tangential air inlet slots 119, 120 are arranged and provided with injection openings 117 through which preferably a gaseous fuel 113 in the combustion air flowing through there 115 is injected, as the arrows 116 want to symbolize. These fuel lines 108, 109 are preferably at the end of the latest tangential inflow, before entering the cone cavity 114, arranged this to get an optimal air / fuel mixture. The one through the fuel nozzle 103 introduced fuel 112 is, as mentioned, in Normally around a liquid fuel, where a mixture formation with a other medium, for example with a recirculated flue gas, without further ado is possible. This fuel 112 is preferably very pointed under one Angle injected into the cone cavity 114. Forms from the fuel nozzle 103 there is thus a conical fuel spray 105 which flows in from the tangential rotating combustion air 115 is enclosed and degraded. In The concentration of the injected fuel 112 then becomes axial continuously through the incoming combustion air 115 for mixing Degraded towards evaporation. If a gaseous fuel 113 over the Introduced opening nozzles 117, the fuel / air mixture is formed directly at the end of the air inlet slots 119, 120. Is the combustion air 115 additionally preheated, or for example with a recirculated Flue gas or exhaust gas enriched, this supports the evaporation sustainably of liquid fuel 112 before this mixture is downstream Stage flows, here in the transition piece 200 (see FIGS. 4 and 10). The same Considerations also apply when liquid lines 108, 109 Fuels should be supplied. When designing the tapered partial body 101, 102 with regard to the cone angle and the width of the tangential air inlet slots 119, 120 are strict limits to be observed so that the desired Flow field of the combustion air 115 at the exit of the swirl generator 100 can set. Generally speaking, a downsizing of the tangential air inlet slots 119, 120 the faster formation of a backflow zone already favored in the area of the swirl generator. The axial speed Within the swirl generator 100, a corresponding one shown in FIG (Item 160) Increase or stabilize the supply of an air quantity described in more detail. A corresponding swirl generation in operative connection with the downstream one Transition piece 200 (see FIGS. 4 and 10) prevents the formation of Flow separations within the swirl generator 100 downstream Mixing tube. The construction of the swirl generator 100 is furthermore particularly suitable, change the size of the tangential air inlet slots 119, 120, which is a relatively large one without changing the overall length of the swirl generator 100 operational bandwidth can be captured. Of course, the partial bodies 101, 102 can also be moved relative to one another in another plane, which even an overlap of the same can be provided. It is further possible, the sub-bodies 101, 102 by a counter-rotating movement spiral to nest into each other. So it is possible, the shape, the size and to vary the configuration of the tangential air inlet slots 119, 120 as desired, which makes the swirl generator 100 universal without changing its overall length can be used.

Aus Fig. 7 geht unter anderen die geometrische Konfiguration von wahlweise vorzusehenden Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktion, wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der kegeligen Teilkörper 101, 102 in Anströmungsrichtung gegenüber der Verbrennungsluft 115 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum 114 kann durch Oeffnen bzw. Schliessen der Leitbleche 121a, 121b um einen im Bereich des Eintritts dieses Kanals in den Kegelhohlraum 114 plazierten Drehpunkt 123 optimiert werden, insbesondere ist dies vonnöten, wenn die ursprüngliche Spaltgrösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 dynamisch verändert werden soll, beispielsweise um eine Aenderung der geschwindigkeit der Verbrennungsluft 115 zu erreichen. Selbstverständlich können diese dynamische Vorkehrungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmässige Leitbleche einen festen Bestandteil mit den kegeligen Teilkörpern 101, 102 bilden.7 shows, among other things, the geometrical configuration of optional ones Baffles 121a, 121b. They have a flow initiation function which, according to their length, the respective end of the tapered Partial bodies 101, 102 in the flow direction with respect to the combustion air 115 extend. Channeling the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be opened or closed by one of the baffles 121a, 121b Area of entry of this channel into the cone cavity 114 placed fulcrum 123 can be optimized, especially if the original Gap size of the tangential air inlet slots 119, 120 changed dynamically should be, for example, to change the speed of the combustion air 115 to achieve. Of course, these can be dynamic Precautions can also be provided statically by using baffles as needed form a fixed component with the tapered partial bodies 101, 102.

Fig. 8 zeigt gegenüber Fig. 4, dass der Drallerzeuger 100 nunmehr aus vier Teilkörpem 130, 131, 132, 133 aufgebaut ist. Die dazugehörigen Längssymmetrieachsen zu jedem Teilkörper sind mit der Buchstabe a gekennzeichnet. Zu dieser Konfiguration ist zu sagen, dass sie sich aufgrund der damit erzeugten, geringeren Drallstärke und im Zusammenwirken mit einer entsprechend vergrösserten Schlitzbreite bestens eignet, das Aufplatzen der Wirbelströmung abströmungsseitig des Drallerzeugers im Mischrohr zu verhindern, womit das Mischrohr die ihm zugedachte Rolle bestens erfüllen kann.8 shows, compared to FIG. 4, that the swirl generator 100 now consists of four partial bodies 130, 131, 132, 133 is constructed. The associated longitudinal symmetry axes for each sub-body are marked with the letter a. To this Configuration is to be said that it is due to the lower generated with it Twist strength and in cooperation with a correspondingly enlarged Slot width is best suited, the bursting of the vortex flow on the downstream side to prevent the swirl generator in the mixing tube, thus causing the mixing tube to can fulfill the intended role.

Fig. 9 unterscheidet sich gegenüber Fig. 8 insoweit, als hier die Teilkörper 140, 141, 142, 143 eine Schaufelprofilform haben, welche zur Bereitstellung einer gewissen Strömung vorgesehen wird. Ansonsten ist die Betreibungsart des Drallerzeugers die gleiche geblieben. Die Zumischung des Brennstoffes 116 in den Verbrennungsluftstromes 115 geschieht aus dem Innern der Schaufelprofile heraus, d.h. die Brennstoffleitung 108 ist nunmehr in die einzelnen Schaufeln integriert. Auch hier sind die Längssymmetrieachsen zu den einzelnen Teilkörpern mit der Buchstabe a gekennzeichnet.FIG. 9 differs from FIG. 8 in that the partial body 140, 141, 142, 143 have a blade profile shape which is used to provide a certain Flow is provided. Otherwise, the mode of operation of the swirl generator stayed the same. The admixture of fuel 116 in the combustion air flow 115 happens from inside the blade profiles, i.e. the fuel line 108 is now integrated in the individual blades. Here, too, are the longitudinal axes of symmetry to the individual partial bodies with the Letter a marked.

Fig. 10 zeigt das Uebergangsstück 200 in dreidimensionaler Ansicht. Die Uebergangsgeometrie ist für einen Drallerzeuger 100 mit vier Teilkörpern, entsprechend der Fig. 5 oder 6, aufgebaut. Dementsprechend weist die Uebergangsgeometrie als natürliche Verlängerung der stromauf wirkenden Teilkörper vier Uebergangskanäle 201 auf, wodurch die Kegelviertelfläche der genannten Teilkörper verlängert wird, bis sie die Wand des Mischrohres schneidet. Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn der Drallerzeuger aus einem anderen Prinzip, als den unter Fig. 4 beschriebenen, aufgebaut ist. Die nach unten in Strömungsrichtung verlaufende Fläche der einzelnen Uebergangskanäle 201 weist eine in Strömungsrichtung spiralförmig verlaufende Form auf, welche einen sichelförmigen Verlauf beschreibt, entsprechend der Tatsache, dass sich vorliegend der Durchflussquerschnitt des Uebergangsstückes 200 in Strömungsrichtung konisch erweitert. Der Drallwinkel der Uebergangskanäle 201 in Strömungsrichtung ist so gewählt, dass der Rohrströmung anschliessend bis zum Querschnittssprung am Brennkammereintritt noch eine genügend grosse Strecke verbleibt, um eine perfekte Vormischung mit dem eingedüsten Brennstoff zu bewerkstelligen. Femer erhöht sich durch die oben genannten Massnahmen auch die Axialgeschwindigkeit an der Mischrohrwand stromab des Drallerzeugers. Die Uebergangsgeometrie und die Massnahmen im Bereich des Mischrohres bewirken eine deutliche Steigerung des Axialgeschwindigkeitsprofils zum Mittelpunkt des Mischrohres hin, so dass der Gefahr einer Frühzündung entscheidend entgegengewirkt wird.10 shows the transition piece 200 in a three-dimensional view. The transition geometry is corresponding for a swirl generator 100 with four partial bodies 5 or 6, built. Accordingly, the transition geometry as a natural extension of the upstream partial bodies, four transition channels 201 on, whereby the conical quarter area of said partial body is extended until it cuts the wall of the mixing tube. The same considerations also apply if the swirl generator is based on a principle other than the one below Fig. 4 is constructed. The down in the flow direction running surface of the individual transition channels 201 has a flow direction spiral shape, which has a crescent shape Course describes, corresponding to the fact that the flow cross-section is present of the transition piece 200 flared in the flow direction. The swirl angle of the transition channels 201 in the flow direction is so chosen that the pipe flow then up to the cross-sectional jump on Combustion chamber entry still has a sufficient distance to be perfect Premix with the injected fuel. Furthermore increased the axial speed due to the above-mentioned measures on the mixing tube wall downstream of the swirl generator. The transition geometry and the measures in the area of the mixing tube cause a significant increase the axial velocity profile towards the center of the mixing tube, see above that the danger of early ignition is decisively counteracted.

Fig. 11 zeigt die bereits angesprochene Abrisskante, welche am Brenneraustritt gebildet ist. Der Durchflussquerschnitt des Rohres 20 erhält in diesem Bereich einen Uebergangsradius R, dessen Grösse grundsätzlich von der Strömung innerhalb des Rohres 20 abhängt. Dieser Radius R wird so gewählt, dass sich die Strömung an die Wand anlegt und so die Drallzahl stark ansteigen lässt. Quantitativ lässt sich die Grösse des Radius R so definieren, dass dieser > 10% des Innendurchmessers d des Rohres 20 beträgt. Gegenüber einer Strömung ohne Radius vergrössert sich nun die Rückströmblase 50 gewaltig. Dieser Radius R verläuft bis zur Austrittsebene des Rohres 20, wobei der Winkel β zwischen Anfang und Ende der Krümmung < 90° beträgt. Entlang des einen Schenkels des Winkels β verläuft die Abrisskante A ins Innere des Rohres 20 und bildet somit eine Abrissstufe S gegenüber dem vorderen Punkt der Abrisskante A, deren Tiefe > 3 mm beträgt. Selbstverständlich kann die hier parall zur Austrittsebene des Rohres 20 verlaufende Kante anhand eines gekrümmten Verlaufs wieder auf Stufe Austrittsebene gebracht werden. Der Winkel β', der sich zwischen Tangente der Abrisskante A und Senkrechte zur Austrittsebene des Rohres 20 ausbreitet, ist gleich gross wie Winkel β. Die Vorteile dieser Ausbildung dieser Abrisskante gehen aus EP-0 780 629 A2 unter Dem Kapitel "Darstellung der Erfindung" hervor. Eine weitere Ausgestaltung der Abrisskante zum selben Zweck lässt sich mit brennkammerseitigen torusähnlichen Einkerbungen erreichen. Diese Druckschrift ist einschliessend des dortigen Schutzumfanges was die Abrisskante betrifft ein integrierender Bestandteil vorliegender Beschreibung.11 shows the tear-off edge already mentioned which emerges at the burner is formed. The flow cross section of the tube 20 receives one in this area Transition radius R, the size of which basically depends on the flow within of the tube 20 depends. This radius R is chosen so that the Applies flow to the wall and so the swirl number increases sharply. Quantitatively the size of the radius R can be defined so that it is> 10% of the inside diameter d of the tube is 20. Opposite a flow without a radius Now the backflow bladder 50 increases enormously. This radius R runs to the exit plane of the tube 20, the angle β between the beginning and end of curvature is <90 °. Along one leg of the angle β the tear-off edge A runs inside the tube 20 and thus forms a tear-off step S opposite the front point of the tear-off edge A, whose depth> 3 mm is. Of course, this can be parallel to the exit plane of the tube 20 running edge based on a curved course back to the exit level to be brought. The angle β ', which is between the tangent of the tear-off edge A and perpendicular to the exit plane of the tube 20 is the same as large as angle β. The advantages of this formation of this tear-off edge go out EP-0 780 629 A2 under the chapter "Presentation of the invention". Another Design of the tear-off edge for the same purpose can be done with the combustion chamber achieve toroidal notches. This publication is inclusive the scope of protection there regarding the tear-off edge is an integrating one Part of this description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Buchsenringjack ring

2020

Mischrohr, Teil der Mischstrecke 220Mixing tube, part of the mixing section 220

2121

Bohrungen, OeffnungenHoles, openings

3030

Brennkammer, BrennraumCombustion chamber, combustion chamber

4040

Strömung, Rohrströmung im Mischrohr, HauptströmungFlow, pipe flow in the mixing pipe, main flow

5050

Rückströmzone, Rückströmblase, PremixflammeBackflow zone, backflow bubble, premix flame

6060

BrennerachseBrenner

7070

Pilotflammepilot flame

8080

Flamme im BrennerFlame in the burner

8181

Flammenrückschlagflashback

8282

Regelung Brennstoff für die PremixflammeRegulation fuel for the premix flame

8383

Regelung Brennstoff für die PilotflammeControl fuel for the pilot flame

8484

Ausspülung der Flamme aus dem BrennerFlushing out the flame from the burner

100100

Drallerzeugerswirl generator

101, 102101, 102

Kegelförmige TeilkörperPartial conical body

101a101

Ringförmiger AnfangsteilAnnular initial part

101b, 102b101b, 102b

LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry

103103

Brennstoffdüsefuel nozzle

104104

Brennstoffeindüsungfuel injection

105105

Brennstoffspray (Brennstoffeindüsungsprofil)Fuel spray (fuel injection profile)

108, 109108, 109

Brennstoffleitungen fuel lines

112112

Flüssiger BrennstoffLiquid fuel

113113

Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel

114114

Kegelhohlraumconical cavity

115115

Verbrennungsluft (Verbrennungsluftstrom)Combustion air (combustion air flow)

116116

Brennstoff-Eindüsung aus den Leitungen 108, 109Fuel injection from lines 108, 109

117117

Brennstoffdüsen, BrennstoffinjektorenFuel nozzles, fuel injectors

119, 120119, 120

Tangentiale LufteintrittsschlitzeTangential air inlet slots

121a, 121b121a, 121b

Leitblechebaffles

123123

Drehpunkt der LeitblechePivot point of the guide plates

130, 131, 132, 133130, 131, 132, 133

Teilkörperpartial body

131a, 131a, 132a, 133a131a, 131a, 132a, 133a

LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry

140, 141, 142, 143140, 141, 142, 143

Schaufelprofilförmige TeilkörperVane-shaped partial body

140a, 141a, 142a, 143a140a, 141a, 142a, 143a

LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry

150150

Brennstoffkonzentrationfuel concentration

160160

Luftmenge, MischluftAir volume, mixed air

161161

Bohrungen, OeffnungenHoles, openings

170170

Brennstoff-InjektorenFuel injectors

180180

Ringförmige LuftkammerAnnular air chamber

190190

Ringring

200200

Uebergangsstück, Teil der Mischstrecke 220Transition piece, part of the mixing section 220

201201

UebergangskanäleTransition passages

220220

Mischstreckemixing section

300300

PilotbrennersystemPilot burner system

301301

Innere RingkammerInner ring chamber

302302

Nebengeordnete RingkammerSecondary ring chamber

303303

Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel

304304

Luftmengeair flow

305305

Gelochte PlattePerforated plate

306306

Bohrungen in den Brennraum, PilotbrennerDrilling in the combustion chamber, pilot burner

307307

Hitzeschutzblech Heat Shield

308308

Nachgeschaltete RingkammerDownstream ring chamber

309309

Oeffnungen der inneren RingkammerOpenings of the inner ring chamber

310310

Löcher für Prallkühlung des HitzeschutzblechesHoles for impingement cooling of the heat protection plate

311311

Zündvorrichtungdetonator

400400

Sensorsensor

401401

Weiterleitung der sensorischen ErfassungForwarding of sensory detection

402402

Blickwinkel des SensorsViewing angle of the sensor

Claims (15)

1. Burner for operating a heat generator, the burner consisting, upstream of the combustion space (30), of at least one premixing zone (220), which premixing zone has means (100) for generating a swirl flow of combustion air and which premixing zone is equipped with at least one fuel injector (103, 117), there being arranged, downstream of the fuel injector, at least one sensor (400) which detects a flashback of the premix flame out of the combustion space into the interior of the burner and triggers fuel regulation.
2. Burner according to Claim 1, characterized in that the burner consists essentially of a swirl generator for a combustion-airstream, and of means for injecting at least one fuel into the combustion-airstream to form a premix flame, there being arranged, downstream of the swirl generator, a mixing zone which, within a first zone part, has in the direction of flow a number of transitional ducts for the transfer of a flow formed in the swirl generator into a mixing tube which follows these transitional ducts downstream, and in that a pilot-burner system (300) is arranged in the lower region of the mixing tube (20) with action into the combustion space (30) following the mixing tube (20).
3. Burner according to Claim 2, characterized in that the swirl generator (100) consists of at least two hollow conical part-bodies (101, 102; 130, 131, 132, 133; 140, 141, 142, 143) nested one in the other in the direction of flow, in that the respective longitudinal axes of symmetry (101b, 102b; 130a, 131a, 132a, 133a; 140a, 141a, 142a, 143a) of these part-bodies run with an offset relative to one another, in such a way that the adjacent walls of the part-bodies form, in their longitudinal extent, tangential ducts (119, 120) for a combustion-airstream (115), and in that at least one fuel nozzle (103) is capable of acting in the inner space (114) formed by the part-bodies.
4. Burner according to Claim 2, characterized in that the pilot-burner system (300) is cooled and is capable of being operated by means of at least one ignition device (311).
5. Burner according to Claim 2, characterized in that the pilot-burner system (300) consists of at least two media-carrying chambers (301, 302) and of a further common following chamber (308), in that the media (303, 304) from the other two chambers (301, 302) are miscible in this following chamber (308), and in that the following chamber (308) has means for the formation of pilot burners (306) acting into the combustion space (30) and capable of being operated by the mixture of the two media (303, 304).
6. Burner according to Claims 2 and 5, characterized in that the media-carrying chambers (301, 303) are designed annularly and next to one another, in that a gaseous fuel (303) flows through the first annular chamber (301) and an air quantity (304) flows through the second annular chamber (302), in that, in the second annular chamber (302), means (305) are installed, by which the air (304) flowing there implements impact cooling onto a heat shield (307) arranged on the end face of the pilot-burner system (300), and in that the ignition device (311) is led up through the second annular chamber (302).
7. Burner according to Claim 6, characterized in that the means for forming the impact cooling is a perforated plate (305) forming the bottom in the next annular chamber (302).
8. Burner according to Claim 2, characterized in that the burner front of the mixing tube (20) is designed with a breakaway edge (A) with respect to the following combustion space (30).
9. Burner according to Claim 2, characterized in that the number of transitional ducts (201) in the mixing zone (220) corresponds to the number of part-streams formed by the swirl generator (100).
10. Burner according to Claim 2, characterized in that the mixing tube (20) following the transitional ducts (201) is provided, in the direction of flow and in the circumferential direction, with orifices (21) for injecting an airstream into the interior of the mixing tube (20).
11. Burner according to Claim 2, characterized in that a combustion chamber (30) is arranged downstream of the mixing zone (220), in that between the mixing zone (220) and the combustion chamber (30) there is a cross-sectional jump which induces the initial flow cross section of the combustion chamber (30), and in that a premix flame with a back flow zone (50) is formed in the region of this cross-sectional jump.
12. Burner according to Claim 1, characterized in that the premixing zone consists, upstream of the combustion space (30), of a swirl generator (100), which swirl generator consists of at least two hollow conical part-bodies (101, 102; 130, 131, 132, 133; 140, 141, 142, 143) nested one in the other in the direction of flow, in that the respective longitudinal axes of symmetry (101b, 102b; 130a, 131a, 132a, 133a; 140a, 141a, 142a, 143a) of these part-bodies run with an offset to one another, in such a way that the adjacent walls of the part-bodies form, in their longitudinal extent, tangential ducts (119, 120) for a combustion-airstream (115), and in that at least one fuel nozzle (103) is capable of acting in the inner space (114) formed by the part-bodies.
13. Burner according to Claim 2 or 12, characterized in that further fuel injectors (117) are arranged in the region of the tangential ducts (119, 120) in the longitudinal extent of the latter.
14. Burner according to Claim 15, characterized in that the part-bodies (140, 141, 142, 143) have, in cross section, a blade-shaped profiling.
15. Method for operating a burner according to Claims 1 or 2 or 1 and 12, characterized in that a flashback of the flame is detected by the sensor (400) mounted in the burner, and in that, thereupon, the fuel quantity of this flame is reduced at least temporarily and the pilot-fuel quantity simultaneously increased, in such a way that the total fuel quantity and therefore the turbine power output are kept constant.

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