EP1714081B1 - Vormischbrenneranordnung zum betreiben einer brennkammer sowie verfahren zum betreiben einer brennkammer - Google Patents
Vormischbrenneranordnung zum betreiben einer brennkammer sowie verfahren zum betreiben einer brennkammer Download PDFInfo
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- EP1714081B1 EP1714081B1 EP05726413A EP05726413A EP1714081B1 EP 1714081 B1 EP1714081 B1 EP 1714081B1 EP 05726413 A EP05726413 A EP 05726413A EP 05726413 A EP05726413 A EP 05726413A EP 1714081 B1 EP1714081 B1 EP 1714081B1
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- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
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- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
Definitions
- the invention relates to a premix burner for operating a combustion chamber with a gaseous and / or liquid fuel with a swirl generator for a combustion air flow to form a swirl flow and means for injecting fuel into the swirl flow, wherein the swirl generator at least two complementary to a flow body cone shells which together form a cone-shaped swirl space with a cone angle ⁇ and tangential air inlet slots in the longitudinal direction of the cone.
- Premix burners of the aforementioned type are known from a variety of prepublished publications, such as. From the EP 0 210 462 A1 as well as the EP 0 321 809 B1 , to name just a few. Premix burners of this type is based on the general operating principle, within a mostly designed as a conical swirl generator, which provides at least two with corresponding mutual overlap Operakegelschalen to produce a consisting of a fuel-air mixture swirl flow, which within a downstream of the premix burner combustion chamber under training a spatially stable as possible premix flame brought to ignition becomes.
- the spatial position of the premix flame is determined by the aerodynamic behavior of the swirl flow whose swirl increases with increasing propagation along the burner axis, thus becomes unstable and ultimately bursts through an unsteady cross-sectional transition between the burner and combustion chamber in an annular swirling flow to form a backflow zone, in whose , in the flow direction front area, the premix flame is formed.
- thermoacoustic oscillations or pulsations within the combustion system occur, which considerably affect the overall combustion and the heat release.
- Vormischbrennersysteme be limited to sizes whose maximum burner diameter at the burner outlet is only 180 mm.
- premix burners have a relatively sharp, i. small cone angle of less than or equal to 18 °, so that the burner length in relation to the down-turned burner diameter rather large, but for assembly and maintenance purposes is still quite manageable.
- multiple burner arrangements which provide for the use of the above premix burners, have hitherto been used.
- Such multiple burner arrangements go, for example, from DE 42 23 828 A1 or the DE 44 12 315 A1 out.
- a sophisticated arrangement of the plurality of master or pilot burners serving premix burners in order ultimately to operate the combustion chamber in the entire load range with the lowest possible emission levels.
- Vormischbrennersysteme Another very important and at the same time critical aspect in a desired increase or increase in performance of the previously known Vormischbrennersysteme relates to the downstream end of the swirl chamber of the swirl generator enclosing Operakegelschalen, in the example of the in the EP 0321 809 B1 described double cone burner in axially directed obstructions end. These obstructions contribute to the formation of unwanted separation vortices, which, as coherent vortex structures, lead to combustion instabilities and, associated therewith, to thermoacoustic oscillations or pulsations.
- Vormischbrenneran extract are known (eg US 5,588,826 and WO-A-00/39503 ), which, in contrast to the premix burner described above, have an interposed transition geometry between the swirl generator and the combustion chamber, for example in the form of a hollow cylindrical mixing tube.
- transition geometries are extremely aerodynamically sensitive, since flow control solutions in this zone can lead to flashback or auto-ignition.
- transition geometries contribute significantly to the manufacturing costs due to their complex production.
- the invention has the object of developing a premix burner according to the features of the preamble of claim 1 such that despite enlarging the burner dimensions, the burner properties optimized in previously known premix burners should remain virtually unchanged.
- it is necessary to increase the burner size of previously known premix burner systems in order to reduce the number of burners in multiple burner arrangements, as described above, as well as the associated system costs.
- a premix burner according to the preamble of claim 1 is developed such that at least at the downstream end region of the swirl generator, a form element enclosing the partial cone shells with a Part cone shells facing the inner wall is provided, and that the Generalkegelschalen terminate flush in the inner wall flush.
- shape-retaining in the context of the invention means that the partially cone-shaped shape of the subcone shells in the area of coming into contact with the inner wall of the part cone shells enclosing the form element remains unchanged, as if the Crystalkegelschalen penetrate the mold element radially outward unhindered.
- subsequent flow channel is used in the other the inner wall of the mold element.
- this serves further as a mixing tube or as a joining element, in the sense of a flange piece on which the swirl generator with an in Flow direction downstream combustion chamber, such as a silo combustion chamber, or another channel structure is connectable.
- Fig.1 is a perspective view of a premix burner, viewed from the downstream side into the spanned by a plurality of sub-cone shells 1 swirl space of a swirl generator 2 inside.
- Fig. 2 shows the same premix burner, but from a different angle, namely from the outside to the swirl generator 2, which is spanned in the illustrated embodiment of eight partial cone shells 1.
- the other external guides with respect to the in the Fig. 1 and 2 illustrated embodiment are uniform, so that in the following no distinction between Fig. 1 and FIG.
- the premix burner shown has a central, in the form of a receiving sleeve receiving unit 3, which is provided for insertion and holding a central Brennstoffzu classroomaji, eg. In the form of a fuel nozzle for liquid fuel or burning lance for a pilot flame (not shown).
- the partial cone shells 1 connected to the receiving unit 3 at their upstream ends enclose mutually air inlet slots 4 and are set in relation to a burner axis A running centrally through the premix burner such that they delimit a swirl space widening conically in the direction of flow at a cone angle ⁇ .
- Each individual cone shell 1 also has, depending on the type of fuel, at least one fuel supply line 5, via which fuel can be added to the combustion supply air stream passing through the air inlet slots 2.
- the individual part cone shells 1 open with their downstream end form-retaining edge on an inner wall 6 of a part cone shells 1, cylindrically shaped mold element 7.
- the individual cone shells 1 are connected to the inner wall 6 of the mold element 7 along a section line 8, extending through a virtual penetration each individual sub-cone shell 1 with the inner wall 6 of the cylindrical shaped element 7 results. In this way, the swirl flow formed in the interior of the swirl generator 2 undergoes no disturbance after overflow of the individual partial cone shells 1.
- a second mold element 9 is provided, which is also hollow cylindrical and has a larger inner diameter than the first mold elements 7.
- the inner diameter transition between the mold elements 7 and 9 takes place via a discontinuous stage 10, to the rest of the fuel feeders 5 each individual cone bowl 1 adjacent.
- the downstream contour of the mold element 7 is cylindrical and offers the possibility of a structurally simple connection, for example, with a premix burner shown in the flow direction to parent combustion chamber (not shown).
- FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of an inventively designed Vormischbrenners shown in which, in contrast to the embodiment, in the Fig. 1 and 2 is shown, the region of the mold element 7 is formed as in the flow direction conically tapered truncated cone section. In order to avoid repetition, the description of the previously introduced reference numerals is omitted. That in the 3 and 4 illustrated embodiment, in the region of the mold element 7 a hatched in the perspective views shown inner wall 6, to which the downstream ends of the part cone shells 1 adjoin the former. On the inner wall 6 of the mold element 7 is adjacent to a hollow cylinder shaped shaped element 11 downstream, which serves as a coupling or flange piece for a subsequent combustion chamber.
- FIG. 5 A diagrammatic cross-sectional view of the in the 3 and 4 shown embodiment is in Fig. 5 seen.
- FIGS. 6 and 7 is a further embodiment of a premix burner shown with a mold element 7, which provides an upstream region, the so-called inflow region 12, which has a funnel-shaped inner wall 6 tapering in the flow direction.
- the curvature of the inner wall 6 in this inflow region 12 corresponds approximately to the contour of a quarter ellipse.
- a flow region 12 'with a substantially constant flow cross section adjoins the mold element 7, to which end an inlet flange of a combustion chamber can finally be attached (not shown).
- the subcone shells 1 of the swirl generator 2 run flush with their Operakegelschalenform in the adjacent inner wall 6 of the mold element 7, as if the Operakegelschalen penetrate the inner wall 6 unhindered, but the Operakegelschalen 1 close each on the section lines 8 the inner wall 6 from.
- the downstream end regions of the partial cone shells 1 conform to the ellipse curvature of the inner wall 6 in this region 12.
- each individual cone shell with its downstream end region in form-retaining manner with an inner wall of a molding element surrounding the partial cone shells leads to the least irritation of the swirling flow passing through the partial cone shells.
- shape-retaining leakage of the partial cone shells connected to the corresponding inner wall In contrast to the previously known Vormischbrennern no Versperr Oberen in axial Direction through the burner axis with the inventive, shape-retaining leakage of the partial cone shells connected to the corresponding inner wall.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf einen Vormischbrenner zum Betreiben einer Brennkammer mit einem gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff mit einem Drallerzeuger für einen Verbrennungszuluftstrom zur Ausbildung einer Drallströmung sowie Mitteln zur Eindüsung von Brennstoff in die Drallströmung, wobei der Drallerzeuger wenigstens zwei sich zu einem Strömungskörper ergänzende Teilkegelschalen aufweist, die gemeinsam einen kegelförmig ausgebildeten Drallraum mit einem Kegelwinkel γ sowie in Kegellängserstreckung tangentiale Lufteintrittsschlitze einschließen.
- Vormischbrenner der vorstehend genannten Gattung sind aus einer Vielzahl vorveröffentlichter Druckschriften bekannt, so bspw. aus der
EP 0 210 462 A1 sowie derEP 0 321 809 B1 , um nur einige zu nennen. Vormischbrennern dieser Art liegt das allgemeine Wirkprinzip zugrunde, innerhalb eines zumeist als kegelförmig ausgebildeten Drallerzeugers, der wenigstens zwei mit entsprechend gegenseitiger Überlappung zusammengesetzte Teilkegelschalen vorsieht, eine aus einem Brennstoff-Luftgemisch bestehende Drallströmung zu erzeugen, die innerhalb einer in Strömungsrichtung dem Vormischbrenner nachfolgenden Brennkammer unter Ausbildung einer räumlich möglichst stabilen Vormischflamme zur Zündung gebracht wird. Hierbei ist die räumliche Lage der Vormischflamme bestimmt durch das aerodynamische Verhalten der Drallströmung, deren Drallzahl mit zunehmender Ausbreitung längs der Brennerachse zunimmt, damit instabil wird und letztlich durch einen unsteten Querschnittsübergang zwischen Brenner und Brennkammer in eine annulare Drallströmung unter Ausbildung einer Rückströmzone aufplatzt, in deren, in Strömungsrichtung vorderen Bereich sich die Vormischflamme ausbildet. - Von besonderer Bedeutung ist die aerodynamische Stabilität der sich ausbildenden Rückströmzone, die jedoch in höchst sensibler Weise vom Design, Form und Größe des Drallerzeugers abhängt. Gelingt es beispielsweise nicht, die in Strömungsrichtung vorderste Front der sich ausbildenden Rückströmzone räumlich zu stabilisieren, so treten verstärkt thermoakustische Schwingungen bzw. Pulsationen innerhalb des Verbrennungssystems auf, die die gesamte Verbrennung sowie die Wärmefreisetzung wesentlich beeinträchtigen.
- Eingedenk dieser Tatsache sind die bisher bekannten und im Einsatz befindlichen Vormischbrennersysteme auf Baugrößen beschränkt, deren maximaler Brennerdurchmesser am Brenneraustritt lediglich 180 mm beträgt. Derartige Vormischbrenner weisen darüber hinaus einen verhältnismäßig spitzen, d.h. kleinen Kegelwinkel von kleiner gleich 18° auf, so dass die Brennerlänge im Verhältnis zum stromab gewandten Brennerdurchmesser eher groß, jedoch zu Montage- und Wartungszwecken noch durchaus handhabbar ist.
- Gilt es jedoch groß dimensionierte Brennkammern zu befeuern, so bedient man sich bis anhin so genannte Mehrfachbrenneranordnungen, die den Einsatz der vorstehenden Vormischbrenner vorsehen. Derartige Mehrfachbrenneranordnungen gehen beispielsweise aus der
DE 42 23 828 A1 oder derDE 44 12 315 A1 hervor. Zum Betreiben derartiger Mehrfachbrenneranordnungen, die beispielsweise zur Befeuerung einer Silobrennkammer geeignet sind, bedarf es einer ausgeklügelten Anordnung der Vielzahl jeweils als Haupt- oder Pilotbrenner dienenden Vormischbrenner, um letztlich die Brennkammer im gesamten Lastbereich mit möglichst geringen Emissionswerten betreiben zu können. - Es besteht jedoch der Wunsch, die Komplexität und damit auch die Anzahl der einzelnen Vormischbrenner, die zur Befeuerung groß dimensionierter Brennkammern erforderlich sind, zu reduzieren, ohne dabei Qualitätseinbußen im Verbrennungsvorgang selbst in Kauf nehmen zu müssen. Darüber hinaus gilt es aus Gründen der stets strenger werdenden Umweltnormen im Hinblick auf die Reduzierung von Emissionswerten, die bis anhin im Betrieb befindlichen Diffusions-Einzelbrennern, die vornehmlich zur Befeuerung von groß dimensionierten Silobrennkammem verwendet werden, durch modernere, umweltgerechtere Brennersystems zu ersetzen. Insbesondere im Hinblick auf die Vermeidung hoher Umrüst- sowie Neubeschaffungskosten, ist es wünschenswert, möglichst groß dimensionierte Vormischbrenner bereitzustellen, um bspw. den Betrieb derartiger groß dimensionierter Silobrennkammern mit nur einem einzigen Vormischbrenner weiterhin aufrechterhalten zu können.
- Theoretische Überlegungen sowie auch Versuche haben gezeigt, dass eine einfache Skalierung beispielsweise eines aus der
EP 0321 809 B1 bekannten Doppelkegelbrenners nicht Ziel führend ist, zumal, wie bereits vorstehend erwähnt, die Brennerlänge überproportional ansteigen würde. Hinzukommt, dass die Breite der in der Brennerachse tangential verlaufenden Lufteintrittschlitze, durch die Verbrennungszuluft zur Erzeugung der gewünschten Drallströmung in den Drallerzeuger einströmt, ebenfalls proportional ansteigen würde, so dass eine gute Durchmischung von Brennstoff sowie Verbrennungszuluft nicht mehr in ausreichender Qualität gewährleistet werden kann. - Ein weiterer sehr wichtiger und zugleich auch kritischer Aspekt bei einer gewünschten Vergrößerung bzw. Leistungssteigerung der bis anhin bekannten Vormischbrennersysteme betrifft den stromabseitigen Abschluss der den Drallraum des Drallerzeugers einschließenden Teilkegelschalen, die im Beispiel des in der
EP 0321 809 B1 beschriebenen Doppelkegelbrenners in axialwärts gerichtete Versperrungen enden. Diese Versperrungen tragen zur Ausbildung unerwünschter Ablösewirbel bei, die als kohärente Wirbelstrukturen zu Verbrennungsinstabilitäten und damit verbunden zu thermoakustischen Schwingungen bzw. Pulsationen führen. - Auch sind Vormischbrenneranordnungen bekannt (z.B.
US 5,588,826 undWO-A-00/39503 - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Vormischbrenner gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, dass trotz Vergrößerung der Brennerdimensionen die bei bisher bekannten Vormischbrennern optimierten Brennereigenschaften nahezu unverändert erhalten bleiben sollen. So gilt es, die Brennergröße von bis anhin bekannten Vormischbrennersystemen zu vergrößern, um die Brenneranzahl bei Mehrfachbrenneranordnungen, wie eingangs beschrieben, sowie auch die damit verbundenen Systemkosten zu reduzieren. Ebenso soll es mit den größer bauenden Vormischbrennersystemen möglich sein, bis anhin bekannte Diffusions-Einzelbrenner, wie sie sich beispielsweise zur Befeuerung von Silobrennkammern im Einsatz befinden, durch einen einzigen Vormischbrenner zu ersetzen.
- Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
- Erfindungsgemäß ist ein Vormischbrenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 derart weitergebildet, dass zumindest am stromabseitigen Endbereich des Drallerzeugers ein die Teilkegelschalen umschließendes Formelement mit einer den Teilkegelschalen zugewandten Innenwand vorgesehen ist, und dass die Teilkegelschalen formerhaltend in die Innenwand bündig auslaufen.
- Um den Vormischbrenner möglichst kompakt, d.h. mit einer möglichst geringen Brennerlänge realisieren zu können, werden Kegelwinkel von 20° und größer eingesetzt, unter denen die Teilkegelschalen den Drallraum konisch erweiternd umgeben. So lassen sich Brenner mit einem Brennerdurchmesser im Austrittsbereich von beispielsweise größer 500 mm ermöglichen, die eine Brennerlänge deutlich unter einem Meter aufweisen. Zur Gewährleistung einer guten Durchmischung des Brennstoffluftgemisches innerhalb des Drallerzeugers ist es überdies vorteilhaft, die Anzahl der Teilkegelschalen und damit verbunden die Anzahl der Lufteinstrittsschlitze zu erhöhen, um somit eine möglichst geringe Schlitzweite pro Lufteintrittsschlitz zu erzielen.
- Eine Vielzahl theoretischer Überlegungen sowie auch experimentell durchgeführter Versuche die bis anhin bekannte Bauform von Vormischbrennern, die üblicherweise einen maximalen brenneraustrittsseitigen Brennerdurchmesser von 180 mm aufweisen, zu vergrößern, führte zu der Erkenntnis, dass die stromabseitige Endstruktur der Teilkegelschalen einen wesentlichen Einfluss auf die Stabilität der sich ausbildenden Vormischbrennerflamme hat, insbesondere im Bestreben, den Vormischbrenner möglichst großvolumig auszubilden.
- So zeigt sich, dass in den meisten Fällen der im Einsatz befindlichen Vormischbrenner die Endbereiche der Teilkegelschalen in Strömungsrichtung in einen hohlzylinderförmigen Strömungskanal übergehen, an den sich entweder direkt die Brennkammer oder eine zusätzliche Mischstrecke in Form eines Mischrohres anschließt. Zur Vermeidung der in Strömungsrichtung sich unmittelbar an den Teilkegelschalen anschließenden Ablösewirbel ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass sich die Drallströmung unmittelbar nach Austritt aus dem Drallerzeuger weitgehend ohne Instabilisierung der Drallströmung auszubreiten vermag, wenn die einzelnen Teilkegelschalen formerhaltend mit der Innenwand des sich an dem Drallerzeuger anschließenden Strömungskanals anschmiegen. Der Begriff "formerhaltend" bedeutet im erfindungsgemäßen Sinne, dass die teilkegelartig ausgebildete Form der Teilkegelschalen im Bereich des in Berührung Tretens mit der Innenwand des die Teilkegelschalen umschließenden Formelementes unverändert bleibt, als würden die Teilkegelschalen das Formelement radialwärts nach aussen ungehindert durchdringen.
- Zur Ausbildung eines stromab an die Teilkegelschalen anschließenden Strömungskanals dient im weiteren die Innenwand des Formelementes. Je nach Form und Größe des Formelementes dient dieses im weiteren als Mischrohr oder als Fügeelement, im Sinne eines Flanschstückes, über das der Drallerzeuger mit einer in Strömungsrichtung nachfolgenden Brennkammer, wie beispielsweise eine Silobrennkammer, oder eine andere Kanalstruktur verbindbar ist.
- Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1 + 2
- perspektivische Darstellung eines Vormischbrenners mit einem zylinderförmig ausgebildeten Formelement,
- Fig. 3 + 4
- perspektivische Darstellung eines Vormischbrenners mit einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Formelement,
- Fig. 5
- Schnittdarstellung durch einen Vormischbrenner mit einem kegelstumpfförmig ausgebildeten Formelement sowie
- Fig. 6 + 7
- perspektivische Darstellung eines Vormischbrenners mit einem einen trichterförmig ausgebildeten Eintrittsbereich aufweisenden Formelement.
- In
Fig.1 ist eine perspektivische Darstellung eines Vormischbrenners gezeigt, mit Blickrichtung von der stromabwärtigen Seite in den durch eine Vielzahl von Teilkegelschalen 1 umspannten Drallraum eines Drallerzeugers 2 hinein.Fig. 2 zeigt den gleichen Vormischbrenner, jedoch unter einem anderen Blickwinkel, nämlich von außen auf den Drallerzeuger 2, der im dargestellten Ausführungsbeispiel von acht Teilkegelschalen 1 umspannt wird. Die weiteren Außenführungen bezüglich des in denFig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispieles erfolgen einheitlich, so dass im Weiteren keine Unterscheidung zwischenFig. 1 und Fig. getroffen wird. - Der dargestellte Vormischbrenner weist eine mittige, in Form einer Aufnahmehülse ausgebildete Aufnahmeeinheit 3 auf, die für einen Einschub sowie Halterung einer zentralen Brennstoffzuführeinheit, bspw. in Form einer Brennstoffdüse für flüssige Brennstoffe oder Brennlanze für eine Pilotflamme (nicht dargestellt) vorgesehen ist. Die mit ihren stromaufseitigen Enden mit der Aufnahmeeinheit 3 verbundenen Teilkegelschalen 1 schließen gegenseitig Lufteintrittsschlitze 4 ein und sind gegenüber einer mittig durch den Vormischbrenner verlaufenden Brennerachse A derart angestellt, dass sie einen in Strömungsrichtung unter einem Kegelwinkel γ sich konisch erweiternden Drallraum begrenzen. Jede einzelne Teilkegelschale 1 weist überdies, je nach Brennstoffart mindestens eine Brennstoffzuleitung 5 auf, über die in den durch die Lufteintrittsschlitze 2 hindurch tretenden Verbrennungszuluftstrom Brennstoff beigemischt werden kann.
- Die einzelnen Teilkegelschalen 1 münden mit ihrem stromab gewandten Ende formerhaltend an einer Innenwand 6 eines die Teilkegelschalen 1 umgebenden, zylindrisch ausgebildeten Formelementes 7. Die einzelnen Teilkegelschalen 1 sind mit der Innenwand 6 des Formelementes 7 längs einer Schnittlinie 8 verbunden, die sich durch eine virtuelle Durchdringung jeder einzelnen Teilkegelschale 1 mit der Innenwand 6 des zylinderförmigen Formelementes 7 ergibt. Auf diese Weise erfährt die im Inneren des Drallerzeugers 2 gebildete Drallströmung keinerlei Störung nach Überströmen der einzelnen Teilkegelschalen 1.
- Stromauf zum Formelement 7 ist zu Zwecken eines verbesserten Zuluftstromes durch die Lufteintrittsschlitze 4 des Drallerzeugers 2 ein zweites Formelement 9 vorgesehen, das gleichfalls hohlzylinderförmig ausgebildet ist und über einen größeren Innendurchmesser verfügt, als das erste Formelemente 7. Der Innendurchmesserübergang zwischen den Formelementen 7 und 9 erfolgt über eine unstetige Stufe 10, an der im übrigen die Brennstoffzufeitungen 5 jeder einzelnen Teilkegelschale 1 angrenzen.
- Die stromabseitige Kontur des Formelementes 7 ist zylinderförmig ausgebildet und bietet die Möglichkeit einer konstruktiv einfachen Verbindung beispielsweise mit einer in Strömungsrichtung dem dargestellten Vormischbrenner nach geordneten Brennkammer (nicht dargestellt).
- In den
Fig. 3 und 4 ist in perspektivischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten Vormischbrenners gezeigt, bei dem im Unterschied zum Ausführungsbeispiel, das in denFig. 1 und 2 dargestellt ist, der Bereich des Formelementes 7 als sich in Strömungsrichtung konisch verjüngender Kegelstumpfabschnitt ausgebildet ist. Auf die Beschreibung der bereits eingeführten Bezugszeichen wird, um Wiederholungen zu vermeiden, verzichtet. Das in denFig. 3 und 4 dargestellte Ausführungsbeispiel weist im Bereich des Formelementes 7 eine in den perspektivischen Darstellungen schraffiert dargestellte Innenwand 6 auf, an der die stromabseitigen Enden der Teilkegelschalen 1 formerhaltend angrenzen. An die Innenwand 6 des Formelementes 7 grenzt stromabwärtig ein hohlzylinderförmig ausgebildetes Formelement 11 an, das als Koppel- oder Flanschstück für eine nachfolgende Brennkammer dient. Durch die gegenüber den Teilkegelschalen 1 angestellte Innenwand 6 sind die Schnittlinien 8 der Teilkegelschalen 1, mit denen sie an die Innenwand 6 angrenzen kleiner bzw. in Strömungsrichtung kürzer als im Falle des vorstehenden Ausführungsbeispiels, bei dem die Teilkegelschalen längs einer koaxial zur Brennerachse gerichteten zylinderförmig ausgebildeten Innenwand angrenzen. - Eine zeichnerische Querschnittsdarstellung der in den
Fig. 3 und 4 gezeigten Ausführungsform ist inFig. 5 ersichtlich. Deutlich zu erkennen ist das formerhaltende Angrenzen jeder einzelnen Teilkegelschalen 1 an die Innenwand 6 des kegelförmig in Strömungsrichtung konisch verjüngenden Formelementes 7, das in Strömungsrichtung in einen geradzylinderförmigen Bereich 11 übergeht. - In den
Figuren 6 und 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Vormischbrenner abgebildet mit einem Formelement 7, das einen stromaufwärtigen Bereich, den so genannten Einströmbereich 12 vorsieht, der eine sich in Strömungsrichtung trichterförmig verjüngende Innenwand 6 aufweist. Die Krümmung der Innenwand 6 in diesem Einströmbereich 12 entspricht in etwa der Kontur einer Viertelellipse. In Strömungsrichtung an den Einströmbereich 12 schließt sich im Rahmen des Formelementes 7 ein Strömungsbereich 12' mit einem weitgehend konstanten Strömungsquerschnitt an, an den letztlich ein Eintrittsflansch einer Brennkammer anbringbar ist (nicht dargestellt). Wie auch in den vorstehend beschriebenen Varianten laufen die Teilkegelschalen 1 des Drallerzeugers 2 unter Beibehaltung ihrer Teilkegelschalenform bündig in die angrenzende Innenwand 6 des Formelementes 7 aus, als würden die Teilkegelschalen die Innenwand 6 ungehindert durchdringen, die Teilkegelschalen 1 schließen jedoch jeweils über die Schnittlinien 8 an der Innenwand 6 ab. Im Falle des als Viertelellipse ausgebildeten Einströmbereiches 12 schmiegen sich die stromabwärtigen Endbereiche der Teilkegelschalen 1 an die Ellipsenkrümmung der Innenwand 6 in diesem Bereich 12 an. Auf die Bedeutung der bereits eingeführten Bezugszeichen, die in denFiguren 6 und 7 zusätzlich vorgesehen sind, wird auf die vorstehenden Figuren verwiesen. - Die erfindungsgemäße Verbindung jeder einzelnen Teilkegelschale mit ihrem stromabseitigen Endbereich formerhaltend mit einer Innenwand eines die Teilkegelschalen umgebenden Formelementes führt zu einer geringsten Irritation der die Teilkegelschalen durchsetzenden Drallströmung. Im Unterschied zu den bis anhin bekannten Vormischbrennern sind keinerlei Versperrwirkungen in axialer Richtung durch die Brennerachse mit dem erfindungsgemäßen, formerhaltenden Auslaufen der Teilkegelschalen in die entsprechende Innenwand verbunden.
-
- 1
- Teilkegelschalen
- 2
- Drallerzeuger
- 3
- Aufnahmeeinheit
- 4
- Lufteintrittsschlitze
- 5
- Brennstoffzufuhrleitung
- 6
- Innenwand
- 7
- Formelement
- 8
- Schnittebene
- 9
- Formelement
- 10
- Stufe
- 11
- hohtzytinderförmig ausgebildetes Formelement
- 12
- Einströmbereich
Claims (10)
- Vormischbrenner zum Betreiben einer Brennkammer mit einem gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff mit einem Drallerzeuger (2) für einen Verbrennungszuluftstrom zur Ausbildung einer Drallströmung sowie Mitteln (5) zur Eindüsung von Brennstoff in die Drallströmung, wobei der Drallerzeuger (2) wenigstens zwei sich zu einem Strömungskörper ergänzende Teilkegelschalen (1) aufweist, die gemeinsam einen kegelförmig ausgebildeten Drallraum mit einem Kegelwinkel γ sowie in Kegellängserstreckung tangentiale Lufteintrittsschlitze (4) einschließen,
wobei zumindest am stromabseitigen Endbereich des Drallerzeugers (2) ein die Teilkegelschalen (1) umschließendes Formelement (7) mit einer den Teilkegelschalen (1) zugewandten Innenwand (6) vorgesehen ist, und
wobei die Teilkegelschalen (1) formerhaltend in die Innenwand (6) bündig auslaufen;
dadurch gekennzeichnet, dass der Kegelwinkel γ größer gleich 20° ist und der Drallerzeuger (2) einen stromabseitigen Brennerdurchmesser von größer 180 mm aufweist. - Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (7) die Teilkegelschalen (1) an ihrem stromabseitigen Endbereich ringartig derart umschließt, dass die Innenwand (6) des Formelementes (7) jeweils über eine Schnittlinie (8) durch die jeweilige Teilkegelschale (1), welche längs der die Teitkegelschate (1) die Innenwand (6) virtuell formerhaltend durchdringt, mit dieser verbunden ist. - Vormischbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (6) kegelsstumpfartig ausgebildet ist und eine sich in Strömungsrichtung konisch verjüngende Kontur aufweist. - Vormischbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (6) unmittelbar stromab am Drallerzeuger (2) angrenzend einen Einströmbereich (12) aufweist, in dem die Innenwand (6) in Strömungsrichtung trichterförmig verjüngend ausgebildet ist. - Vormischbrennern nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (6) im Einströmbereich (12) eine im Längsschnitt als Viertelellipse ausgebildete Krümmungskontur aufweist. - Vormischbrennern nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass stromab am Einströmbereich (12) die Innenwand (6) in einen Strömungsabschnitt (12') übergeht, der über einen in Strömungsrichtung gleich bleibenden Strömungsquerschnitt verfügt. - Vormischbrenner nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (6) zylinderförmig ausgebildet ist. - Vormischbrenner nach Anspruch 3 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass sich in Strömungsrichtung ein weiteres Formelement (11) an das erste Formelement (7) anschließt mit einer weiteren Innenwand, die axialwärts über einen konstanten Strömungsquerschnitt verfügt. - Vormischbrenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens vier, vorzugsweise acht, Teilkegelschalen (1) zur Ausbildung des Drallraumes vorgesehen sind. - Verwendung des Vormischbrenners nach einem der Ansprüchen 1 bis 9, zur Befeuerung einer Silobrennkammer.
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