EP2743579A1 - Brennerspitze und Brenner - Google Patents

Brennerspitze und Brenner Download PDF

Info

Publication number
EP2743579A1
EP2743579A1 EP12197209.5A EP12197209A EP2743579A1 EP 2743579 A1 EP2743579 A1 EP 2743579A1 EP 12197209 A EP12197209 A EP 12197209A EP 2743579 A1 EP2743579 A1 EP 2743579A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
burner tip
wall
burner
displacement body
tip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP12197209.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Kiener
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP12197209.5A priority Critical patent/EP2743579A1/de
Priority to US14/648,810 priority patent/US20150300633A1/en
Priority to CN201380065579.3A priority patent/CN104854405B/zh
Priority to EP13786205.8A priority patent/EP2898266A1/de
Priority to PCT/EP2013/072422 priority patent/WO2014090476A1/de
Publication of EP2743579A1 publication Critical patent/EP2743579A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D1/00—Burners for combustion of pulverulent fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/76—Protecting flame and burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72—Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78—Cooling burner parts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23Q—IGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
    • F23Q9/00—Pilot flame igniters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2214/00—Cooling

Definitions

  • the present invention relates to a torch tip, in particular a torch tip for high temperature applications in synthesis gas production.
  • the invention relates to a burner, in particular a burner for synthesis gas production.
  • a burner for a synthesis gas reactor is schematically shown in FIG DE 10 2008 006 572 A1 described.
  • This comprises an outer burner element, in the tip of a cavity with a displacer arranged therein is present. Around the displacement body around a cooling water channel is guided, which serves to cool the burner tip.
  • the burner further comprises an inner burner element, which is arranged concentrically to the outer tube. Between the inner burner element and the outer burner element, a channel for the supply of fuel dust, such as coal dust, is formed.
  • the inner burner element has in the region of its tip a cavity with a displacer arranged therein, around which a cooling water channel is guided, with which the tip of the inner burner element is cooled, on.
  • a pilot burner is arranged, wherein between the inner burner element and the pilot burner, a supply channel for an oxygen / steam mixture is formed.
  • the pilot burner is hollow-walled, wherein in the region of the tip of the pilot burner, a displacement body is arranged around which a cooling water channel is guided in order to cool the pilot burner tip can.
  • the burner tips of burners in synthesis gas reactors are exposed to high temperatures during operation of the reactor, so that a considerable heat input into the burner tip takes place.
  • the heat input is dissipated by the cooling water flowing in the described cooling water channels.
  • the burner tip can also be provided with a thermal barrier coating, as in DE 10 2008 006 572 A1 is described.
  • the respective burner elements are usually composed of a plurality of tubes and a tube connecting the tubes together, in which the displacement body is arranged, constructed.
  • the tip is usually assembled from an outer annular member and an inner annular member, wherein the outer annular member is connected to the outer tube and the inner annular member with the inner tube.
  • the annular parts are welded together at their ends facing away from the outer tube or the inner tube.
  • the displacer is connected to a centrally located tube which divides the space between the outer tube and the inner tube into an annular supply channel for cooling water and an annular discharge channel for cooling water.
  • Each burner element therefore has a complex structure.
  • the burner tips are relatively large, and thus heavy, which reduces their handling, for example, as part of a maintenance.
  • the wall thicknesses of the tubes or the tip parts are typically at least 3 mm, which makes the heat removal difficult and increases the susceptibility to temperature fluctuations.
  • suspended particles and cooling water over time can lead to a narrowing of the cooling water channels in the region of the burner tip or even to a blockage of the cooling water channels, which entails an increased need for maintenance so that such constrictions can be detected in good time.
  • a burner tip is provided with a burner outlet opening and at least one burner tip part surrounding the burner outlet opening, which has a burner tip wall with an end wall forming a closed end of the burner tip part.
  • the burner tip part has in its interior a reaching to the end wall cavity, the burner tip wall facing a cavity wall inside.
  • a displacement body is arranged with one of the wall inside of the burner tip wall facing the displacement body outside, wherein between the wall inside the burner tip wall and the displacement body outside at least one flow channel is formed.
  • the displacer is connected to the inside wall of the burner tip wall via support structures extending from the displacer body outside to the inside wall of the torch tip wall.
  • the support structures can in particular be configured as web-like or pillar-like structures, wherein adjacent web-like or pillar-like structures converge to form arcs on the displacer outside and / or on the inside of the wall of the burner tip wall, at least in the area of the burner tip end wall. These arches can be formed in particular as pointed arches, similar to the arches in Gothic architecture.
  • the design of the support structures as web-like or pillar-like structures with converging arcs allows the production of the burner tip with a generative layer construction process (English: additive manufacturing process), for example. With a selective laser melting (selective laser melting).
  • the density of support structures which connect the displacement body to the burner tip wall is increased at least in the area of the end wall in comparison to other areas of the burner tip wall.
  • the burner tip wall can be made thinner compared to areas without increased density of support structures.
  • it may have thicknesses below 3 mm, for example. Thicknesses in the range of 0.5 to 2 mm. In this way, in areas exposed to particularly high temperatures and / or particularly pronounced temperature fluctuations, the heat absorbed by the burner tip wall can be dissipated more rapidly to the cooling fluid, whereby the thinner wall can be kept cooler than a thicker wall, which in turn has a favorable effect on the available operating time up to a maintenance.
  • the displacement body may be formed in particular in one piece with the support structures and the burner tip wall. This allows a particularly stable structure and allows for many structures at all the production only. Die As already mentioned, production can be effected by additive manufacturing processes, for example by selective laser melting.
  • the burner tip wall can be coated with a thermal barrier coating at least in the region of the end wall.
  • a thermal barrier coating is applied to the thinner regions, in particular in the region of the end wall.
  • the fact that in this embodiment, in the areas with thermal barrier coating, the burner tip wall is thinner, can be achieved that the entire wall thickness in these areas, despite the applied thermal barrier coating, the thickness of the remaining areas without thermal barrier coating is not exceeded.
  • the displacement body in the burner tip according to the invention may in particular be hollow.
  • the hollow formation of the displacement body it is possible to save weight and material in comparison to combustion tips according to the prior art in which the displacement body is designed as a solid body. Because of the lower weight, the torch tip, which can have diameters of 50 cm and more, is easier to handle, for example as part of a maintenance or repair process.
  • the latter has an end proximal to the end wall, a distal end to the end wall, a displacement body interior, and in the region of the distal end at least one displacement body opening towards the displacement body opening.
  • a cooling fluid for example cooling water
  • a flow-guiding element can be arranged in the displacement body opening in this way be that it divides the displacement body opening into an inflow portion and an outflow portion and that between the inflow portion and the outflow portion, a flow path is formed around the flow guide.
  • the displacement body has at least one further displacement body opening which is open toward the displacement body interior. This is then arranged between the proximal end of the displacement body and arranged in the region of the distal end displacement body opening. Between the displacer opening and the further displacer opening, the displacer interior forms a flow path for cooling fluid, such as cooling water.
  • a foreign matter collecting space branching from the flow path in the displacement body interior may be located in the fluid flowing through the flow path.
  • the collecting space in the displacement body interior is located in a region of the flow path in which a change in the direction of flow takes place. It is particularly advantageous if the change in the flow direction brings about a substantial flow reversal.
  • the hollow displacement body is enough space to provide a sufficiently large collection space available. The collection of foreign matter such as suspended particles in the cooling fluid causes the fluid channels leading around the outside of the displacement body to clog up more slowly, thereby delaying a narrowing of the flow cross-section for a longer time. This in turn has a favorable effect on the maintenance intervals.
  • swirl blades which at least partially project into the burner outlet opening, can also be formed in one piece with the burner wall. So far, swirl blades from the burner tip facing away from the firing side in the of the burner wall surrounded the burner outlet opening inserted. This insertion may damage the swirl vanes and / or the burner tip wall.
  • integrally forming the swirl blades with the burner tip wall the insertion of swirl blades is unnecessary.
  • the flow channel formed between the wall inside of the burner tip wall and the displacement body outside at least partially extends through the swirl blades. In this way, a common cooling of burner tip and swirl blades is possible.
  • the swirl blading can also be given the shape of a nozzle, which reduces the flow channel of the oxygen-vapor mixture in certain areas.
  • the burner tip wall and the displacement body may be formed toroidal.
  • a burner tip is provided with a burner outlet opening and at least one burner tip part surrounding the burner outlet opening, which has a burner tip wall with an end wall forming a closed end of the burner tip part.
  • swirl vanes which at least partially project into the burner outlet opening, are formed in one piece.
  • the flow channel formed between the wall inside the burner tip wall and the displacement body outside extends at least partially through the swirl vanes. In this way, a common cooling of burner tip and swirl blades is possible.
  • the swirl blades With the aid of special manufacturing methods (generative layer-building methods), it is possible for the swirl blades to form a blading which has the shape of a nozzle which reduces the flow cross-section for an oxygen-vapor mixture flowing through the blading in certain regions of the blading.
  • An inventive burner is provided with a burner tip according to the invention.
  • the associated properties and advantages result from those of the burner tip according to the invention.
  • the burner is constructed rotationally symmetrically about a burner axis A and comprises a tubular feed line section and a burner tip 1 adjoining the feed line section and surrounding a burner opening 3.
  • the burner comprises a first, outer burner element 2, which is formed in the tubular portion of the burner of three telescoped tubes 4, 6, 8. Between the tubes, a cooling fluid supply channel 7 and a cooling fluid discharge channel 9 are formed, can be supplied via the cooling fluid into the burner tip 1 and can be discharged therefrom.
  • a cooling fluid in particular water comes into consideration.
  • the outer burner element 2 deviates from the pure tube shape and is inclined in the direction of the center of the burner outlet opening 3.
  • it has in the region of the tip a cavity in which a displacement body 5 is arranged at a distance from the wall of the burner element 2 in this area.
  • a flow channel 10 is formed through which the cooling fluid, such as cooling water, is passed through the tip of the outer burner element 2 to cool it.
  • the deviating from the tubular portion of the outer burner element 2 is an outer burner tip portion 11 which is formed as a separate part and its wall 11 A to the tubular portion of the outer burner element 2 is welded.
  • the wall 11A of the burner tip portion 11 has an approximately U-shaped bend so that it can be connected to both the outer tube 4 and the inner tube 8 of the tubular portion of the outer burner element 2.
  • the displacement body 5 is attached to the middle tube 6. For this purpose, it has a groove 5A whose width is adapted to the wall thickness of the central tube 6 of the tubular portion.
  • the burner further comprises an inner burner element 12 which, except in the region of the burner tip 1, is likewise formed from three telescoping tubes 14, 16, 18.
  • an inner burner tip part 15 with a cavity located therein adjoins the tubular section of the inner burner element 12.
  • a displacement body 15 is arranged, wherein the displacement body outside has a distance to the inside of the burner tip wall 21A in the region of the inner burner tip part 21, so that a flow channel is formed between the two.
  • the supply of cooling fluid into the flow channel via a nested between the tubes 14, 16 of the tubular portion of the inner burner element 12 formed feed channel 17, the removal of the cooling fluid from the region of the inner burner tip portion 21 via a discharge channel formed between the telescoped tubes 16, 18 19.
  • the inner burner tip part is formed as a separate part
  • the wall 21 A is welded to the outer tube 14 and the inner tube 18 of the tubular portion.
  • the wall 21A is bent in a broad sense U-shaped so that it can be welded to both the outer tube 14 and the inner tube 18 of the three nested tubes 14, 16, 18 of the tubular portion.
  • the displacement body 15 is attached to the middle tube 16 of the tubular portion.
  • it has a groove 15A whose width is adapted to the wall thickness of the central tube 16.
  • the inner burner element 12 has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the outer burner element 2, so that an annular channel is formed between the two, which serves for supplying a pulverized fuel, for example for the supply of pulverized coal.
  • the inner burner element 12 encloses a largely cylindrical space in which a pilot burner 21 is arranged.
  • This comprises a tubular portion 22A, which is formed from three tubes 24, 26, 28 and to which a pilot burner tip part 31 adjoins in the region of the burner tip 1.
  • the pilot burner tip part 31 has a cavity in which a displacement body 25 is arranged, wherein the displacement body outside a distance from the inside of the wall 31A of the pilot burner tip portion 31 has, so that between them a flow channel 30 is formed.
  • the wall 31A of the tip portion 31 is welded to the tubular portion.
  • the wall 31A of the pilot burner tip portion 31 is bent in the broadest sense U-shaped so that it can be welded on the one hand to the outer tube 24 of the tubular portion of the pilot burner 21 and with the inner tube 28 of the tubular portion of the pilot burner 21.
  • the displacement body 25 is attached to the middle tube 26 of the tubular portion. For this purpose, it has a groove 25A whose width is adapted to the wall thickness of the middle tube 26.
  • the tubular portion of the pilot burner 22 has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the inner burner element 12, so that between both an oxygen / steam channel 23 is formed.
  • This is used to supply water vapor, which is required in the synthesis gas reactor for the conversion of the fuel dust into synthesis gas, and optionally for the supply of oxygen or air.
  • the supplied water vapor, and optionally the supplied oxygen or the supplied air is fluidized to the synthesis gas reaction promote.
  • swirl blades 32 are arranged in the region of the burner tip 1 between the inner burner element 12 and the pilot burner 22.
  • the pilot burner 22 encloses a substantially cylindrical cavity in which a pilot burner and a device for flame monitoring are arranged. These two elements are shown in the figure only highly schematic and summarized by the reference numeral 33.
  • FIG. 2 shows the structure of the outer burner tip portion 11.
  • the outer burner tip portion 11 terminates in an end wall 34, which is the end of the outer burner tip portion.
  • a cavity is formed, in which, as already described, the displacement body 5 is located.
  • FIG. 2 is shown hollow. It has an end 36 which is proximal to the end wall 34 and an end 38 which is distal to the end wall and has a groove 5A for attachment to the middle tube 6 of the tubular section of the burner element.
  • a displacement body opening 40 which is open to the interior space 42 of the hollow displacement body 5, so that the interior space 42 is accessible through the displacement body opening 40 .
  • the roughly U-shaped torch tip wall 11A is connected to both the outer tube 4 and the inner tube 8 of the tubular portion of the outer burner element 2, while the displacer 5 is connected to the central tube 6 of the tubular portion of the outer burner element 2 in that the displacer body opening 40 is open to the supply channel 7 formed between the outer tube 4 and the middle tube 6.
  • the displacement body interior 42 is thereby fluidly connected to the supply channel 7 for the cooling fluid.
  • the hollow displacement body 5 which consists essentially of a relatively thin displacement body wall 44, is connected via support structures 46 to the inside of the burner tip wall 2. These may be web-like or pillar-shaped, so that they obstruct the flow in the flow channel 10 as little as possible and possibly even conduct.
  • Fig. 3 shows the structure of the inner burner tip part 21 and the subsequent telescoped tubes 14, 16, 18 of the tubular portion of the inner burner element 12.
  • the inner burner tip part 21 has a burner tip wall 21A with an end wall 47 which forms the closed end of the inner burner tip part 21, on.
  • a displacement body 15 is located in the cavity of the inner burner tip portion 21, a displacement body 15.
  • This in turn is itself hollow and has a displacement body interior 52 surrounding displacement body wall 54 on.
  • the displacement body 15 has a front end 47 to the proximal end 48 and a distal end wall 47 to the end 49 with a groove 15 A for attachment to the central tube 16 of the tubular portion of the burner element.
  • a displacement body opening 50 is arranged, via which the displacement body interior 52 is accessible.
  • the burner tip wall 21A of the inner burner tip portion 21 is bent approximately U-shaped with the ends of the burner tip wall 21A connected to the outer tube 14 of the tubular portion of the inner burner element 12 and to its inner tube 18.
  • the displacer body wall 54 is connected to the center tube 16 of the tubular portion of the inner burner element 12 such that the displacer body opening 50 is also open between the outer tube 14 and the middle tube 16 of the tubular portion of the inner burner element 12. In this way, the displacement body interior 52 is fluidly connected to the supply channel 17 for the cooling fluid.
  • the displacement body wall 54 is over support structures, which may be formed, for example, web-like or pillar-like, connected to the inside of the burner tip wall 21A, so that a defined distance between the displacement body outside and the inside of the burner tip wall 21A is present to form the flow channel 20.
  • the support structures can also be designed such that they guide the flow through the flow channel, but in any case they are designed so that they impede the flow as little as possible.
  • swirl vanes 32 are integrally formed.
  • the swirl vanes 32 are hollow, and each have a swirl vane interior 58 which is fluidly connected via a cooling fluid inlet opening 59 and a cooling fluid outlet opening 60 to the flow channel 20 which leads around the displacement body 15.
  • the swirl body interior 58 is thus part of the cooling circuit, so that the swirl vanes 32 are cooled together with the inner burner tip part 21 by the cooling fluid.
  • a tube 62 is formed in the present embodiment, which serves as a guide for the insertion of the pilot burner 22.
  • the tube 62 shown in the figure thus represents only an option.
  • the structure of the pilot burner 22 in the region of the burner tip 1 is in FIG. 4 shown.
  • the pilot burner tip portion 31 and the tubular portion of the pilot burner 22 formed from the three nested tubes 24, 26, 28 can be seen.
  • the pilot burner tip portion 31 has an approximately U-shaped burner tip wall 31A, which defines an interior of the burner Pilot burner tip portion 31 surrounds.
  • a displacement body 25 is arranged in the interior.
  • the displacer 25 located in the interior of the pilot burner tip part 21 is also hollow. It has a proximal end 66 facing the end face 76 and a distal end 68 remote from the latter, with a groove 25A for attachment to the middle tube 26 of the tubular section of the burner element.
  • a displacement body opening 70 is arranged, via which the interior 72 of the displacement body 25 is accessible.
  • the displacement body interior 72 is surrounded by a displacement body wall 74, which is connected via support structures 76, for example, the previously described pier-like or web-like structures, with the inside of the burner tip wall 31A.
  • the support structures 76 may be formed flow-conducting. In any case, however, they are designed so as not to obstruct the flow through the flow channel 30 formed between the displacer outside and the inside of the burner tip wall 31A.
  • the two ends of the roughly U-shaped torch tip wall 31A of the pilot burner tip 31 are connected to the outer tube 24 and the inner tube 28 of the tubular section of the pilot burner 22, the displacer wall 74 to the central tube 26 of the tubular section.
  • the connection is made at a location of the displacer wall 74 that is selected such that the displacer opening 70 is open to the supply channel formed between the outer tube 24 of the tubular section of the pilot burner 22 and its central tube 26.
  • the displacement body interior 72 is thereby integrated into the cooling fluid circuit.
  • the outer diameter of the pilot burner 22 is selected so that it can be inserted into the tube 62 of the inner burner wall 12.
  • the pilot burner 22 also encloses a substantially cylindrical interior in which a pilot burner and a flame monitoring device can be arranged.
  • the burner tip parts 11, 21, 31 are each made separate from the tubular sections formed by the nested tubes. Subsequently, the nested tubes are then connected, for example by means of a welding process with the respective burner tip parts.
  • the burner tip parts can each be produced in one piece by means of a generative layer construction method.
  • the described complex structures in which hollow displacement bodies are connected to the burner tip walls via support structures become possible.
  • the one-piece production of the swirl vanes 32 and the tube 62 with the inner burner tip part 21 can be ensured by the generative production by means of a layer-building method 5.
  • selective laser sintering can be used as a generative layer-building method.
  • FIG. 3 A variation of the in FIG. 3
  • the illustrated embodiment will be described below with reference to FIG. 5 described.
  • the modification focuses essentially on the design of the displacement body and its displacement body interior.
  • the remaining elements of in FIG. 3 described embodiment, such as the swirl blades, are therefore in FIG. 5 not shown.
  • Elements that look like those FIG. 3 correspond with the same reference numerals as in FIG. 3 and will not be explained again to avoid repetition
  • the displacement body of in FIG. 5 shown embodiment differs from the displacement body of in FIG. 3 illustrated embodiment essentially in that its displacement body opening 50 is increased.
  • a flow guide 80 protrudes from the inside of the inner burner wall into the displacement body opening 50, so that the flow guide 80 divides the opening into an inflow section 81 and an outflow section 82.
  • a flow reversal 84 In the area of flow reversal 84, a collection space 85 branches off from the flow path 83, the access to the collection space being approximately in the original flow direction, ie the flow direction before the flow reversal is. Suspended particles in the cooling fluid can not understand the abrupt change of direction in the flow reversal due to their inertia as easily as the fluid itself, so that the suspended particles can enter the collection chamber 85 and settle there.
  • FIG. 6 Another alternative to the embodiment FIG. 3 is in FIG. 6 shown. Elements that look like those FIG. 3 are the same reference numerals as in FIG. 3 and will not be explained again to avoid repetition. As in FIG. 5 are in FIG. 6 the swirl vanes 32 and the cylindrical tube 62 are not shown, since these are not of the in FIG. 3 different embodiment illustrated.
  • the main difference to that in FIG. 3 illustrated embodiment is that the end wall 147 is formed thinner than in the in FIG. 3 illustrated embodiment.
  • the density of support structures 146 is increased in its area.
  • the support structures 146 are formed as pillar-like structures, which converge on the displacement body 15 in arcs.
  • the arches are formed as pointed arches, so that the pillar-like support structures form a kind of vault, which has the shape of a Gothic vault.
  • the thin wall can also extend beyond the end wall 147 and even form the entire burner tip wall 21A.
  • the thin wall is less susceptible to thermal fluctuations.
  • the described pointed arch-like configuration of the support structures can be realized by means of the already mentioned generative layer construction method.
  • the referring to FIG. 6 described embodiment of the support structures and the wall thickness can also be realized in the burner tip parts 11, 31 of the outer burner element 2 and the pilot burner 22.
  • FIGS. 7 and 8 An alternative form of support structures, which also allows a reduction in the wall thickness of the burner tip wall is in the FIGS. 7 and 8 shown. It shows FIG. 8 a cut along in FIG. 7 shown line VIII-VIII.
  • the support structures shown are in the form of webs 86 formed between the displacer wall 54 and the burner tip wall 21A and extending from the distal end of the displacer 15 about its proximal end and back to the distal end.
  • the webs 86 run parallel and converge both on the displacement body outside and on the inside of the burner wall in arcs.
  • the arches are pointed arches, so that between the individual webs flow channels 20 are formed with cross-sections which correspond to an ellipse tapered at their ends.
  • this configuration of the support structures allows reducing the wall thickness with high stability of the thinner wall. The referring to the FIGS.
  • FIGS. 7 and 8 Support structures described can be used in the burner tip portion 11 of the outer burner element 2 and / or the burner tip portion 21 of the inner burner element 12 and / or the pilot burner tip portion 31.
  • FIGS. 7 and 8 Pointed arches have been described, other forms of arch, are used, the respective arch form may be selected, inter alia, in view of the selected manufacturing process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nozzles For Spraying Of Liquid Fuel (AREA)
  • Gas Burners (AREA)

Abstract

Es wird eine Brennerspitze mit einer Brenneraustrittsöffnung und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung umgebenden Brennerspitzenteil (21), welches eine Brennerspitzenwand (21A) mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils (21) bildenden Stirnwand (67) aufweist, zur Verfügung gestellt. Das Brennerspitzenteil (21) weist in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand (47) reichenden Hohlraum und die Brennerspitzenwand (21A) eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite auf. In dem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet, wobei zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal (20) gebildet ist. Gemäß einem ersten Aspekt ist der Verdrängungskörper (15) über Stützstrukturen (56), die sich von der Verdrängungskörper-Außenseite zur Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) erstrecken, mit der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) verbunden. Gemäß einem zweiten Aspekt sind Drallschaufeln (32), die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung (3) hineinragen, mit der Brennerspitzenwand (21A) einstückig ausgebildet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennerspitze, insbesondere eine Brennerspitze für Hochtemperaturanwendungen in der Synthesegaserzeugung. Daneben betrifft die Erfindung einen Brenner, insbesondere einen Brenner für die Synthesegaserzeugung.
  • Ein Brenner für einen Synthesegasreaktor ist schematisch in DE 10 2008 006 572 A1 beschrieben. Dieser umfasst ein äußeres Brennerelement, in dessen Spitze ein Hohlraum mit einem darin angeordneten Verdrängerkörper vorhanden ist. Um den Verdrängungskörper herum ist ein Kühlwasserkanal geführt, der zum Kühlen der Brennerspitze dient. Der Brenner umfasst weiterhin ein inneres Brennerelement, das konzentrisch zum äußeren Rohr angeordnet ist. Zwischen dem inneren Brennerelement und dem äußeren Brennerelement ist ein Kanal für die Zufuhr von Brennstaub, beispielsweise Kohlestaub, gebildet. Auch das innere Brennerelement weist im Bereich seiner Spitze einen Hohlraum mit einem darin angeordneten Verdrängerkörper, um den herum ein Kühlwasserkanal geführt ist, mit dem die Spitze des inneren Brennerelements gekühlt wird, auf. Zentrisch zum inneren Brennerelement ist ein Pilotbrenner angeordnet, wobei zwischen dem inneren Brennerelement und dem Pilotbrenner ein Zufuhrkanal für ein Sauerstoff/Dampf-Gemisch gebildet ist. Wie das äußere und das innere Brennerelement ist der Pilotbrenner hohlwandig ausgebildet, wobei im Bereich der Spitze des Pilotbrenners ein Verdrängerkörper angeordnet ist, um den herum ein Kühlwasserkanal geführt ist, um die Pilotbrennerspitze kühlen zu können.
  • Die Brennerspitzen von Brennern in Synthesegasreaktoren sind bei Betrieb des Reaktors hohen Temperaturen ausgesetzt, so dass ein erheblicher Wärmeeintrag in die Brennerspitze erfolgt. Die eingetragene Wärme wird durch das in den beschriebenen Kühlwasserkanälen fließende Kühlwasser abgeführt. Um den Wärmeeintrag zu verringern, kann die Brennerspitze außerdem mit einer Wärmedämmschicht versehen sein, wie dies in DE 10 2008 006 572 A1 beschrieben ist.
  • Die jeweiligen Brennerelemente werden in der Regel aus mehreren Rohren und einer die Rohre miteinander verbindenden Spitze, in der auch der Verdrängungskörper angeordnet ist, aufgebaut. Die Spitze wird dabei in der Regel aus einem äußeren ringförmigen Teil und einem inneren ringförmigen Teil zusammengebaut, wobei das äußere ringförmige Teil mit dem äußeren Rohr und das innere ringförmige Teil mit dem inneren Rohr verbunden wird. Zudem werden die ringförmigen Teile an ihren dem äußeren Rohr bzw. dem inneren Rohr abgewandten Enden miteinander verschweißt. Der Verdrängungskörper wird mit einem zentral angeordneten Rohr verbunden, welches den Zwischenraum zwischen den äußeren Rohr und dem inneren Rohr in einen ringförmigen Zufuhrkanal für Kühlwasser und einen ringförmigen Abfuhrkanal für Kühlwasser unterteilt. Jedes Brennerelement weist daher einen komplexen Aufbau auf. Außerdem sind die Brennerspitzen relativ groß, und damit schwer, was ihre Handhabbarkeit bspw. im Rahmen einer Wartung verringert.
  • Aus fertigungstechnischen Gründen betragen die Wandstärken der Rohre bzw. der Spitzenteile typischerweise mindestens 3 mm, was die Wärmeabfuhr erschwert und die Anfälligkeit gegenüber Temperaturfluktuationen erhöht. Außerdem können Schwebeteilchen und Kühlwasser mit der Zeit zu einer Verengung der Kühlwasserkanäle im Bereich der Brennerspitze oder gar zu einem Blockieren der Kühlwasserkanäle führen, was einen erhöhten Wartungsbedarf mit sich bringt, damit derartige Verengungen rechtzeitig entdeckt werden können.
  • Zudem sind die Materialien, aus denen die Brennerspitzen hergestellt sind, teuer und in der Verarbeitung aufwendig, da die Teile, aus denen die Brennerspitzen bestehen, miteinander verschweißt werden müssen. Das Verschweißen der Teile zum Formen der jeweiligen Brennerspitze ist nicht einfach, da die typischerweise verwendeten Superlegierungen auf Nickelbasis spezielle Schweißprozeduren erfordern.
  • Gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vorteilhafte Brennerspitze, insbesondere für Brennerelemente eines Synthesegasbrenners, zur Verfügung zu stellen. Daneben ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brenner, insbesondere für die Synthesegaserzeugung, zur Verfügung zu stellen.
  • Die genannte Aufgabe wird durch eine Brennerspitze nach Anspruch 1 sowie durch eine Brennespitze nach Anspruch 17 bzw. einen Brenner nach Anspruch 21 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Brennerspitze mit einer Brenneraustrittsöffnung und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung umgebenden Brennerspitzenteil, welches eine Brennerspitzenwand mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils bildenden Stirnwand aufweist, zur verfügung gestellt. Das Brennerspitzenteil weist in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand reichenden Hohlraum auf, die Brennerspitzenwand eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite. In dem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet, wobei zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal gebildet ist. Der Verdrängungskörper ist über Stützstrukturen, die sich von der Verdrängungskörper-Außenseite zur Wandinnenseite der Brennerspitzenwand erstrecken, mit der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand verbunden.
  • Durch die Stutzstrukturen kann die Lage des Verdrängungskörpers im Inneren der Brennerspitzenwand festgelegt werden. Außerdem kann die gesamte Struktur aus Brennerspitzenwand und Verdrängungskörper insgesamt stabiler ausgestaltet werden. Die Stützstrukturen können insbesondere als stegartige oder pfeilerartige Strukturen ausgestaltet sien, wobei zumindest im Bereich der Brennerspitzenstirnwand benachbarte stegartige oder pfeilerartige Strukturen an der Verdrängungskörper-Außenseite und/oder an der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand zu Bögen zusammenlaufen. Diese Bögen können insbesondere als Spitzbögen, ähnlich den Bögen in der gotischen Architektur, ausgebildet sein. Die Ausgestaltung der Stützstrukturen als stegartige oder pfeilerartige Strukturen mit zusammenlaufenden Bögen ermöglicht die Herstellung der Brennerspitze mit einem generativen Schichtaufbauverfahren (engl.: additive manufacturing process), bspw. mit einem selektiven Laserschmelzen(engl.: selective laser melting).
  • In einer speziellen Ausgestaltung der Brennerspitze mit Stützstrukturen ist die Dichte an Stützstrukturen, welche den Verdrängungskörper mit der Brennerspitzenwand verbinden, zumindest im Bereich der Stirnwand im Vergleich zu anderen Bereichen der Brennerspitzenwand erhöht. Dort, wo die Dichte der Stützstrukturen erhöht ist, kann dann die Brennerspitzenwand im Vergleich zu Bereichen ohne erhöhte Dichte an Stützstrukturen dünner ausgestaltet sein. Insbesondere kann sie Dicken unter 3 mm aufweisen, bspw. Dicken im Bereich von 0,5 bis 2 mm. Auf diese Weise lässt sich in Bereichen, die besonders hohen Temperaturen und/oder besonders ausgeprägten Temperaturfluktuationen ausgesetzt sind, die von der Brennerspitzenwand aufgenommene Wärme rascher an das Kühlfluid abführen, wodurch die dünnere Wand kühler gehalten werden kann, als eine dickere Wand, was sich wiederum günstig auf die zur Verfügung stehende Betriebsdauer bis zu einer Wartung auswirkt.
  • Im Rahmen der erfindungsgemäßen Brennerspitze kann der Verdrängungskörper insbesondere einstückig mit den Stützstrukturen und der Brennerspitzenwand ausgebildet sein. Dies erlaubt eine besonders stabile Struktur und ermöglicht bei vielen Strukturen überhaupt die Herstellung erst. Die Herstellung kann dabei wie bereits erwähnt durch generative Schichtaufbauverfahren (engl.: additive manufacturing process) erfolgen, bspw. durch selektives Laserschmelzen (engl.: selective laser melting).
  • Die Brennerspitzenwand kann wenigstens in Bereich der Stirnwand mit einer Wärmedämmschicht beschichtet sein. Insbesondere, wenn die Brennerspitzenwand dickere und dünnere Bereiche aufweist ist eine Ausgestaltung vorteilhaft, in der die Wärmedämmschicht auf die dünneren Bereiche, insbesondere im Bereich der Stirnwand, aufgebracht ist. Dadurch, dass in dieser Ausgestaltung in den Bereichen mit Wärmedämmschicht die Brennerspitzenwand dünner ist, kann erreicht werden, dass die gesamte Wanddicke in diesen Bereichen trotz der aufgebrachten Wärmedämmschicht die Dicke der übrigen Bereiche ohne Wärmedämmschicht nicht überstreitet.
  • Der Verdrängungskörper in der erfindungsgemäßen Brennerspitze kann insbesondere hohl ausgebildet sein. Durch das hohle Ausbilden des Verdrängungskörpers lässt sich im Vergleich zu Verbrennerspitzen nach Stand der Technik, in denen der Verdrängungskörper als Vollkörper ausgebildet ist, Gewicht und Material einsparen. Wegen des geringeren Gewichtes ist die Brennerspitze, die Durchmesser von 50 cm und mehr aufweisen kann, leichter zu handhaben, etwa im Rahmen eines Wartungs- oder Reparaturprozesses.
  • In einer Weiterbildung der Ausführungsvariante mit hohlem Verdränungskörper weist dieser ein zur Stirnwand proximales Ende, ein zur Stirnwand distales Ende, einen Verdrängungskörper-Innenraum und im Bereich des distalen Endes wenigstens eine zum Verdrängungskörper-Innenraum hin offene Verdrängungskörper-Öffnung auf. Auf diese Weise wird es möglich, den hohlen Verdrängungskörper einem durch den Strömungskanal zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand strömenden Kühlfluid, bspw. Kühlwasser, zugänglich zu machen. Hierzu kann bspw. ein Strömungsleitelement derart in der Verdrängungskörper-Öffnung angeordnet sein, dass es die Verdrängungskörper-Öffnung in einen Einströmabschnitt und einem Ausströmabschnitt unterteilt und dass zwischen dem Einströmabschnitt und dem Ausströmabschnitt ein Strömungspfad um das Strömungsleitelement herum gebildet wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass der Verdrängungskörper wenigstens eine weitere zum Verdrängungskörper-Innenraum hin offene Verdrängungskörper-Öffnung aufweist. Diese ist dann zwischen dem proximalen Ende des Verdrängungskörpers und der im Bereich des distalen Endes angeordneten Verdrängungskörper-Öffnung angeordnet. Zwischen der Verdrängungskörper-Öffnung und der weiteren Verdrängungskörper-Öffnung bildet der Verdrängungskörper-Innenraum einen Strömungspfad für Kühlfluid wie etwa Kühlwasser.
  • Wenn im Inneren des hohlen Verdrängungskörpers ein Strömungspfad für Kühlfluid gebildet ist, kann sich im Verdrängungskörper-Innenraum ein vom Strömungspfad abzweigender Sammelraum für Fremdkörper in dem durch den Strömungspfad strömenden Fluid befinden. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn sich der Sammelraum im Verdrängungskörper-Innenraum in einem Bereich des Strömungspfades befindet, in dem eine Änderung der Strömungsrichtung stattfindet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Änderung der Strömungsrichtung eine weitgehende Strömungsumkehr mit sich bringt. Im hohlen Verdrängungskörper ist dabei genug Platz, um einen hinreichend großen Sammelraum zur Verfügung stellen zu können. Das Sammeln von Fremdkörpern wie etwa Schwebeteilchen im Kühlfluid führt dazu, dass sich die um die Außenseite des Verdrängungskörpers herum führenden Fluidkanäle langsamer zusetzen und dadurch eine Verengung des Strömungsquerschnittes länger hinaus gezögert werden kann. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Wartungsintervalle aus.
  • In der erfindungsgemäßen Brennerspitze können zudem Drallschaufeln, die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung hineinragen, mit der Brennerwand einstückig ausgebildet sein. Bisher werden Drallschaufeln von der der Brennerspitze abgewandten Brennseite aus in die von der Brennerwand umgebene Brenneraustrittsöffnung eingeschoben. Bei diesem Einschieben kann es zu Beschädigung der Drallschaufeln und/oder der Brennerspitzenwand kommen. Durch das einstückige Ausbilden der Drallschaufeln mit der Brennerspitzenwand wird das Einschieben von Drallschaufeln überflüssig. Zudem besteht die Möglichkeit, dass sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal wenigstens teilweise auch durch die Drallschaufeln erstreckt. Auf diese Weise wird eine gemeinsame Kühlung von Brennerspitze und Drallschaufeln möglich. Durch spezielle Fertigungsverfahren (generative Schichtaufbauverfahren) kann der Drallbeschaufelung auch zusätzlich die Form einer Düse gegeben werden, die den Strömungskanal des Sauerstoff-DampfGemisches in bestimmten Bereichen verkleinert.
  • In der erfindungsgemäßen Brennerspitze können die Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper toroidal ausgebildet sein.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Brennerspitze mit einer Brenneraustrittsöffnung und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung umgebenden Brennerspitzenteil, welches eine Brennerspitzenwand mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils bildenden Stirnwand aufweist, zur Verfügung gestellt. Mit der Brennerspitzenwand sind gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung Drallschaufeln, die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung hineinragen, einstückig ausgebildet.
  • Bisher werden Drallschaufeln von der der Brennerspitze abgewandten Brennseite aus in die von der Brennerwand umgebene Brenneraustrittsöffnung eingeschoben. Bei diesem Einschieben kann es zu Beschädigung der Drallschaufeln und/oder der Brennerspitzenwand kommen. Durch das einstückige Ausbilden der Drallschaufeln mit der Brennerspitzenwand wird das Einschieben von Drallschaufeln überflüssig.
  • In einer Weiterbildung der Brennespitze gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erstreckt sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal wenigstens teilweise auch durch die Drallschaufeln. Auf diese Weise wird eine gemeinsame Kühlung von Brennerspitze und Drallschaufeln möglich.
  • Mit Hilfe spezieller Fertigungsverfahren (generative Schichtaufbauverfahren) kann erreicht werden, dass die Drallschaufeln eine Beschaufelung bilden, welche die Form einer Düse aufweist, die den Strömungsquerschnitt für ein durch die Beschaufelung strömendes Sauerstoff-Dampf-Gemisch in bestimmten Bereichen der Beschaufelung verkleinert.
  • Ein erfindungsgemäßer Brenner ist mit einer erfindungsgemäßen Brennerspitze versehen. Die damit verbundenen Eigenschaften und Vorteile ergeben sich aus denen der erfindungsgemäßen Brennerspitze.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung erheben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
    • Figur 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Brenners, wie er in Synthesegasreaktoren Verwendung findet.
    • Figur 2 zeigt die Spitze eines ersten Brennerelements.
    • Figur 3 zeigt die Spitze eines zweiten Brennerelements.
    • Figur 4 zeigt die Spitze eines im Brenner verwendeten Pilotbrenners.
    • Figur 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Spitze aus Figur 3.
    • Figur 6 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltung der Spitze aus Figur 3.
    • Figur 7 zeigt noch eine weitere alternative Ausgestaltung aus Figur 3.
    • Figur 8 zeigt die Ausgestaltung aus Figur 7 in einem Schnitt entlang der Linie VIII-VIII.
  • Der prinzipielle Aufbau eines Brenners für Synthesegasreaktoren wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 1 beschrieben.
  • Der Brenner ist rotationssymmetrisch um eine Brennerachse A herum aufgebaut und umfasst einen rohrförmigen Zuleitungsabschnitt sowie eine sich an den Zuleitungsabschnitt anschließende Brennerspitze 1, die eine Brenneröffnung 3 umgibt.
  • Der Brenner umfasst ein erstes, äußeres Brennerelement 2, das im rohrförmigen Abschnitt des Brenners aus drei ineinandergeschobenen Rohren 4, 6, 8 gebildet ist. Zwischen den Rohren sind ein Kühlfluidzufuhrkanal 7 und eine Kühlfluidabfuhrkanal 9 gebildet, über die Kühlfluid in die Brennerspitze 1 zugeführt bzw. aus dieser abgeführt werden kann. Als Kühlfluid kommt insbesondere Wasser in Betracht. Im Bereich der Brennerspitze 1 weicht das äußere Brennerelement 2 von der reinen Rohrform ab und ist in Richtung auf das Zentrum der Brenneraustrittsöffnung 3 geneigt. Außerdem weist es im Bereich der Spitze einen Hohlraum auf, in dem ein Verdrängungskörper 5 mit Abstand zur Wand des Brennerelements 2 in diesem Bereich angeordnet ist. Zwischen der Innenseite der Wand 11A des Brennerelements 2 im Spitzenbereich und der Verdrängungskörperaußenseite ist dabei ein Strömungskanal 10 gebildet, durch den das Kühlfluid, beispielsweise Kühlwasser, durch die Spitze des äußeren Brennerelements 2 geleitet wird, um diese zu kühlen. Der von der Rohrform abweichende Teil des äußeren Brennerelements 2 stellt ein äußeres Brennerspitzenteil 11 dar, das als eigenständiges Teil ausgebildet und dessen Wand 11A an den rohrförmigen Abschnitt des äußeren Brennerelements 2 angeschweißt ist. Dabei weist die Wand 11A des Brennerspitzenteils 11 eine in etwa U-förmige Biegung auf, so dass sie sowohl mit dem äußeren Rohr 4 als auch mit den inneren Rohr 8 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbunden werden kann. Der Verdrängungskörper 5 ist auf das mittlere Rohr 6 aufgesteckt. Hierzu weist er eine Nut 5A auf, deren Breite an die Wanddicke des mittleren Rohres 6 des rohrförmigen Abschnitts angepasst ist.
  • Der Brenner umfasst weiterhin ein inneres Brennerelement 12, das außer im Bereich der Brennerspitze 1 ebenfalls aus drei ineinandergeschobenen Rohren 14, 16, 18 gebildet ist. Im Bereich der Brennerspitze 1 schließt sich an den rohrförmigen Abschnitt des inneren Brennerelements 12 ein inneres Brennerspitzenteil 15 mit einem darin befindlichen Hohlraum an. In diesem Hohlraum ist ein Verdrängungskörper 15 angeordnet, wobei die Verdrängungskörperaußenseite einen Abstand zur Innenseite der Brennerspitzenwand 21A im Bereich des inneren Brennerspitzenteils 21 aufweist, so dass ein Strömungskanal zwischen beiden gebildet ist. Die Zufuhr von Kühlfluid in den Strömungskanal erfolgt über einen zwischen den ineinandergeschobenen Rohren 14, 16 des rohrförmigen Abschnitts des inneren Brennerelements 12 gebildeten Zufuhrkanal 17, die Abfuhr des Kühlfluids aus dem Bereich des inneren Brennerspitzenteils 21 über einen zwischen den ineinandergeschobenen Rohren 16, 18 gebildeten Abfuhrkanal 19. Auch das innere Brennerspitzenteil ist als eigenständiges Teil ausgebildet, dessen Wand 21A an das äußere Rohr 14 und das innere Rohr 18 des rohrförmigen Abschnitts angeschweißt ist. Hierzu ist die Wand 21A im weitesten Sinne u-förmig gebogen, so dass sie sowohl mit dem äußeren Rohr 14 als auch mit dem inneren Rohr 18 der drei ineinander geschobenen Rohre 14, 16, 18 des rohrförmigen Abschnitts verschweißt werden kann. Der Verdrängungskörper 15 ist auf das mittlere Rohr 16 des rohrförmigen Abschnitts aufgesteckt. Hierzu weist er eine Nut 15A auf, deren Breite an die Wanddicke des mittleren Rohres 16 angepasst ist.
  • Das innere Brennerelement 12 weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als der Innendurchmesser des äußeren Brennerelements 2, so dass zwischen beiden ein Ringkanal gebildet ist, der zur Zufuhr eines Brennstaubes, beispielsweise zur Zufuhr von Kohlenstaub, dient.
  • Das innere Brennerelement 12 umschließt einen weitgehend zylinderförmigen Raum, in dem ein Pilotbrenner 21 angeordnet ist. Dieser umfasst einen rohrförmigen Abschnitt 22A, der aus drei Rohren 24, 26, 28 gebildet ist und an den sich im Bereich der Brennerspitze 1 ein Pilotbrennerspitzenteil 31 anschließt. Das Pilotbrennerspitzenteil 31 weist einen Hohlraum auf, in dem ein Verdrängungskörper 25 angeordnet ist, wobei die Verdrängungskörperaußenseite einen Abstand von der Innenseite der Wand 31A des Pilotbrennerspitzenteils 31 aufweist, so dass zwischen beiden ein Strömungskanal 30 gebildet ist. Wie beim äußeren Brennerelement 2 und beim inneren Brennerelement 12 ist die Wand 31A des Spitzenteils 31 an den rohrförmigen Abschnitt angeschweißt. Die Wand 31A des Pilotbrennerspitzenteils 31 ist dabei im weitesten Sinne u-förmig gebogen, so dass sie einerseits mit dem äußeren Rohr 24 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 21 als auch mit dem inneren Rohr 28 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 21 verschweißt werden kann. Der Verdrängungskörper 25 ist auf das mittlere Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts aufgesteckt. Hierzu weist er eine Nut 25A auf, deren Breite an die Wanddicke des mittleren Rohres 26 angepasst ist.
  • Der rohrförmige Abschnitt des Pilotbrenners 22 weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser des inneren Brennerelements 12, so dass zwischen beiden ein Sauerstoff/Dampf-Kanal 23 gebildet ist. Dieser dient zur Zufuhr von Wasserdampf, der im Synthesegasreaktor für die Umwandlung des Brennstaubs in Synthesegas benötigt wird, und gegebenenfalls zur Zufuhr von Sauerstoff oder Luft. Zur Förderung der Synthesegasreaktion wird der zugeführte Wasserdampf, und gegebenenfalls der zugeführte Sauerstoff bzw. die zugeführte Luft, verwirbelt, um die Synthesegasreaktion zu fördern. Hierzu sind Drallschaufeln 32 im Bereich der Brennerspitze 1 zwischen dem inneren Brennerelement 12 und dem Pilotbrenner 22 angeordnet.
  • Der Pilotbrenner 22 umschließt einen im Wesentlichen zylinderförmigen Hohlraum, in dem ein Zündbrenner und eine Vorrichtung zur Flammenüberwachung angeordnet sind. Diese beiden Elemente sind in der Figur lediglich stark schematisiert dargestellt und unter der Bezugsziffer 33 zusammengefasst.
  • Figur 2 zeigt den Aufbau des äußeren Brennerspitzenteils 11. Außerdem sind die die ineinander geschobenen Rohre 4, 6, 8 des rohrförmigen Abschnittes des äußeren Brennerelementes 2 zu erkennen. Das äußere Brennerspitzenteil 11 endet in einer Stirnwand 34, die das Ende des äußeren Brennerspitzenteils darstellt. Im äußeren Brennerspitzenteil 11 ist ein Hohlraum gebildet, in dem sich, wie bereits beschrieben, der Verdrängungskörper 5 befindet. Dieser ist, wie in Figur 2 dargestellt ist, hohl ausgebildet. Er weist ein zur Stirnwand 34 proximalen Ende 36 sowie ein zur Stirnwand distales Ende 38 mit einer Nut 5A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 6 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 38, insbesondere unmittelbar vor der Nut 5A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskörper-Öffnung 40 vorhanden, die zum Innenraum 42 des hohlen Verdrängungskörpers 5 hin offen ist, so dass der Innenraum 42 durch die Verdrängungskörper-Öffnung 40 zugänglich ist. Die in etwa u-förmig gebogene Brennerspitzenwand 11A ist sowohl mit dem äußeren Rohr 4 als auch mit dem inneren Rohr 8 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbunden, während der Verdrängungskörper 5 derart mit dem mittleren Rohr 6 des rohrförmigen Abschnitts des äußeren Brennerelements 2 verbunden ist, dass die Verdrängungskörper-Öffnung 40 zu dem zwischen dem äußeren Rohr 4 und dem mittleren Rohr 6 gebildeten Zufuhrkanal 7 hin offen ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 42 ist dadurch strömungstechnisch mit dem Zufuhrkanal 7 für das Kühlfluid verbunden.
  • Der hohle Verdrängungskörper 5, der im Wesentlichen aus einer relativ dünnen Verdrängungskörperwand 44 besteht, ist über Stützstrukturen 46 mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 2 verbunden. Diese können stegartig oder pfeilerartig ausgebildet sein, so dass sie die Strömung im Strömungskanal 10 möglichst wenig behindern und gegebenenfalls sogar leiten.
  • Fig. 3 zeigt den Aufbau des inneren Brennerspitzenteils 21 sowie die sich darin anschließenden ineinandergeschobenen Rohre 14, 16, 18 des rohrförmigen Abschnitts des inneren Brennerelements 12. Das innere Brennerspitzenteil 21 weist eine Brennerspitzenwand 21A mit einer Stirnwand 47, die das geschlossene Ende des inneren Brennerspitzenteils 21 bildet, auf. Wie bereits mit Bezug auf Figur 1 beschrieben worden ist, befindet sich im Hohlraum des inneren Brennerspitzenteils 21 ein Verdrängungskörper 15. Dieser ist wiederum selbst hohl ausgebildet und weist eine einen Verdrängungskörper-Innenraum 52 umgebende Verdrängungsköper-Wand 54 auf. Darüber hinaus weist der Verdrängungskörper 15 ein zur Stirnwand 47 proximales Ende 48 und ein zur Stirnwand 47 distales Ende 49 mit einer Nut 15A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 16 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 49, insbesondere unmittelbar vor der Nut 15A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskörper-Öffnung 50 angeordnet, über die der Verdrängungskörper-Innenraum 52 zugänglich ist. Die Brennerspitzenwand 21A des inneren Brennerspitzenteils 21 ist in etwa u-förmig gebogen, wobei die Enden der Brennerspitzenwand 21A mit dem äußeren Rohr 14 des rohrförmigen Abschnitts des inneren Brennerelements 12 sowie mit dessen innerem Rohr 18 verbunden ist. Die Verdrängungskörperwand 54 ist so mit dem mittleren Rohr 16 des rohrförmigen Abschnittes des inneren Brennerelements 12 verbunden, dass die Verdrängungskörperöffnung 50 zudem zwischen dem äußeren Rohr 14 und dem mittleren Rohr 16 des rohrförmigen Abschnittes des inneren Brennerelements 12 hin offen ist. Auf diese Weise ist der Verdrängungskörperinnenraum 52 strömungstechnisch mit dem Zufuhrkanal 17 für das Kühlfluid verbunden ist. Die Verdrängungskörper-Wand 54 ist über Stützstrukturen, die beispielsweise steg- oder pfeilerartig ausgebildet sein können, mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 21A verbunden, so dass ein definierter Abstand zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brennerspitzenwand 21A vorhanden ist, um den Strömungskanal 20 zu bilden. Wie beim äußeren Brennerspitzenteil können die Stützstrukturen auch derart ausgebildet sein, dass sie die Strömung durch den Strömungskanal leiten, auf jeden Fall sind sie jedoch so ausgebildet, dass sie die Strömung möglichst wenig behindern.
  • Mit dem Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 sind Drallschaufeln 32 einstückig ausgebildet. Die Drallschaufeln 32 sind hohl, und besitzen jeweils einen Drallschaufel-Innenraum 58, der über eine Kühlfluideintritts- öffnung 59 und eine Kühlfluidaustrittsöffnung 60 strömungstechnisch mit dem um den Verdrängungskörper 15 herumführenden Strömungskanal 20 verbunden ist. Der Drallkörper-Innenraum 58 ist damit Teil des Kühlkreislaufs, so dass die Drallschaufeln 32 zusammen mit dem inneren Brennerspitzenteil 21 durch das Kühlfluid gekühlt werden.
  • Ebenfalls einstückig mit dem inneren Brennerspitzenteil 21 und den Drallschaufeln 32 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Rohr 62 ausgebildet, das als Führung für das Einsetzen des Pilotbrenners 22 dient. Ausführungsbeispiele ohne Rohr 62 zur Führung des Pilotbrenners 22 sind aber auch möglich. Das in der Figur dargestellte Rohr 62 stellt somit lediglich eine Option dar.
  • Die Struktur des Pilotbrenners 22 im Bereich der Brennerspitze 1 ist in Figur 4 dargestellt. In der Figur sind das Pilotbrennerspitzenteil 31 sowie der aus den drei ineinandergeschobenen Rohren 24, 26, 28 gebildete rohrförmige Abschnitt des Pilotbrenners 22 zu erkennen.
  • Das Pilotbrennerspitzenteil 31 weist eine in etwa u-förmig gebogene Brennerspitzenwand 31A auf, die einen Innenraum des Pilotbrennerspitzenteils 31 umgibt. In dem Innenraum ist ein Verdrängungskörper 25 angeordnet. Wie bei Brennerspitzenteilen 11, 21 des äußeren Brennerelements 2 und des inneren Brennerelements 12 ist auch der im Innenraum des Pilotbrennerspitzenteils 21 befindliche Verdrängungskörper 25 hohl ausgebildet. Er weist ein zur Stirnseite 76 weisendes proximales Ende 66 und ein von diesem abgewandtes distales Ende 68 mit einer Nut 25A zum Aufstecken auf das mittlere Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts des Brennerelements auf. Im Bereich des distalen Endes 68, insbesondere unmittelbar vor der Nut 25A im distalen Ende, ist eine Verdrängungskörper-Öffnung 70 angeordnet, über die der Innenraum 72 des Verdrängungskörpers 25 zugänglich ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 72 ist von einer Verdrängungskörper-Wand 74 umgeben, die über Stützstrukturen 76, beispielsweise die bereits beschriebenen pfeilerartigen oder stegartigen Strukturen, mit der Innenseite der Brennerspitzenwand 31A verbunden ist. Auch bei der Brennerspitzenwand des Pilotbrenners können die Stützstrukturen 76 strömungsleitend ausgebildet sein. Auf jeden Fall sind sie jedoch so ausgebildet, dass sie die Strömung durch den zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brennerspitzenwand 31A gebildeten Strömungskanal 30 nicht behindern.
  • Die beiden Enden der in etwa u-förmig gebogenen Brennerspitzenwand 31A der Pilotbrennerspitze 31 sind mit dem äußeren Rohr 24 und dem inneren Rohr 28 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 22 verbunden, die Verdrängungskörper-Wand 74 mit dem mittleren Rohr 26 des rohrförmigen Abschnitts. Die Verbindung ist dabei an einer Stelle der Verdrängungskörper-Wand 74 ausgeführt, die derart gewählt ist, dass die Verdrängungskörper-Öffnung 70 zu dem zwischen dem äußeren Rohr 24 des rohrförmigen Abschnitts des Pilotbrenners 22 und dessen mittlerem Rohr 26 gebildeten Zufuhrkanal hin offen ist. Der Verdrängungskörper-Innenraum 72 ist dadurch in den Kühlfluidkreislauf integriert.
  • Der Außendurchmesser des Pilotbrenners 22 ist so gewählt, dass er in das Rohr 62 der inneren Brennerwand 12 eingeschoben werden kann. Der Pilotbrenner 22 umschließt zudem einen weitgehend zylinderförmigen Innenraum, in dem ein Zündbrenner und eine Flammenüberwachungsvorrichtung angeordnet werden können.
  • Sowohl bei dem äußeren Brennerelement 2 und dem inneren Brennerelement 12 als auch beim Pilotbrenner 22 werden die Brennerspitzenteile 11, 21, 31 jeweils getrennt von den durch die ineinandergeschobenen Rohre gebildeten rohrförmigen Abschnitte hergestellt. Anschließend werden dann die ineinandergeschobenen Rohre beispielsweise mittels eines Schweißprozesses mit den jeweiligen Brennerspitzenteilen verbunden.
  • Die Brennerspitzenteile können insbesondere jeweils einstückig mittels eines generativen Schichtaufbauverfahrens hergestellt werden. Dadurch werden die beschriebenen komplexen Strukturen, in denen hohle Verdrängungskörper über Stützstrukturen mit den Brennerspitzenwänden verbunden sind, möglich. Insbesondere auch das einstückige Herstellen der Drallschaufeln 32 und des Rohres 62 mit dem inneren Brennerspitzenteil 21 kann durch das generativen Herstellen mittels eines Schichtaufbauverfahren 5 gewährleistet werden. Als ein generatives Schichtaufbauverfahren kann insbesondere selektives Lasersintern zur Anwendung kommen.
  • Eine Abwandlung des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels wird nachfolgend mit Bezug auf Figur 5 beschrieben. Die Abwandlung konzentriert sich im Wesentlichen auf die Ausgestaltung des Verdrängungskörpers und seines Verdrängungskörper-Innenraums. Die übrigen Elemente des in Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiels, etwa die Drallschaufeln, sind daher in Figur 5 nicht dargestellt. Elemente, die denen aus Figur 3 entsprechen sind mit denselben Bezugsziffern wie in Figur 3 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden
  • Der Verdrängungskörper des in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich vom Verdrängungskörper des in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiels im Wesentlichen dadurch, dass seine Verdrängungskörper-Öffnung 50 vergrößert ist. Darüber hinaus ragt ein Strömungsleitelement 80 von der Innenseite der inneren Brennerwand in die Verdrängungskörper-Öffnung 50 hinein, so dass das Strömungsleitelement 80 die Öffnung in einen Einströmabschnitt 81 und einen Ausströmabschnitt 82 unterteilt.
  • Um das Strömungsleitelement 80 herum ist ein Strömungspfad 83 gebildet. Am Ende des Strömungsleitelements 80 erfährt die Strömung durch den Strömungspfad 83 eine Strömungsumkehr 84. Im Bereich der Strömungsumkehr 84 zweigt ein Sammelraum 85 vom Strömungspfad 83 ab, wobei der Zugang zum Sammelraum in etwa in der ursprünglichen Strömungsrichtung, also der Strömungsrichtung vor der Strömungsumkehr, angeordnet ist. Im Kühlfluid befindliche Schwebeteilchen können den abrupten Richtungswechsel bei der Strömungsumkehr aufgrund ihrer Trägheit nicht so leicht nachvollziehen wie das Fluid selbst, so dass die Schwebeteilchen in den Sammelraum 85 gelangen und sich dort ablagern können. Auf diese Weise kann ein Teil der Schwebeteilchen aus dem Kühlfluid entfernt werden, bevor der zwischen der Verdrängungskörper-Außenseite und der Innenseite der Brennerspitzenwand 21A gebildete Strömungskanal 20 durchströmt wird, wodurch Ablagerungen von Schwebeteilchen in diesem Strömungskanal reduziert werden können, so dass eine Verengung des Strömungskanals vermieden oder zumindest hinausgezögert werden kann.
  • Obwohl das Ausführungsbeispiel mit dem Sammelraum 85 mit Bezug auf das Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 beschrieben worden ist, kann eine entsprechende Ausgestaltung auch beim Brennerspitzenteil 11 des äußeren Brennerelements 2 und auch beim Pilotbrennerspitzenteil 31 vorhanden sein.
  • Eine weitere Alternative zum Ausführungsbeispiel aus Figur 3 ist in Figur 6 dargestellt. Elemente, die denen aus Figur 3 entsprechen, sind dabei mit denselben Bezugsziffern wie in Figur 3 bezeichnet und werden nicht noch einmal erläutert, um Wiederholungen zu vermeiden. Wie in Figur 5 sind in Figur 6 die Drallschaufeln 32 sowie das zylinderförmige Rohr 62 nicht dargestellt, da sich diese nicht von dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel unterscheiden.
  • Der wesentliche Unterschied zu dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass die Stirnwand 147 dünner ausgebildet ist, als bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Um die dünne Stirnwand 147 zu stabilisieren, ist in ihrem Bereich die Dichte an Stützstrukturen 146 erhöht. Die Stützstrukturen 146 sind als pfeilerartige Strukturen ausgebildet, die am Verdrängungskörper 15 in Bögen zusammenlaufen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bögen als Spitzbögen ausgebildet, so dass die pfeilerartigen Stützstrukturen eine Art Gewölbe bilden, welches die Form eines gotischen Gewölbes aufweist.
  • Obwohl in dem in Figur 6 dargestellten Ausführungsbeispiel nur die Stirnwand 147 dünner ausgebildet ist, kann sich die dünne Wand auch über die Stirnwand 147 hinaus erstrecken und sogar die gesamte Brennerspitzenwand 21A bilden. Durch das Verringern der Dicke der Brennerspitzenwand 21A in thermisch hoch belasteten Bereichen kann eine raschere Wärmeabfuhr an das Kühlfluid erzielt werden. Außerdem ist eine dünnere Wand weniger anfällig gegenüber Wärmefluktuationen.
  • Die beschriebene spitzbogenartige Ausgestaltung der Stützstrukturen kann mittels des bereits erwähnten generativen Schichtaufbauverfahrens realisiert werden. Die mit Bezug auf Figur 6 beschriebene Ausgestaltung der Stützstrukturen und der Wanddicke kann auch bei den Brennerspitzenteilen 11, 31 des äußeren Brennerelements 2 und des Pilotbrenners 22 realisiert werden.
  • Eine alternative Form der Stützstrukturen, die ebenfalls eine Reduzierung der Wanddicke der Brennerspitzenwand ermöglicht, ist in den Figuren 7 und 8 dargestellt. Dabei zeigt Figur 8 einen Schnitt entlang der in Figur 7 gezeigten Linie VIII-VIII.
  • Die in den Figuren 7 und 8 dargestellten Stützstrukturen haben die Form von Stegen 86, die zwischen der Verdrängungskörper-Wand 54 und der Brennerspitzenwand 21A gebildet sind und sich vom distalen Ende des Verdrängungskörpers 15 um dessen proximales Ende herum und zurück zum distalen Ende erstrecken. Dabei verlaufen die Stege 86 parallel und laufen sowohl an der Verdrängungskörper-Außenseite als auch an der Innenseite der Brennerwand in Bögen zusammen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Bögen Spitzbögen, so dass zwischen den einen einzelnen Stegen Strömungskanäle 20 mit Querschnitten, die einer an ihren Enden spitz zulaufenden Ellipse entsprechen, gebildet sind. Auch diese Ausgestaltung der Stützstrukturen erlaubt ein Verringern der Wanddicke bei hoher Stabilität der dünneren Wand. Die mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 beschriebenen Stützstrukturen können bei dem Brennerspitzenteil 11 des äußeren Brennerelements 2 und/oder dem Brennerspitzenteil 21 des inneren Brennerelements 12 und/oder dem Pilotbrennerspitzenteil 31 zum Einsatz kommen. Obwohl mit Bezug auf die Figuren 7 und 8 Spitzbögen beschrieben wurden, können auch andere Bogenformen, zur Anwendung kommen, wobei die jeweilige Bogenform u.a. im Hinblick auf das gewählte Herstellungsverfahren ausgesucht sein kann.
  • Die vorliegende Erfindung wurde zu Illustrationszwecken anhand von konkreten Ausführungsbeispielen im Detail erläutert. Dabei können Elemente der einzelnen Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden. Die Erfindung soll daher nicht auf einzelne Ausführungsbeispiele beschränkt sein, sondern lediglich eine Beschränkung durch die angehängten Ansprüche erfahren.

Claims (21)

  1. Brennerspitze (1) mit einer Brenneraustrittsöffnung (3) und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung (3) umgebenden Brennerspitzenteil (11, 21, 31), welches eine Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils (11, 21, 31) bildenden Stirnwand (47, 67, 147) aufweist, wobei
    - das Brennerspitzenteil (11, 21, 31) in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand (34, 47, 64, 147) reichenden Hohlraum und die Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite aufweisen,
    - in dem Hohlraum ein Verdrängungskörper (5, 15, 25) mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet ist,
    - zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal (10, 20, 30) gebildet ist, und
    - der Verdrängungskörper (5, 15, 25) über Stützstrukturen (46, 56, 76, 86), die sich von der Verdrängungskörper-Außenseite zur Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) erstrecken, mit der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) verbunden ist.
  2. Brennerspitze (1) nach Anspruch 1,
    in der die Stützstrukturen (46, 56, 76, 86) als stegartige oder pfeilerartige Strukturen ausgestaltet sind und zumindest im Bereich der Stirnwand (34, 47, 64) benachbarte stegartige oder pfeilerartige Strukturen an der Verdrängungskörper-Außenseite und/oder an der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) zu Bögen zusammenlaufen.
  3. Brennerspitze (1) nach Anspruch 2,
    in der die Bögen als Spitzbögen ausgebildet sind.
  4. Brennerspitze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    in der die Dichte an Stützstrukturen (46, 56, 76), welche den Verdrängungskörper (5, 15, 25) mit der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) verbinden, zumindest im Bereich der Stirnwand (34, 47, 64) im Vergleich zu anderen Bereichen der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) erhöht ist.
  5. Brennerspitze (1) nach Anspruch 4,
    in der die Brennerspitzenwand (21A) dort, wo die Dichte der Stützstrukturen (56) erhöht ist, im Vergleich zu Bereichen ohne erhöhte Dichte an Stützstrukturen (56) dünner ausgestaltet ist.
  6. Brennerspitze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) einstückig mit den Stützstrukturen (46, 56, 76, 86) und der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) ausgebildet ist.
  7. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der die Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) wenigstens in Bereich der Stirnwand an ihrer Außenseite mit einer Wärmedämmschicht beschichtet ist.
  8. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) hohl ausgebildet ist.
  9. Brennerspitze (1) nach Anspruch 8,
    in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) ein zur Stirnwand (34, 47, 64) proximales Ende (36, 48, 66), ein zur Stirnwand (34, 47, 64) distales Ende (38, 49, 68), einen Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) und im Bereich des distalen Endes (38, 49, 68) wenigstens eine zum Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) hin offene Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) aufweist.
  10. Brennerspitze (1) nach Anspruch 9,
    in der ein Strömungsleitelement (80) von der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) aus in die Verdrängungskörper-Öffnung (50) derart hineinragt, dass es die Verdrängungskörper-Öffnung (50) in einen Einströmabschnitt (81) und einen Ausströmabschnitt (82) unterteilt und dass um das Strömungsleitelement (80) herum ein Strömungspfad zwischen dem Einströmabschnitt (81) und dem Ausströmabschnitt (82) gebildet ist.
  11. Brennerspitze (1) nach Anspruch 9, in der der Verdrängungskörper (5, 15, 25) wenigstens eine weitere zum Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) hin offene Verdrängungskörper-Öffnung aufweist, die zwischen dem proximalen Ende (36, 48, 66) des Verdrängungskörpers (5, 15, 25) und der im Bereich des distalen Endes (38, 49, 68) angeordneten Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) angeordnet ist und der Verdrängungskörper-Innenraum (42, 52, 72) einen Strömungspfad zwischen der Verdrängungskörper-Öffnung (40, 50, 70) und der weiteren Verdrängungskörper-Öffnung bildet.
  12. Brennerspitze (1) nach Anspruch 10 oder Anspruch 11,
    in dem sich im Verdrängungskörper-Innenraum (50) ein vom Strömungspfad abzweigender Sammelraum (85) für Fremdkörper in einem durch den Strömungspfad (20) strömenden Fluid befindet.
  13. Brennerspitze (1) nach Anspruch 12,
    in der sich ein Eingang zum Sammelraum (85) in einem Bereich des Strömungspfades befindet, in dem eine Änderung der Strömungsrichtung (84) stattfindet.
  14. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der Drallschaufeln (32), die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung (3) hineinragen, mit der Brennerspitzenwand (21A) einstückig ausgebildet sind.
  15. Brennerspitze (1) nach Anspruch 14,
    in der sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal (20) wenigstens teilweise durch die Drallschaufeln (32) erstreckt.
  16. Brennerspitze (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, in der das Brennerspitzenteil (11, 21, 31) und der Verdrängungskörper (5, 15, 25) toroidal ausgebildet sind.
  17. Brennerspitze (1) mit einer Brenneraustrittsöffnung (3) und wenigstens einem die Brenneraustrittsöffnung (3) umgebenden Brennerspitzenteil (21), welches eine Brennerspitzenwand (21A) mit einer ein geschlossenes Ende des Brennerspitzenteils (21) bildenden Stirnwand (67) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    Drallschaufeln (32), die wenigstens teilweise in die Brenneraustrittsöffnung (3) hineinragen, mit der Brennerspitzenwand (21A) einstückig ausgebildet sind.
  18. Brennerspitze (1) nach Anspruch 17, in der
    - das Brennerspitzenteil (11, 21, 31) in seinem Inneren einen bis zur Stirnwand (47, 64, 147) reichenden Hohlraum und die Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) eine zum Hohlraum weisende Wandinnenseite aufweisen,
    - in dem Hohlraum ein Verdrängungskörper (5, 15, 25) mit einer der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) zugewandten Verdrängungskörper-Außenseite angeordnet ist,
    - zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (11A, 21A, 31A) und der Verdrängungskörper-Außenseite wenigstens ein Strömungskanal (10, 20, 30) gebildet ist.
  19. Brennerspitze (1) nach Anspruch 18,
    in der sich der zwischen der Wandinnenseite der Brennerspitzenwand (21A) und der Verdrängungskörper-Außenseite gebildete Strömungskanal (20) wenigstens teilweise durch die Drallschaufeln (32) erstreckt.
  20. Brennerspitze nach einem der Ansprüche 17 bis 19,
    in welcher die Drallschaufeln eine Beschaufelung bilden, welche die Form einer Düse aufweist, die den Strömungsquerschnitt für ein durch die Beschaufelung strömendes Sauerstoff-Dampf-Gemisch in bestimmten Bereichen der Beschaufelung verkleinert.
  21. Brenner mit einer Brennerspitze nach einem der vorangehenden Ansprüche.
EP12197209.5A 2012-12-14 2012-12-14 Brennerspitze und Brenner Withdrawn EP2743579A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12197209.5A EP2743579A1 (de) 2012-12-14 2012-12-14 Brennerspitze und Brenner
US14/648,810 US20150300633A1 (en) 2012-12-14 2013-10-25 Burner tip and burner
CN201380065579.3A CN104854405B (zh) 2012-12-14 2013-10-25 燃烧器喷尖和燃烧器
EP13786205.8A EP2898266A1 (de) 2012-12-14 2013-10-25 Brennerspitze und brenner
PCT/EP2013/072422 WO2014090476A1 (de) 2012-12-14 2013-10-25 Brennerspitze und brenner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12197209.5A EP2743579A1 (de) 2012-12-14 2012-12-14 Brennerspitze und Brenner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2743579A1 true EP2743579A1 (de) 2014-06-18

Family

ID=47351518

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP12197209.5A Withdrawn EP2743579A1 (de) 2012-12-14 2012-12-14 Brennerspitze und Brenner
EP13786205.8A Withdrawn EP2898266A1 (de) 2012-12-14 2013-10-25 Brennerspitze und brenner

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13786205.8A Withdrawn EP2898266A1 (de) 2012-12-14 2013-10-25 Brennerspitze und brenner

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20150300633A1 (de)
EP (2) EP2743579A1 (de)
CN (1) CN104854405B (de)
WO (1) WO2014090476A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014105403U1 (de) 2014-11-11 2014-12-08 Choren Industrietechnik GmbH Drallkörper und Brenner mit Drallkörper
DE102014116411A1 (de) 2014-11-11 2016-05-12 Choren Industrietechnik GmbH Drallkörper und Brenner mit Drallkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Drallkörpers

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015115409A1 (de) 2015-07-09 2017-01-12 Choren Industrietechnik GmbH Verfahren zur Gestaltung von fluiddurchströmten Bauteilen
FR3067946A1 (fr) 2017-06-23 2018-12-28 IFP Energies Nouvelles Plateau distributeur pour colonne d'echange avec caisson pour la distribution du gaz
DE202017107794U1 (de) 2017-12-20 2018-01-22 Choren Industrietechnik GmbH Brennerspitze und Pilotbrenner
CN108485714B (zh) * 2018-05-28 2024-03-26 北京精益增材科技有限公司 一种内置水冷壁的一体式工艺烧嘴喷嘴

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4865542A (en) * 1988-02-17 1989-09-12 Shell Oil Company Partial combustion burner with spiral-flow cooled face
JP2007278581A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Taiyo Nippon Sanso Corp バーナ又はランスの冷却構造
DE102008006572A1 (de) 2008-01-29 2009-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Keramische Beschichtung von Vergasungsbrennerteilen

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4813867A (en) * 1985-10-31 1989-03-21 Nihon Nensho System Kabushiki Kaisha Radiant tube burner
JP2627552B2 (ja) * 1988-02-17 1997-07-09 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ スパイラルフロー冷却面付き部分燃焼用バーナ
CN101363626B (zh) * 2007-08-06 2015-05-20 国际壳牌研究有限公司 制造燃烧器前脸的方法
US8438856B2 (en) * 2009-03-02 2013-05-14 General Electric Company Effusion cooled one-piece can combustor
KR101096632B1 (ko) * 2009-12-10 2011-12-21 에스케이이노베이션 주식회사 상부 공급 이중선회형 가스화기
DE102010004787B4 (de) * 2010-01-16 2014-02-13 Lurgi Gmbh Verfahren und Brenner zur Herstellung von Synthesegas
EP2728260A1 (de) * 2012-11-06 2014-05-07 Alstom Technology Ltd Axialverwirbeler

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4865542A (en) * 1988-02-17 1989-09-12 Shell Oil Company Partial combustion burner with spiral-flow cooled face
JP2007278581A (ja) * 2006-04-06 2007-10-25 Taiyo Nippon Sanso Corp バーナ又はランスの冷却構造
DE102008006572A1 (de) 2008-01-29 2009-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Keramische Beschichtung von Vergasungsbrennerteilen

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014105403U1 (de) 2014-11-11 2014-12-08 Choren Industrietechnik GmbH Drallkörper und Brenner mit Drallkörper
DE102014116411A1 (de) 2014-11-11 2016-05-12 Choren Industrietechnik GmbH Drallkörper und Brenner mit Drallkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Drallkörpers
DE102014116411B4 (de) 2014-11-11 2024-05-29 Choren Industrietechnik GmbH Drallkörper und Brenner mit Drallkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Drallkörpers

Also Published As

Publication number Publication date
US20150300633A1 (en) 2015-10-22
WO2014090476A1 (de) 2014-06-19
EP2898266A1 (de) 2015-07-29
CN104854405A (zh) 2015-08-19
CN104854405B (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2743582A1 (de) Brennerspitze und Brenner
EP2179222B2 (de) Brenner für eine brennkammer einer turbogruppe
EP0433790B1 (de) Brenner
EP2743579A1 (de) Brennerspitze und Brenner
DE102006011326B4 (de) Rundbrenner
EP2691614B1 (de) Heizmodul für eine abgasreinigungsanlage
DE4326802A1 (de) Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe sowie Verfahren zu deren Betrieb
EP3526519B1 (de) Brennerspitze mit einem luftkanalsystem und einem brennstoffkanalsystem für einen brenner und verfahren zu deren herstellung
EP1741977A1 (de) Kohlenstaubbrenner für niedrige NOx-Emissionen
EP2555858A1 (de) Sprühsystem und verfahren zum einsprühen eines sekundären fluids in ein primäres fluid
EP1668236B1 (de) Brennkammer mit kühleinrichtung und verfahren zur herstellung der brennkammer
DE102014116411A1 (de) Drallkörper und Brenner mit Drallkörper sowie Verfahren zur Herstellung des Drallkörpers
EP2171354B1 (de) Brenner
EP2236934A1 (de) Brenneranordnung
DE19507088B4 (de) Vormischbrenner
WO1986002498A1 (en) High power gas laser with axial gas flow
WO2007140740A1 (de) Gasbrennerdüse
DE1601532B2 (de) Flammrohr fuer eine gasturbinenbrennkammer
DE4446609B4 (de) Vorrichtung zur Brennstoffzuführung zu einem sowohl für flüssige als auch für gasförmige Brennstoffe geeigneten Brenner
DE2703176A1 (de) Brenner mit unterdrueckung der stickoxidbildung
DE112020003595T5 (de) Kühlkanalstruktur und brenner
DE102009010274B4 (de) Brenner für eine thermische Nachverbrennungsvorrichtung
EP1286115A1 (de) Thermische Nachverbrennungsanlage
EP1221571B1 (de) Verbrennungsvorrichtung mit einer Kühlung
WO2009019114A2 (de) Brenner für eine brennkammer einer turbogruppe

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20121214

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20141219