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DE19545310B4 - premix - Google Patents

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DE19545310B4
DE19545310B4 DE19545310A DE19545310A DE19545310B4 DE 19545310 B4 DE19545310 B4 DE 19545310B4 DE 19545310 A DE19545310 A DE 19545310A DE 19545310 A DE19545310 A DE 19545310A DE 19545310 B4 DE19545310 B4 DE 19545310B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cone
premix burner
fuel
nozzle
lance
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE19545310A
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German (de)
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DE19545310A1 (en
Inventor
Robin Mcmillan
Ennio Pasqualotto
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom SA
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Publication date
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    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

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Abstract

Vormischbrenner (1), zur Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft (9) vorgängig der Zündung, im Wesentlichen bestehend aus mindestens zwei Teilkegelschalen (10) mit zugehörigen Teilkegelachsen und Eintrittskanälen (4) für die Verbrennungsluft (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner (1) im wesentlichen aus einem geraden Hohlkegel, begrenzt durch einen äusseren Kegelmantel (14) und einen inneren Kegelmantel (15), gebildet wird, in dem mindestens zwei Eintrittskänale tangential zum inneren Kegelmantel und entlang einer geraden Kegelmantellinie des Kegelmantels (14, 15) angeordnet sind, wobei die Teilkegelachsen der dadurch gebildeten Teilkegelschalen (10) auf einer gemeinsamen Kegelachse (2) liegen und dass am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners (1) eine Querschnittsveränderung in Form einer Düse (8) angeordnet ist.premix (1), for mixing fuel and combustion air (9) before the Ignition, essentially consisting of at least two partial cone shells (10) with associated Teilkegelachsen and entrance channels (4) for the combustion air (9), characterized in that the premix burner (1) essentially of a straight hollow cone, limited by an outer one Cone sheath (14) and an inner cone sheath (15) is formed, in the at least two inlet channels tangential to the inner Cone sheath and along a straight cone shroud of the cone sheath (14, 15) are arranged, wherein the Teilkegelachsen formed thereby Part cone shells (10) lie on a common cone axis (2) and that at the downstream End of premix burner (1) a cross-sectional change in the form of a nozzle (8) is arranged.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner, zur Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft vorgängig der Zündung, im wesentlichen bestehend aus mindestens zwei Teilkegelschalen mit zugehörigen Teilkegelachsen und Eintrittskanälen für die Verbrennungsluft.The The invention relates to a premix burner for mixing fuel and combustion air before the ignition, consisting essentially of at least two partial cone shells with associated Teilkegelachsen and entrance channels for the Combustion air.

Stand der TechnikState of the art

Derartige Vormischbrenner sind beispielsweise bekannt aus der EP-B1-0 321 809 . Durch den als Drallbrenner ausgelegten Vormischbrenner, aus mindestens zwei in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkegelkörpern, deren jeweilige Kegelachsen gegenüber einer Mittelachse versetzt sind, werden tangentiale Kanäle gebildet. Durch die tangentialen Kanäle tritt die Verbrennungsluft ins Brennerinnere ein und wird in Rotation versetzt. Der Brennstoff wird in die rotierende Luft eingeblasen und dort mit ihr vermischt. Am Brenneraustritt entsteht eine definierte kalottenförmige Rezirkulationszone, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszone vor dem Brenner stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen. Das thermoakustische Verhalten solcher Brenner ist normalerweise stabil und sie zeichnen sich durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau aus.Such premix burners are known, for example from the EP-B1-0 321 809 , By virtue of the premix burner designed as a swirl burner, comprising at least two partial cone bodies which are nested in the flow direction and whose respective cone axes are offset relative to a central axis, tangential channels are formed. Through the tangential channels, the combustion air enters the burner interior and is set in rotation. The fuel is injected into the rotating air and mixed with it. At the burner outlet creates a defined dome-shaped recirculation zone at the top of the ignition. The flame itself is stabilized by the recirculation zone in front of the burner, without the need for a mechanical flame holder. The thermoacoustic behavior of such burners is usually stable and they are characterized by a simple and inexpensive construction.

Wird der Brenner mit gasförmigem Brennstoff betrieben, sind hierzu im Bereich der durch die beiden Kegelteilschalen gebildeten tangentialen Kanäle in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der Eintrittskanäle.Becomes the burner with gaseous Fuel operated, this is in the area of the two Particle shells formed tangential channels in the walls of the two partial body longitudinal distributed gas inlet openings intended. In gas operation, the mixture formation begins with the combustion air thus already in the zone of the entrance channels.

An der Spitze der Kegelteilschalen ist eine Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. Das entstehende kegelige Brennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Luft umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der verdichteten Luft vergleichmässigt.At the tip of the cone shells is a fuel nozzle for liquid fuel arranged. The fuel is at an acute angle in the hollow cone injected. The resulting conical fuel profile is tangential incoming Air enclosed. In the axial direction, the concentration of the Fuel continuous as a result of mixing with the compressed Air evened.

Durch die zwei oder mehreren Teilkegelachsen, die gegenüber der Mittelachse versetzt sind, ist der Doppelkegelbrenner nicht axialsymmetrisch. Dies kann zu aerodynamischen Problemen führen, da der im Brennerinnern gebildete Wirbel zwei oder mehrere Achsen entsprechend den Teilkegelachsen besitzt. Dadurch kann sich die Rückströmzone eventuell zwischen den verschiedenen Achsen bewegen und es kann zu Instabilitäten der Flamme kommen.By the two or more subcone axes facing the Center axis are offset, the double-cone burner is not axially symmetric. This can lead to aerodynamic problems, as in the burner interior formed vortex has two or more axes corresponding to the Teilkegelachsen. This may cause the backflow zone move between the different axes and it can lead to instabilities of Flame come.

Aus der EP 0321 809 B1 ist ein Vormischbrenner der vorstehenden Art beschrieben, der durch Teilkegelschalen einen sich in Durchströmungsrichtung konisch erweiternden Drallraum einschließt. Die den Teilkegelschalen zuordenbaren Teilkegelachsen verlaufen getrennt und jeweils außermittig zur Brennerachse, so dass die vorstehende Flammenstabilität auch bei diesem Brenner vorherrscht. Der US 5,307,634 A ist hingegen ein zylinderförmiger Vormischbrenner zu entnehmen, der über zusammengesetzte Zylinderschalen verfügt, deren Zylinderachsen zusammenfallen.From the EP 0321 809 B1 is described a premix burner of the above type, which includes by Teilkegelschalen a conically expanding in the flow direction swirl space. The partial conical shafts which can be assigned to the partial conical shells run separately and in each case off-center to the burner axis, so that the above-mentioned flame stability also prevails in this burner. Of the US 5,307,634 A On the other hand, a cylindrical premix burner is to be taken which has composite cylindrical shells whose cylinder axes coincide.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem kegelförmig ausgebildeten Vormischbrenner die aero-dynamischen Eigenschaften des Vormischbrenners zu verbessern und die Rückströmzone zu stabilisieren.Of the Invention is based on the object with a cone-shaped Premix burner the aero-dynamic properties of the premix burner to improve and the backflow zone too stabilize.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Vormischbrenner im wesentlichen aus einem geraden Hohlkegel, begrenzt durch einen äusseren Kegelmantel und einen inneren Kegelmantel, gebildet wird, in dem mindestens zwei Eintrittskänale tangential zum inneren Kegelmantel und entlang einer geraden Kegelmantellinie des Kegelmantels angeordnet sind und dass die Teilkegelachsen der dadurch gebildeten Teilkegelschalen auf einer gemeinsamen Kegelachse liegen. Ferner ist am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners eine Querschnittsveränderung in Form einer Düse angeordnet.According to the invention this is achieved in that the premix burner essentially from a straight hollow cone, bounded by an outer cone sheath and a inner cone shell, is formed, in the at least two inlet channels tangentially to the inner cone sheath and along a straight cone sheath line the cone sheath are arranged and that the Teilkegelachsen the thereby formed Teilkegelschalen lie on a common cone axis. Further, at the downstream End of the premix burner arranged a cross-sectional change in the form of a nozzle.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass die im Inneren des Vormischbrenners rotierende Verbrennungsluft nur um die Kegelachse rotiert. Dies führt zu einem stabilen Fluss der Strömung um die Kegelachse und damit zu einer stabilen Flamme.The Advantages of the invention are, inter alia, that the inside the premix burner rotating combustion air only rotated around the cone axis. This leads to a stable flow the flow around the cone axis and thus to a stable flame.

Es ist besonders zweckmässig, wenn der Vormischbrenner in Strömungsrichtung in mindestens zwei Bereiche unterteilt ist, wobei die Eintrittskanäle in den Bereichen so angeordnet sind, dass eine jeweils gegensinnige Verdrallung der Verbrennungsluft entsteht. Dadurch wird die Durchmischung von Verbrennungsluft und Brennstoff verbessert.It is particularly appropriate when the premix burner in the flow direction is divided into at least two areas, wherein the inlet channels in the Areas are arranged so that each opposing twisting the combustion air is created. As a result, the mixing of combustion air and fuel improves.

Da am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners eine Düse angeordnet ist, wird die Vormischstrecke des Brenners verlängert, wodurch die Vormischstrecke des Brenners verlängert wird und dadurch die Vormischung von Brennstoff und Verbrennungsluft auf einem höheren Niveau vonstatten gehen kann, was zu einer signifikanten Senkung der NOx-Emissionswerte führt. Weiter wird hier kein spezieller Adapter benötigt, womit aerodynamische Probleme vermieden und Kosten der Düse minimiert werden.Since a nozzle is located at the downstream end of the premix burner, the premixing distance of the burner is lengthened, thereby extending the premixing distance of the burner and thereby allowing premixing of fuel and combustion air at a higher level, resulting in a significant reduction in NOx emissions leads. Further, no special adapter is needed here, making aerodynamic Pro avoided and costs of the nozzle are minimized.

Es ist vorteilhaft, wenn die Düse eine Venturidüse ist. Durch den sich an den konvergenten Teil der Düse anschliessenden divergenten Teil wird eine äussere Eckenrezirkulation der Strömung verhindert. Dadurch wird sichergestellt, dass die Wirbelenergie zur Ausbildung der Rezirkulationszone benutzt wird und die Flammenstabilität hoch ist.It is advantageous if the nozzle a Venturi nozzle is. By connecting to the convergent part of the nozzle divergent part becomes an outer one Corner recirculation of the flow prevented. This will ensure that the vortex energy to Forming the recirculation zone is used and the flame stability is high.

Es ist vorteilhaft, dass ausgehend von der Spitze der Teilkegelschalen eine sich stromabwärts ins Innere des Vormischbrenners erstreckende Speiselanze angeordnet ist, die im wesentlichen symmetrisch zur Kegelachse verläuft und dass am stromabwärtigen Ende der Speiselanze mindestens eine Brennstoffdüse angeordnet ist. Die axiale Distanz zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse wird durch die in den Brennerinnenraum ragende Speiselanze verkürzt. Dadurch wird die Rückströmzone in jedem Lastbereich in axialer Richtung stabilisiert und Pulsationen werden vermieden. Indem die Eindüsung des Brennstoffes durch die Brennstoffdüse in der Nähe der Rückströmzone erfolgt, wird zudem weniger Brennstoff zur Stabilisierung der Flamme benötigt. Somit ist es auch bei Teillastbetrieb möglich, den Vormischbrenner mit geringem Stickoxidausstoss zu betreiben.It is advantageous that starting from the top of the sub-cone shells a downstream into the Inside the Vormischbrenners extending food lance arranged is, which is substantially symmetrical to the cone axis and that at the downstream At least one fuel nozzle is arranged at the end of the feed lance. The axial Distance between return flow zone and fuel nozzle is shortened by the projecting into the burner interior food lance. Thereby will the backflow zone in each Load range stabilized in the axial direction and pulsations avoided. By injecting the fuel is passed through the fuel nozzle in the vicinity of the Rückströmzone is also less Fuel needed to stabilize the flame. Thus, it is also at partial load operation possible, operate the premix burner with low nitrogen oxide emissions.

Die Aussenfläche der Speiselanze dient zudem als Scherfläche, die die Durchmischung von gasförmigem Brennstoff und Verbrennungsluft unterstützt und damit die Schadstoffemission senkt.The outer surface The food lance also serves as a shear surface, the mixing of gaseous Fuel and combustion air supports and thus the pollutant emission lowers.

Durch die Positionierung der Brennstoffdüse in der Nähe der Rückströmzone kann der Eindüsungswinkel der Brennstoffdüse für flüssigen Brennstoff erhöht werden. Dadurch wird die Vormischung bei der Verwendung flüssiger Brennstoffe verbessert und der Stickoxidausstoss gesenkt.By the positioning of the fuel nozzle in the vicinity of the return flow zone can be the injection angle the fuel nozzle for liquid fuel elevated become. This makes the premix when using liquid fuels improved and the nitrogen oxide emissions lowered.

Es ist besonders zweckmässig, wenn sich die Speiselanze stromabwärts mindestens bis ins untere Drittel des Vormischbrenners erstreckt. Dies verhindert ein Zurückschlagen der Flammenfront ins Brennerinnere.It is particularly appropriate when the food lance downstream at least to the bottom Third of the premix burner extends. This prevents a knockback the flame front to the burner interior.

Weiter ist es zweckmässig, die Speiselanze aus einem Lanzenrohr und einer darin angeordneten Brennstoffleitung zu bilden. Dadurch kann durch das Lanzenrohr ein Teil der Verbrennungsluft eingeblasen werden, wodurch die Durchmischung von Brennstoff und Luft unterstützt wird. Zudem wird verhindert, dass die Flamme sich an das Ende der Speiselanze anlagert.Further it is appropriate the food lance from a lance tube and a fuel line arranged therein to build. As a result, through the lance tube, a part of the combustion air be blown, thereby mixing the fuel and Air supported becomes. In addition, the flame is prevented from reaching the end of the Food lance attached.

Zudem ist es zweckmässig, am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse anzuordnen. Dies erlaubt flüssigen Brennstoff mit geringen Schadstoffemissionen zu verbrennen.moreover it is appropriate at the downstream To arrange an air-assisted atomizing nozzle at the end of the lance tube. This allows liquid Burn fuel with low pollutant emissions.

Es ist vorteilhaft, zwischen dem Lanzenrohr und der Brennstoffleitung einen Drallkörper anzuordnen. Dadurch kann der durch das Lanzenrohr eingeblasenen Luft ein beliebiger Drall verliehen werden, wodurch die Durchmischung weiter optimiert wird.It is advantageous between the lance tube and the fuel line a swirler to arrange. This allows the injected through the lance tube Air can be imparted to any spin, reducing the mixing is further optimized.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand eines Vormischbrenners dargestellt.In the drawing is an embodiment of Invention illustrated by a premix burner.

Es zeigen:It demonstrate:

1 einen Vormischbrenner in perspektivischer Darstellung; 1 a Vormischbrenner in perspective view;

2 einen Teillängsschnitt des Vormischbrenners entlang der Ebene II-II in 1; 2 a partial longitudinal section of the premix burner along the level II-II in 1 ;

3 einen Teilquerschnitt durch den Vormischbrenner entlang der Ebene III-III in 1; 3 a partial cross section through the premix burner along the level III-III in 1 ;

4 einen Teilquerschnitt durch den Vormischbrenner entlang der Ebene IV-IV in 1; 4 a partial cross section through the premix burner along the level IV-IV in 1 ;

5 einen Teillängsschnitt durch einen modifizierten Vormischbrenner; 5 a partial longitudinal section through a modified premix burner;

6 einen Teilquerschnitt durch den Vormischbrenner entlang der Ebene VI-VI in 5; 6 a partial cross section through the premix burner along the plane VI-VI in 5 ;

7 einen Teillängsschnitt durch einen modifizierten Vormischbrenner; 7 a partial longitudinal section through a modified premix burner;

8 einen Teillängsschnitt durch einen modifizierten Vormischbrenner mit Venturi-Düse; 8th a partial longitudinal section through a modified premix burner with Venturi nozzle;

9 einen Teillängsschnitt durch einen modifizierten Vormischbrenner mit einer Speiselanze; 9 a partial longitudinal section through a modified premix burner with a feed lance;

10 das Detail X aus 9; 10 the detail X out 9 ;

11 einen Teilquerschnitt durch die Speiselanze entlang der Ebene XI-XI in 10. 11 a partial cross section through the feed lance along the plane XI-XI in 10 ,

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtungen der Arbeitsmittel sind durch Pfeile wiedergegeben.It are only for the understanding the invention essential elements shown. The flow directions the work equipment are represented by arrows.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay to execute the invention

Nach 1 besteht ein Vormischbrenner 1, ein sogenannter Kegelbrenner, im wesentlichen aus mehreren, identischen Teilkegelschalen 10a, 10b, 10c und 10d (im folgenden: 10). Die Teilkegelachsen der Teilkegelschalen 10 liegen dabei auf einer gemeinsame Kegelachse 2. Ein solcher Kegelbrenner 1 kann beispielsweise im Gussverfahren hergestellt werden.To 1 there is a premix burner 1 , a so-called cone burner, essentially of several identical cone shells 10a . 10b . 10c and 10d (hereinafter: 10 ). The part cone axes the partial cone shells 10 lie on a common cone axis 2 , Such a cone burner 1 can be produced, for example, by casting.

Zum besseren Verständnis des Aufbaues des Vormischbrenners ist es von Vorteil, zu 1 die Schnitte nach 2, 3 und 4 heranzuziehen. Der Vormischbrenner 1 wird im wesentlichen gebildet durch einen geraden Hohlkegel mit einem äusseren Kegelmantel 14 und einem inneren Kegelmantel 15, sowie durch in den Hohlkegel eingelassene Eintrittskanäle 4a, 4b, 4c und 4d (im folgenden: 4) mit einer minimalen Breite 5. Der äussere Kegelmantel 14 und der innere Kegelmantel 15 definieren zudem die maximale Dicke 11 der Kegelbrennerwand. Der Oeffnungswinkel des inneren und des äusseren Kegelmantel können zudem variieren, wodurch die Dicke der Kegelbrennerwand abhängig von der Höhe des Kegelbrenners 1 wird. Geometrisch werden die Eintrittskanäle 4 gebildet, indem eine Ebene, mit der Kegelachse 2 als Ebenenelement, mit dem Hohlkegel gebildet aus innerem und äusserem Kegelmantel 14, 15 geschnitten wird. Die Eintrittskanäle 4 verlaufen dabei tangential zum inneren Kegelmantel 15 und entlang einer geraden Kegelmantellinie von der Spitze des Vormischbrenners 1 bis zu dessen am stromabwärtigen Ende liegenden Brenneraustritt 20. Die Eintrittskanäle sind somit entsprechend dem Oeffnungswinkel des Kegels gegenüber der Kegelachse 2 geneigt. Durch die Anzahl der Eintrittskanäle 4 wird die Anzahl der Teilkegelschalen 10 definiert. Am stromaufwärtigen Anfang der Eintrittskanäle 4, am Uebergang zum äusseren Kegelmantel 14, sind die Eintrittskanäle 4 so ausgelegt, dass die Strömung des einströmenden Mediums nicht ablöst. Durch die Anwendung von allgemein bekannten Strömungs-Kriterien wird somit bewirkt, dass die Strömung an den Eintrittskanälen 4 nicht ablöst. Im wesentlichen erweitern sich die Eintrittskanäle 4 stromaufwärts, wodurch die Teilkegelschalen 10 ein flügelähnliches Profil erhalten. Durch die Breite 5 der Eintrittskanäle, dem Oeffnungswinkel des inneren Kegelmantels 15 und der Höhe des Vormischbrenners 1 wird im wesentlichen der in der Verbrennungsluft 9 erzeugte Drall und eine optimale Vormischung der konzentrischen Luft/Brennstoffschichten eingestellt.For a better understanding of the structure of the premix burner, it is advantageous to 1 the cuts after 2 . 3 and 4 consulted. The premix burner 1 is essentially formed by a straight hollow cone with an outer conical surface 14 and an inner cone sheath 15 , as well as by in the hollow cone embedded inlet channels 4a . 4b . 4c and 4d (hereinafter: 4 ) with a minimum width 5 , The outer cone coat 14 and the inner cone sheath 15 also define the maximum thickness 11 the cone burner wall. The opening angle of the inner and outer conical shells may also vary, whereby the thickness of the conical burner wall depends on the height of the conical burner 1 becomes. Geometrically, the inlet channels 4 formed by a plane, with the cone axis 2 as a plane element, with the hollow cone formed from inner and outer cone sheath 14 . 15 is cut. The entrance channels 4 run tangentially to the inner cone sheath 15 and along a straight cone sheath line from the top of the premix burner 1 to its downstream end burner exit 20 , The inlet channels are thus corresponding to the opening angle of the cone relative to the cone axis 2 inclined. By the number of entrance channels 4 becomes the number of partial cone shells 10 Are defined. At the upstream beginning of the entrance channels 4 , at the transition to the outer cone coat 14 , are the entrance channels 4 designed so that the flow of the inflowing medium does not detach. The application of well-known flow criteria thus causes the flow at the inlet channels 4 does not replace. Essentially, the entry channels expand 4 upstream, causing the Teilkegelschalen 10 obtained a wing-like profile. By the width 5 the inlet channels, the opening angle of the inner cone sheath 15 and the height of the premix burner 1 is essentially that in the combustion air 9 created swirl and an optimal premix of the concentric air / fuel layers set.

Zur Eindüsung von gasförmigem Brennstoff sind im Bereich der Eintrittskanäle 4 Einströmöffnungen 6 angeordnet. Diese Einströmöffnungen 6 werden über vollständig in den Teilkegelschalen angeordnete Zuführkanäle 7 mit Brennstoff versorgt. An der Spitze des Vormischbrenners 1 ist eine nicht näher dargestellte, Brennstoffdüse 3 angeordnet, beispielsweise eine luftunterstützte Düse oder ein Druckzerstäuber. Die Brennstoffdüse 3 wird über eine nicht dargestellte Brennstofflanze mit Brennstoff versorgt. Die Brennstoffdüse 3 kann auch zusätzlich zur Eindüsung von gasförmigem Brennstoff ausgelegt sein. Der Vormischbrenner 1 ist an seinem Brenneraustritt 20 auf einer Frontplatte 18 montiert, wobei die Frontplatte 18 den Brennraum begrenzt.For the injection of gaseous fuel are in the region of the inlet channels 4 inflow 6 arranged. These inflow openings 6 be over completely arranged in the sub-cone shells feed channels 7 fueled. At the top of the premix burner 1 is a non-illustrated, fuel nozzle 3 arranged, for example, an air-assisted nozzle or a pressure atomizer. The fuel nozzle 3 is supplied via a fuel lance, not shown, with fuel. The fuel nozzle 3 may also be designed in addition to the injection of gaseous fuel. The premix burner 1 is at his burner exit 20 on a front panel 18 mounted, with the front panel 18 limited to the combustion chamber.

Die in einem nicht dargestelltem Verdichter erzeugte verdichtete Verbrennungsluft 9 tritt über die tangentialen Kanäle 4 ins Innere des Vormischbrenners 1 ein. Durch die tangential eintretende Verbrennungsluft 9 wird die Luft 9 im Innern des Vormischbrenners in Rotation versetzt, wobei die Drallzahl in Strömungsrichtung zunimmt.The compressed combustion air generated in a compressor not shown 9 occurs over the tangential channels 4 inside the premix burner 1 one. Due to the tangential incoming combustion air 9 gets the air 9 rotated in the interior of the premix burner, wherein the swirl number increases in the flow direction.

Bei Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft 9 in der Zone der Eintrittskanäle 4 mittels der Einströmöffnungen 6. Am Brenneraustritt 20 stellt sich durch die rotierende Verbrennungsluft 9 eine homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt 20, in der durch die Frontplatte 18 begrenzten Brennkammer, eine definierte kalottenförmige Rückströmzone 21, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Gleiches geschieht bei Betrieb mit flüssigem Brennstoff. Der flüssige Brennstoff wird durch die Brennstoffdüse 3 eingedüst und das gebildete kegelige Brennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Verbrennungsluft 9 umschlossen. In stromabwärtiger, axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend durch die eingemischte Verbrennungsluft abgebaut.In gas mode, the mixture formation begins with the combustion air 9 in the zone of the entrance channels 4 by means of the inflow openings 6 , At the burner exit 20 arises through the rotating combustion air 9 a homogeneous fuel concentration over the applied cross section. It is created at the burner outlet 20 in the front panel 18 limited combustion chamber, a defined dome-shaped Rückströmzone 21 , at the top of which the ignition takes place. The same happens when operating with liquid fuel. The liquid fuel is through the fuel nozzle 3 injected and the formed conical fuel profile is from the tangential incoming combustion air 9 enclosed. In the downstream, axial direction, the concentration of the fuel is continuously reduced by the mixed combustion air.

In 5 und 6 ist der Vormischbrenner 1 mittels einer Ebene senkrecht zur Kegelachse 2 in zwei Bereiche A und B geteilt. Durch diese Bereiche werden nun unterschiedliche Rotationsrichtungen der Verbrennungsluft 9 im Innern des Vormischbrenners induziert. Im Bereich A rotiert die Verbrennungsluft in Strömungsrichtung gesehen im Gegenuhrzeigersinn (siehe dazu 3). Im Bereich B rotiert die Verbrennungsluft in Strömungsrichtung gesehen im Uhrzeigersinn (siehe dazu 6). Die Bereich A und B können natürlich auch so ausgelegt werden, dass im Bereich A die Verbrennungsluft in Strömungsrichtung gesehen im Uhrzeigersinn und im Bereich B im Gegenuhrzeigersinn rotiert. Dadurch wird eine bessere Durchmischung im Vormischbrenner 1 erzielt. Die Grösse und Anzahl der Bereiche A und B ist dabei beliebig und muss den jeweiligen Verhältnissen wie Brennstoff, Verdichterdruck usw. angepasst werden.In 5 and 6 is the premix burner 1 by means of a plane perpendicular to the cone axis 2 divided into two areas A and B. Through these areas now different directions of rotation of the combustion air 9 induced in the interior of the premix burner. In area A, the combustion air rotates counterclockwise in the flow direction (see 3 ). In area B, the combustion air rotates in the direction of flow in a clockwise direction (see 6 ). Of course, the regions A and B can also be designed such that in the region A the combustion air rotates clockwise in the flow direction and counterclockwise in the region B. This will result in better mixing in the premix burner 1 achieved. The size and number of areas A and B is arbitrary and must be adapted to the respective conditions such as fuel, compressor pressure, etc.

Nach 7 eignet sich der Vormischbrenner 1 hervoragend zur Anbringung einer Düse 8 am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners. Bei der Düse 8 kann es sich beispielsweise um ein Rohr, eine Venturi-Düse oder wie dargestellt um eine konvergente Düse handeln. Durch eine solche Düse wird im wesentlichen eine zusätzliche Mischstrecke zur Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff eingeführt. Durch die konvergente Düse 8 wird die axiale Komponente der Wirbel vergrössert, so dass sich die Wirbelanzahl verringert. Das führt zu einer zusätzlichen Vormischstrecke und somit zu einer verbesserten Mischungsqualität und zu einer geringeren Schadstoffemission.To 7 the premix burner is suitable 1 excellent for attaching a nozzle 8th at the downstream end of the premix burner. At the nozzle 8th it may be, for example, a pipe, a Venturi nozzle or, as shown, a convergent nozzle. Such a nozzle essentially introduces an additional mixing section for mixing combustion air and fuel. Through the convergent nozzle 8th the axial component of the vortices is increased, so that the number of vertebrae decreases. This leads to an additional premixing and thus to an improved mix quality and to a lower pollutant emission.

In 8 zeigt eine Venturi-Düse 12, die am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners 1 angeordnet ist. Die Venturi-Düse 12 besteht aus einem konvergenten Teil und ein stromabwärts liegenden divergenten Teil. Der als Diffusor wirkende zweite divergente Teil der Venturi-Düse reduziert die axiale Komponente der Brennstoff-Luft-Strömung, was zu einer Erhöhung der Wirbelanzahl führt, bis die kritische Wirbelzahl erreicht ist und eine Rückströmzone 21 erzeugt wird. Die kontrollierte Expansion, die durch den zweiten divergenten Teil der Venturidüse ermöglicht wird, reduziert die äussere Eckenrezirkulation und sichert damit, dass die Wirbelenergie zur Ausbildung der zentralen Rezirkulationszone 21 benutzt wird.In 8th shows a Venturi nozzle 12 located at the downstream end of the premix burner 1 is arranged. The venturi nozzle 12 consists of a convergent part and a downstream divergent part. The second divergent part of the venturi nozzle, acting as a diffuser, reduces the axial component of the fuel-air flow, resulting in an increase in the number of swirls until the critical vortex number is reached and a return flow zone 21 is produced. The controlled expansion provided by the second divergent part of the Venturi nozzle reduces the outer corner recirculation and ensures that the vortex energy is used to form the central recirculation zone 21 is used.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Anzahl der Teilkegelschalen ist beliebig. Der Vormischbrenner kann mit zwei oder mehreren tangentialen Eintrittsschlitzen versehen werden.Of course it is the invention is not limited to the embodiment shown and described. The Number of partial cone shells is arbitrary. The premix burner can provided with two or more tangential entry slots become.

Bei Teillast, wenn der Betrieb des Vormischbrenners durch Eindüsung von gasförmigem Brennstoff im Bereich der tangentialen Kanäle nicht mehr gewährleistet ist, wird über die an der Spitze der Kegelteilschalen angeordnete Brennstoffdüse gasförmiger Brennstoff eingedüst. Durch den grossen axialen Abstand zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse besteht jedoch die Gefahr, das sich die axiale Position der Flamme ändert und es dadurch zu Pulsationen kommt. Weiter steigt, bedingt durch den grossen axialen Abstand zwischen Rückströmzone und Brennstoffdüse, die Menge an benötigtem Brennstoff, was zu erhöhter Schadstoffemission führen kann.at Partial load, if the operation of the premix burner by injection of gaseous Fuel in the range of tangential channels no longer guaranteed is over the fuel nozzle arranged at the tip of the cone shells gaseous fuel injected. Due to the large axial distance between Rückströmzone and fuel nozzle is however, the danger that the axial position of the flame changes and it thereby comes to pulsations. Continues to rise, due to the large axial distance between Rückströmzone and fuel nozzle, the Amount of needed Fuel, resulting in increased Pollutant emission can lead.

Nach 9 ist symmetrisch zur Kegelachse 2 des Vormischbrenners 1 ausgehend von der durch die Teilkegelkörper 10 gebildeten Spitze eine sich stromabwärts erstreckende Speiselanze 50 angeordnet. Sie besteht aus einem Lanzenrohr 52 und einer darin angeordneten Brennstoffleitung 53. Die axiale Position des stromabwärtigen Endes der Speiselanze 50 liegt dabei vorzugsweise mindestens im unteren Drittel des Vormischbrenners 1, d. h. die Speiselanze kann auch aus dem Vormischbrenner 1 herausragen. Beispielsweise kann die Speiselanze 50 bis zu zwanzig Prozent der axialen Höhe des Vormischbrenners aus dem Vormischbrenner 1 herausragen. Im Innern des Lanzenrohres 52, vorzugsweise in der Nähe des stromabwärtigen Endes, ist ein Drallkörper 56 angeordnet.To 9 is symmetrical to the cone axis 2 of the premix burner 1 starting from the through the partial cone body 10 formed tip a downstream extending food lance 50 arranged. It consists of a lance tube 52 and a fuel line disposed therein 53 , The axial position of the downstream end of the feed lance 50 is preferably at least in the lower third of the premix burner 1 , ie the food lance can also be from the premix burner 1 protrude. For example, the food lance 50 up to twenty percent of the axial height of the premix burner from the premix burner 1 protrude. Inside the lance tube 52 , preferably near the downstream end, is a swirler 56 arranged.

Nach 10 und 11 besteht der Drallkörper 56 aus mehreren Umlenkkörpern 57, die zwischen Innenwand des Lanzenrohres und der Brennstoffleitung 53 angeordnet sind. Im Innern der Brennstoffleitung 53 ist ein ringförmiger äusserer Brennstoffzuführkanal 55 und ein innerer Brennstoffzuführkanal 54 angeordnet. Mittels des inneren Kanales 54 wird einer am stromabwärtigen Ende der Brennstoffleitung 53 befindlichen Brennstoffdüse 58 Brennstoff zugeführt. Diese Düse 58 ist als duale Düse zur Eindüsung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen ausgelegt. Der äussere Kanal 55 zweigt über die Umlenkkörper 57 in einen äusseren Brennstoffzuführkanal 55a im inneren des stromabwärtigen Endes des Lanzenrohres 52 ab. Der durch den äusseren Kanal 55 geförderte flüssige Brennstoff 30 wird dadurch an das stromabwärtige Ende des Lanzenrohres 52 geführt. Die am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres 52 gelegene Aussenkante des Lanzenrohres dient als Zerstäubungskante 67. Die Aussenwand des Lanzenrohres 52 dient als zusätzliche Scherfläche, die die Durchmischung von Verbrennungsluft 9 und gasförmigem Brennstoff weiter unterstützt. Die axiale Position der Rückströmzone 21 wird durch die axiale Position des stromabwärtigen Endes der Speiselanze 50 fixiert. Dadurch wird die Rückströmzone daran gehindert, sich axial zu verschieben und damit zu pulsieren.To 10 and 11 exists the swirl body 56 from several deflecting bodies 57 between the inner wall of the lance tube and the fuel line 53 are arranged. Inside the fuel line 53 is an annular outer fuel supply passage 55 and an inner fuel supply passage 54 arranged. By means of the inner channel 54 becomes one at the downstream end of the fuel line 53 located fuel nozzle 58 Fuel supplied. This nozzle 58 is designed as a dual nozzle for the injection of liquid and gaseous fuels. The outer channel 55 branches over the deflecting body 57 in an outer fuel supply channel 55a inside the downstream end of the lance tube 52 from. The through the outer channel 55 subsidized liquid fuel 30 is thereby to the downstream end of the lance tube 52 guided. The at the downstream end of the lance tube 52 located outer edge of the lance tube serves as a sputtering edge 67 , The outer wall of the lance tube 52 serves as additional shear surface, which is the mixing of combustion air 9 and gaseous fuel further supported. The axial position of the return flow zone 21 is determined by the axial position of the downstream end of the feed lance 50 fixed. This prevents the backflow zone from axially displacing and pulsing therewith.

Bei Teillast, wenn der Betrieb des Vormischbrenners 1 durch Eindüsung von gasförmigem Brennstoff 31 im Bereich der tangentialen Kanäle 4 nicht mehr gewährleistet ist, wird gasförmiger Brennstoff über die Düse 58 eingedüst. Der gasförmige Brennstoff wird dadurch in der Nähe der Rückströmzone 21 eingedüst, wodurch Pulsationen zwischen Vollast- und Teillastbetrieb vermieden werden. Weiter wird die benötigte Menge an Brennstoff, der durch die Düse 58 eingedüst werden muss, reduziert, da der Brennstoff direkt in die Rückströmzone 21 eingedüst wird.At partial load, when operating the premix burner 1 by injection of gaseous fuel 31 in the area of the tangential channels 4 is no longer guaranteed, gaseous fuel through the nozzle 58 injected. The gaseous fuel thereby becomes near the backflow zone 21 injected, whereby pulsations between full load and part load operation can be avoided. Next is the required amount of fuel passing through the nozzle 58 must be injected, reduced, as the fuel directly into the backflow zone 21 is injected.

Durch den Hohlraum zwischen Lanzenrohr 52 und Brennstoffleitung 53 wird ebenfalls Verbrennungsluft 9a gefördert. Der durch das Lanzenrohr geförderte Verbrennungsluftanteil 9a kann dabei bis zu 25% des Gesamtluftstromes betragen. Durch den Drallkörper 56 wird die Verbrennungsluft 9a in Rotation versetzt. Die Art und Stärke des Dralles muss dabei den jeweiligen Verhältnissen des Vormischbrenners angepasst wer den. So kann beispielsweise der Drallkörper 56 ausgelegt werden, dass der durch ihn erzeugte Drall entgegengesetzt zum Drall des Vormischbrenners 1 verläuft. Dies erhöht die Durchmischung von Verbrennungsluft 9, 9a und Brennstoff und verhindert zusätzlich das Zurückschlagen der Rüchströmzone 21 und somit der Flamme an das stromabwärtige Ende der Speiselanze 50.Through the cavity between the lance tube 52 and fuel line 53 also becomes combustion air 9a promoted. The extracted by the lance tube combustion air content 9a can be up to 25% of the total air flow. Through the swirl body 56 becomes the combustion air 9a set in rotation. The nature and strength of the swirl must be adapted to the respective circumstances of the premix burner who the. For example, the swirl body 56 be interpreted that the swirl generated by him opposite to the spin of the premix burner 1 runs. This increases the mixing of combustion air 9 . 9a and fuel and additionally prevents repelling the Rüchströmzone 21 and thus the flame to the downstream end of the food lance 50 ,

Wird der Vormischbrenner 1 mit flüssigem Brennstoff betrieben, wird der Brennstoff mittels der Speiselanze 50 eingedüst. Dies erfolgt mittels des äusseren Kanales 55, über den flüssiger Brennstoff 30 zur Zerstäubungskante 67 gefördert wird. Mittels der durch das Lanzenrohr 52 geförderten Luft 9a wird dadurch eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse 22 (engl. airblast atomizer) gebildet. Zur Verbesserung der Zerstäubung muss eventuell die Luft 9a gegenüber der Luft 9 weiter verdichtet werden.Will the premix burner 1 operated with liquid fuel, the fuel by means of dining lance 50 injected. This is done by means of the outer channel 55 , about the liquid fuel 30 to the spray edge 67 is encouraged. By means of the lance tube 52 subsidized air 9a This creates an air-assisted atomizing nozzle 22 (English airblast atomizer) formed. To improve the atomization may need the air 9a opposite the air 9 be further compressed.

Weiter kann flüssiger Brennstoff über die Brennstoffdüse 58 eingedüst werden. Wegen der axialen Position der Düse 58 im Inneren des Vormischbrenners 1 kann der Sprühwinkel der Düse 58 sehr gross gewählt werden. Dadurch wird die Durchmischung von Luft 9, 9a und Brennstoff verbessert.Next can be liquid fuel through the fuel nozzle 58 be injected. Because of the axial position of the nozzle 58 inside the premix burner 1 can the spray angle of the nozzle 58 be very large. This will cause the mixing of air 9 . 9a and fuel improves.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Die duale Düse kann auch aus zwei Düsen aufgebaut werden, wobei dann der innere Zuführkanal entsprechend angepasst werden muss. Der äussere Brennstoffzuführkanal kann auch von der Brennstoffleitung in das Lanzenrohr verlegt werden.Of course it is the invention is not limited to the embodiment shown and described. The dual nozzle can also be from two nozzles be constructed, in which case the inner feed channel adapted accordingly must become. The outside fuel feed can also be routed from the fuel line into the lance tube.

11
Vormischbrenner (Kegelbrenner)premix (Cone burner)
22
Kegelachsecone axis
33
Brennstoffdüsefuel nozzle
44
Eintrittskanäleinlet channels
4a–4d4a-4d
Eintrittskanalinlet channel
55
Breite Eintrittskanalwidth inlet channel
66
Einströmöffnunginflow
77
Zuführkanalfeed
88th
Düsejet
9, 9a9 9a
verdichtete Verbrennungsluftcompacted combustion air
1010
TeilkegelschalenCone shell
10a–10d10a-10d
TeilkegelschalePartial cone shell
1111
maximale Dicke Kegelbrennerwandmaximum Thick cone burner wall
1212
Venturi-DüseVenturi nozzle
1414
äusserer Kegelmantelouter cone shell
1515
innerer Kegelmantelinternal cone shell
1818
Frontplattefront panel
2020
Brenneraustrittburner outlet
2121
kalottenförmige Rückströmzonedome-shaped return flow zone
2222
luftunterstützte Zerstäubungsdüseair-assisted atomizing nozzle
3030
flüssiger Brennstoffliquid fuel
3131
gasförmiger Brennstoffgaseous fuel
5050
Speiselanzedining lance
5252
Lanzenrohrlance tube
5353
Brennstoffleitungfuel line
5454
innerer Brennstoffzuführkanalinternal fuel feed
55, 55a55, 55a
äusserer Brennstoffzuführkanalouter fuel feed
5656
Drallkörperswirler
5757
Umlenkkörperdeflecting
5858
Brennstoffdüsefuel nozzle
6767
Zerstäubungskanteatomization
6868
GaszuführungsleitungGas supply line
A, BA, B
KegelbrennerbereicheCone burner areas

Claims (9)

Vormischbrenner (1), zur Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft (9) vorgängig der Zündung, im Wesentlichen bestehend aus mindestens zwei Teilkegelschalen (10) mit zugehörigen Teilkegelachsen und Eintrittskanälen (4) für die Verbrennungsluft (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner (1) im wesentlichen aus einem geraden Hohlkegel, begrenzt durch einen äusseren Kegelmantel (14) und einen inneren Kegelmantel (15), gebildet wird, in dem mindestens zwei Eintrittskänale tangential zum inneren Kegelmantel und entlang einer geraden Kegelmantellinie des Kegelmantels (14, 15) angeordnet sind, wobei die Teilkegelachsen der dadurch gebildeten Teilkegelschalen (10) auf einer gemeinsamen Kegelachse (2) liegen und dass am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners (1) eine Querschnittsveränderung in Form einer Düse (8) angeordnet ist.Premix burner ( 1 ), for mixing fuel and combustion air ( 9 ) prior to ignition, consisting essentially of at least two partial cone shells ( 10 ) with associated sub-cone axes and inlet channels ( 4 ) for the combustion air ( 9 ), characterized in that the premix burner ( 1 ) consisting essentially of a straight hollow cone, bounded by an outer cone sheath ( 14 ) and an inner cone sheath ( 15 ) is formed, in the at least two inlet channels tangent to the inner conical surface and along a straight cone surface line of the conical surface ( 14 . 15 ) are arranged, wherein the pitch cone axes of the thus formed Teilkegelschalen ( 10 ) on a common cone axis ( 2 ) and that at the downstream end of the premix burner ( 1 ) a cross-sectional change in the form of a nozzle ( 8th ) is arranged. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner in Strömungsrichtung in mindestens zwei Bereiche (A, B) unterteilt ist und dass die Eintrittskanäle in den Bereichen (A, B) so angeordnet sind, dass eine jeweils gegensinnige Verdrallung der Verbrennungsluft (9) entsteht.Premix burner according to claim 1, characterized in that the premix burner is subdivided into at least two regions (A, B) in the flow direction and that the inlet channels in the regions (A, B) are arranged in such a way that a respective opposite directional twisting of the combustion air ( 9 ) arises. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Eintrittskanäle (4) Einströmöffnungen (6) zur Eindüsung von gasförmigem Brennstoff angeordnet sind.Premix burner according to claim 1, characterized in that in the region of the inlet channels ( 4 ) Inflow openings ( 6 ) are arranged for injection of gaseous fuel. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Kegelspitze des Vormischbrenners (1) eine Brennstoffdüse (3) zur Eindüsung flüssiger Brennstoffe angeordnet ist.Premix burner according to claim 1, characterized in that at the apex of the premix burner ( 1 ) a fuel nozzle ( 3 ) is arranged for injection of liquid fuels. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsveränderung eine Venturi-Düse (12) ist.Premix burner according to claim 1, characterized in that the cross-sectional change a Venturi nozzle ( 12 ). Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dass ausgehend von der Spitze der Teilkegelschalen (10a10d) eine sich stromabwärts ins Innere des Vormischbrenners (1) erstreckende Speiselanze (50) angeordnet ist, die im Wesentlichen koaxial zur Kegelachse (2) verläuft und dass am stromabwärtigen Ende der Speiselanze (50) mindestens eine Brennstoffdüse (58) angeordnet ist.Premix burner according to claim 1, characterized in that starting from the tip of the sub-cone shells ( 10a - 10d ) one downstream into the interior of the premix burner ( 1 ) extending food lance ( 50 ) is arranged, which is substantially coaxial with the cone axis ( 2 ) and that at the downstream end of the food lance ( 50 ) at least one fuel nozzle ( 58 ) is arranged. Vormischbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Speiselanze (50) stromabwärts mindestens bis ins untere Drittel des Vormischbrenners (1) erstreckt.Premix burner according to claim 6, characterized in that the food lance ( 50 ) downstream to at least the lower third of the premix burner ( 1 ). Vormischbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Speiselanze (50) im Wesentlichen aus einem Lanzenrohr (52) und einer darin angeordneten Brennstoffleitung (53) besteht und dass am stromabwärtigen Ende der Brennstoffleitung (53) die Brennstoffdüse (58) angeordnet ist.Premix burner according to claim 6, characterized in that the food lance ( 50 ) essentially from a lance tube ( 52 ) and one in it arranged fuel line ( 53 ) and that at the downstream end of the fuel line ( 53 ) the fuel nozzle ( 58 ) is arranged. Vormischbrenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am stromabwärtigen Ende des Lanzenrohres (52) eine luftunterstützte Zerstäubungsdüse (22) und zwischen dem Lanzenrohr (52) und der Brennstoffleitung (53) ein Drallkörper angeordnet ist.Premix burner according to claim 8, characterized in that at the downstream end of the lance tube ( 52 ) an air-assisted atomizing nozzle ( 22 ) and between the lance tube ( 52 ) and the fuel line ( 53 ) A swirl body is arranged.
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