DE19640198A1 - Vormischbrenner - Google Patents
VormischbrennerInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
- F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
- F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- Spray-Type Burners (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vormischbrenner
gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Magere vorgemischte Verbrennung ist ein verbreitetes Verfah
ren zum Erreichen niedriger Schadstoff-Emissionen, insbeson
dere Stickoxid-Emissionen, bei der Verbrennung von Brennstof
fen mit geringem Gehalt an Stickstoffverbindungen. Aus Publi
kationen ist bekanntgeworden, daß mit Experimentalbrennern
durch Verbesserung der Mischungsgüte von Luft und Brennstoff
eine weitere Verringerung der Stickoxid-Emissionen, insbeson
dere bei der Verbrennung unter hohem Druck, wie dies bei
Gasturbinen der neueren Generation der Fall ist, möglich ist.
Eine Übertragung solcher Experimentalbrenner auf die Maschi
nentechnologie ist jedoch nicht ohne weiteres möglich, da
hier hohe Anforderungen bezüglich Flammenstabilisierung und
Rückzündsicherheit bestehen. Herkömmliche drallstabilisierte
und maschinentaugliche Vormischbrenner mischen den Brennstoff
erst kurz vor der Flammenzone in die Verbrennungsluft ein.
Untersuchungen in diesem Zusammenhang haben ergeben, daß
hiermit noch keine homogene Vermischung von Luft und Brenn
stoff bis zur Flammenzone erreicht werden kann. Eine Verle
gung der Brennstoffeindüsung stromauf zur Verlängerung der
Mischungszeit und damit Verbesserung der Mischungsgüte ist
wegen der damit verbundenen Rückzündungsgefahr in einem
maschinentauglichen Brenner nicht zugelassen.
Aus WO 93/17279 ist ein Brenner bekanntgeworden, der im
wesentlichen aus einer zylindrischen Kammer besteht, welche
ihrerseits mehrere tangential angeordnete Schlitze aufweist,
durch welche die Verbrennungsluft ins Innere der Kammer
strömt. Im Bereich dieser Schlitze, am Übergang zum Innen
raum der Kammer, wirken in axialer Richtung eine Reihe von
Brennstoffdüsen, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger
Brennstoff der dort durchströmenden Verbrennungsluft beige
mischt wird. Der Innenraum der Kammer ist des weiteren mit
einem kegelförmigen Körper versehen, der sich in Strömungs
richtung verjüngt, wobei im Bereich der Spitze dieses kegel
förmigen Körpers weitere Brennstoffdüsen für einen vorzugs
weise flüssigen Brennstoff vorgesehen sind. Stromab der
Kegelspitze dieses Körpers wird die Verbrennungsluft zur Zün
dung gebracht. Um die Flamme außerhalb der Vormischstrecke
des Brenners stabil zu halten, muß die Strömung in der Kam
mer resp. Vormischstrecke selbst überkritisch sein, d. h., die
Drallzahl muß hier so klein sein, daß es zu keinem Wir
belaufplatzen kommt. Die kritische Drallzahl läßt sich durch
drei Parameter am richtigen Ort erreichen: Durch eine Verän
derung der Breite der tangentialen Schlitze, und andererseits
durch eine Anpassung des Winkels des kegeligen Körpers im
Innenraum der Kammer sowie durch Zugabe einer zentralen
Stützluft, sei sie verdrallt oder unverdrallt. Durch die
Brennstoffeindüsung im Bereich der Schlitze sind diese in ih
rer Auslegung aber stark eingeschränkt. Darüber hinaus läßt
sich eine optimale homogene Vermischung von Luft und Brenn
stoff nicht unmittelbar erreichen, dies gilt insbesondere für
jene Brennstoffeindüsungen, die sich am Ende des Brenners
befinden, und die sich demnach im unmittelbaren Bereich der
Flammenfront befinden, womit durch diese Nähe überdies eine
latente Rückzündungsgefahr besteht. Ferner wird der sowohl
gasförmige als auch flüssige Brennstoff durch die kurze
Strecke zwischen Eindüsung bis zur Flamme nicht gut mit der
Luft vermischt, woraus sich örtliche fette Zonen in der
Flamme ergeben, welche zu hohen NOx-Emissionen und höheren
Pulsationen führen.
Zusammengefaßt ergeben sich bei einem solchen Brenner fol
gende Probleme:
- a) Erhöhung der Gefahr des Flammenrückschlages,
- b) Kleinerer Betriebsbereich mit optimaler Flammenposition,
- c) Die NOx-Emissionen steigen an,
- d) Hohe Pulsationen,
- e) Ungenügender Ausbrand.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie
sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe
zugrunde, bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten
Art die obengenannten Nachteile zu beheben.
Die Konfiguration des zum Stand der Technik gehörenden Bren
ners erfüllt nun erfindungsgemäß die ausschließliche Funk
tion eines Drallerzeugers, wobei diesem Drallerzeuger ein
Mischrohr nachgeschaltet ist. Erst am Ausgang dieses Misch
rohres bildet sich die Flammenzone.
Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen,
daß die Strömung am Austritt des Drallerzeugers so gewählt
wird, daß es zu keinem Wirbelaufplatzen kommt. Das dem
Drallerzeuger nachgeschaltete Mischrohr sorgt dafür, daß die
Flammenzone weiter stromab verschoben wird und sich das
Luft/Brennstoff-Gemisch besser vermischt. Am Austritt des
Mischrohres in die Brennkammer platzt dann die vom Draller
zeuger induzierte Wirbelströmung auf: Dort bildet sich dann
eine Rückströmblase oder Rückströmzone, welche eine Stabili
sierung der Flammenfront bewirkt. Um ein Flammenrückschlagen
in den wandnahen Bereichen (Wandgrenzschichten) des Mischroh
res zu verhindern, wird das Mischrohr mit Filmlegelöcher- oder
schlitzen versehen, welche die Grenzschicht spült und
auch abmagert. Im Brennerzentrum wird ein Flammenrückschlagen
dadurch verhindert, daß zentral Stützluft eingedüst wird.
Diese Stützluft kann rein axial gerichtet oder mit einem
Drall versehen sein.
Ein Austrittsradius mit einer Abrißkante, welcher brennkam
merseitig in der Brennerfront angebracht ist, sorgt durch
eine Vergrößerung der Rückströmblase für eine Stärkung der
Flammenzone und somit eine bessere Flammenstabilität. Die
Größe des Radius hängt von der Strömung innerhalb des Misch
rohres ab. Er wird so gewählt, daß sich die Strömung an die
Wand anlegt und somit die Drallzahl stark ansteigt. Gegenüber
einer Strömung ohne Radius vergrößert sich nun die Rück
strömblase gewaltig, was eine maximierte Stabilisierung der
Flammenfront bewirkt.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß
die Vergrößerung der Rückströmblase auch durch andere
Maßnahmen innerhalb der Brennerfront zu erreichen ist, vor
zugsweise durch torusähnliche Aussparungen in der Brenner
front.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs
gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen ge
kennzeichnet.
Im folgenden wird anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Ver
ständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind
fortgelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit
Pfeilen angegeben. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen
Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Es zeigt
Fig. 1 einen Vormischbrenner bestehend aus einem Drall
erzeuger mit anschließendem Mischrohr und Brenn
kammer,
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Drallerzeuger längs der
Schnittebene II-II und
Fig. 3 eine Ausgestaltung der Frontwand zum Brennraum.
Um den Aufbau des Vormischbrenners besser zu verstehen, ist
es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 1 auch Fig. 2
herangezogen wird. Des weiteren, um Fig. 1 nicht unnötig
unübersichtlich zu gestalten, sind die tangentialen Luftzu
führungskanäle nur schematisch dargestellt worden. Im folgen
den wird bei der Beschreibung von Fig. 1 nach Bedarf auf Fig.
2 hingewiesen.
Der Vormischbrenner nach Fig. 1 besteht aus einem Drallerzeu
ger 10, einer dem Drallerzeuger nachgeschalteten Mischstrecke
20 und einer anschließend wirkenden Brennkammer 30. Der
Drallerzeuger 10 besteht aus zwei hohlen Teilschalen 11, 12,
die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind (Vgl.
hierzu Fig. 2). Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse
oder Längssymmetrieachse 11b, 12b (Vgl. Fig. 2) zueinander
schafft auf beiden Seiten, in spiegelbildlicher Anordnung, je
einen tangentialen Lufteintrittskanal 11a, 12a frei, durch
welche eine Verbrennungsluft 16 oder ein Brennstoff/Luft-Ge
misch in einen von den Teilschalen 11, 12 gebildeten Innen
raum 18 strömt. Die genannten Längssymmetrieachsen verlaufen
vorzugsweise parallel zueinander, worauf die tangentialen
Lufteintrittskanäle 11a, 12a einen konstanten Durchflußquer
schnitt aufweisen. Bei Bedarf läßt sich der Durchflußquer
schnitt in axialer Richtung durch einen entsprechenden Ver
lauf der Längssymmetrieachsen regelmäßig oder unregelmäßig
zueinander ab- oder zunehmend gestalten. Die Schalen 11, 12
selbst verlaufen in Strömungsrichtung vorzugsweise zylin
drisch. Sie können indessen eine andere geometrische Ausge
staltung einnehmen, welche unmittelbar den Durchflußquer
schnitt des Innenraumes 18 induzieren. Beispielsweise können
die Schalen 11, 12 als Venturirohr ausgebildet werden. Die
genannten Ausführungsmöglichkeiten sind zeichnerisch nicht
näher dargestellt, da sie für den Fachmann ohne weiteres
nachzuempfinden sind. Was die Anzahl Schalen betrifft, welche
den Drallerzeuger 10 bilden, so sind sie nicht auf zwei
beschränkt, wie dies aus dem Ausführungsbeispiel hervorgeht.
Eine größere Anzahl tangential angeordneter Luftein
trittskanäle ist je nach Betrieb ohne weiteres möglich. Die
einzelnen versetzt zueinander angeordneten Schalen lassen
sich ohne weiteres durch ein zusammenhängendes Rohr ersetzen,
dessen Rohrwand durch tangential angeordnete Schlitze verse
hen ist, welche dann die tangentialen Lufteinströmungskanäle
bilden. Bei mehrschaliger Ausführung ist es ferner bei Bedarf
möglich, die einzelnen Schalen spiralförmig ineinanderzu
schachteln.
In dem Innenraum 18 ist ein kegelförmiger Innenkörper 13
angeordnet, der sich in Strömungsrichtung verjüngt und weit
gehend spitzenförmig ausläuft. Die kegelige Ausgestaltung
dieses Innenkörpers 13, der in etwa die Länge der tangen
tialen Lufteintrittskanäle aufweist, ist nicht auf die darge
stellte Form beschränkt: Eine äußere Form dieses Innenkör
pers 13 als Diffusor oder Konfusor ist auch möglich. Maß für
die Ausgestaltung dieses Innenkörpers 13 in Interdepedenz mit
der tangential einströmenden Verbrennungsluft 16 ist die
Erzielung einer bestimmten Drallzahl am Ausgang des Draller
zeugers. Der Innenkörper 13 weist zentral eine Bohrung 19
auf, durch welche eine Brennstofflanze 14 durchzogen wird,
welche sich ihrerseits bis etwa zur Spitze des Innenkörpers
erstreckt. Durch diese Brennstofflanze 14 wird vorzugsweise
ein flüssiger Brennstoff herangeführt, dessen Eindüsung in
den Innenraum 18 über eine Brennstoffdüse 17 geschieht, wel
che ein für den Betrieb angezeigter Brennstoffspraywinkel
erzeugt. Somit bildet diese Brennstoffdüse 17 die eigentliche
Kopfstufe des Vormischbrenners. Die Brennstofflanze 14 wird
mit einer Stützluft 15 ummantelt, welche mindestens einen
axialen Impuls zur Stabilisierung der sich in der Brennkammer
30 bildenden Flammenfront 30 auslöst. Ferner trägt diese
Stützluft 15 dazu bei, die Optimierung des Vormischprozesses,
insbesondere der ortlichen Stabilisierung der Flammenfront,
zu verstärken, wobei diese Stützluft auch durch eine Teil
menge eines rückgeführten Abgases angereichert sein kann.
Diese Stützluft kann darüber hinaus durch ein anderes
Luft/Brennstoff-Gemisch ersetzt werden. Damit sich eine Rück
strömblase nicht bereits am Ende des Drallerzeugers 10 bilden
kann, ist es wichtig, daß der sich durch die tangentiale
Strömung bildende Drall unterkritisch bleibt. Dies läßt sich
durch verschiedene Maßnahmen erreichen, eine davon betrifft
den Durchflußquerschnitt der tangentialen Lufteintrittska
näle 11a, 12a, eine andere ist auf die Anzahl dieser Kanäle
gerichtet, wobei der konische Verlauf des Innenkörpers 13
eine zu den genannten Maßnahmen interdependente Rolle
spielt.
Die aus einem Luft/Brennstoff-Gemisch bestehende Drallströ
mung 23 strömt demnach ohne Bildung eine Rückströmzone in
eine abströmungsseitig des Drallerzeugers 10 angeschlossene
Mischstrecke 20, welche im wesentlichen aus einem Mischrohr
21 besteht. Dieses Mischrohr 21 erfüllt die Bedingung, daß
stromab des Drallerzeugers 10 eine definierte Mischung
bereitgestellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung von
Brennstoffen verschiedenster Art erzielt wird. Das Mischrohr
21, d. h. dessen Länge, ermöglicht des weiteren eine verlust
freie Strömungsführung, wobei dieses ein ausgeprägtes Maximum
des Axialgeschwindigkeitsprofils auf der Achse 24 besitzt, so
daß eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer 30 nicht
möglich ist. Allerdings darf nicht verkannt werden, daß bei
einer solchen Konfiguration die Axialgeschwindigkeit zur Wand
des Mischrohres 21 hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem
Bereich zu unterbinden, wird das Mischrohr 21 in Strömungs- und
Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmäßig oder unregelmäßig
verteilter Durchflußöffnungen 22, die verschieden
in Querschnitt und Strömungsrichtung ausgebildet sind. Durch
diese Durchflußöffnungen 22 strömt eine Luftmenge in das
Innere des Mischrohres, und entlang der Innenwand im Sinne
einer Filmlegung eine Erhöhung der dort vorherrschenden Axi
algeschwindigkeit induzieren und das Gemisch in diesem
Bereich abmagert. Eine andere Ausgestaltung um die gleiche
Wirkung zu erzielen, besteht darin, den Querschnitt des
Mischrohres 21 mit einer Verengung zu versehen, wodurch das
gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb dieser Strömungs
strecke erhöht wird. In der Figur sind die Durchflußöffnungen
22 als Bohrungen ausgebildet, welche unter einem spitzen
Winkel gegenüber der Brennerachse 24 verlaufen. Wenn einer
der gewählten Vorkehrungen bei der Führung der Drallströmung
23 entlang des Mischrohres 21 einen nicht tolerierbaren
Druckverlust bewirkt, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen
werden, indem am Ende des Mischrohres 21 ein in der Figur
nicht ersichtlicher Diffusor vorgesehen wird.
Am Ende des Mischrohres 21 schließt sich die Brennkammer 30
an, welche schematisch durch ein Flammrohr 31 angedeutet ist,
wobei der Übergang zwischen den beiden Durchflußquerschnitten
durch einen Querschnittssprung charakterisiert ist. Die
ser Übergang wird des weiteren durch eine Frontwand 25
gebildet, welche stirnseitig zum Brennraum angeordnet ist und
eine Anzahl Öffnungen aufweist, durch welche eine Luftmenge
direkt in die Randzonen des Querschnittssprunges einströmt.
Erst in der Ebene des Querschnittssprunges bildet sich eine
zentrale Rückströmzone 32, welche die Eigenschaften eines
körperlosen Flammenhalters entfaltet. Bildet sich innerhalb
des Querschnittssprunges während des Betriebes eine strö
mungsmäßige Randzone, in welcher durch den dort vorherr
schenden Unterdruck Wirbelablösungen entstehen, so führt dies
zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone 32.
Eine weitere Stärkung derselben wird durch die Eindüsung der
über die Brennerfront eingebrachten Luft 26 erreicht.
Schließlich ist eine weitere Stärkung der Rückströmzone 32
dadurch zu erreichen, indem in der Brennerfrontwand brennkam
merseitig eine sogenannte Abrißkante (Vgl. Fig. 3) oder
torusähnliche Aussparungen vorgesehen werden.
Im Bereich des Querschnittssprunges bildet sich aufgrund der
dort entstehenden unterkritischen Drallströmung ein Wir
belaufplatzen, welche die Rückströmzone 32 induziert. Die
Zündung erfolgt an der Spitze dieser Rückströmzone 32: Erst
an dieser Stelle kann eine stabile Flammenfront entstehen.
Die Gefahr eines Rückschlages der Flamme in das Mischrohr 21
des Vormischbrenners, wie dies bei den bekanntgewordenen Vor
mischstrecken stets latent der Fall ist, wogegen dort mit
komplizierten körperlichen Flammenhaltern Abhilfe gesucht
wird, ist hier aus den genannten Gründen nicht zu befürchten.
Ist die Verbrennungsluft 16 vorgeheizt, oder mit einem der
erwähnten Medien, vorzugsweise mit rückgeführtem Abgas ange
reichert, so unterstützt dies die Verdampfung des durch die
Kopfstufe eingedüsten flüssigen Brennstoffes.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die Konfiguration
der ineinandergeschachtelten Teilschalen 11, 12. Selbstver
ständlich sind diese Teilschalen auch über diese Ebene zuein
ander verschiebbar, d. h., es ist ohne weiteres möglich, eine
Überlappung derselben im Bereich der tangentialen Luftein
trittsschlitze 11a, 12a zu bewerkstelligen. Es ist des weite
ren auch möglich, die Teilschalen 11, 12 durch eine gegenläu
fige drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschach
teln. Somit lassen sich Form und Größe der tangentialen
Lufteintrittsschlitze 11a, 12a so varieren, daß die Drall
zahl und Drallstärke aus dem Drallerzeuger 10 den jeweiligen
Verhältnissen angepaßt werden kann. Die tangentialen Luft
eintrittsschlitze 11a, 12a bilden jeweils die Austrittsöff
nung eines nicht näher gezeigten Zuführungskanals. Im Bereich
der tangentialen Lufteintrittskanäle sind weitere Brennstoff
düsen vorgesehen, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger
Brennstoff 16 eingedüst wird. Die Ausgestaltung dieser Brenn
stoffeindüsung läßt sich aus EP-0 321 809 B1 ersehen, wobei
diese Druckschrift zu einem integrierender Bestandteil dieser
Beschreibung erhoben wird.
Fig. 3 zeigt die bereits angesprochene Abrißkante A, welche
in der Frontwand 25 ausgebildet wird. Am Ende des Durchfluß
querschnittes des Mischrohres 21 ist ein in die Frontwand 25
überleitendes Übergangsradius R vorgesehen, dessen Größe
grundsätzlich von der Strömung innerhalb des Mischrohres 21
abhängt. Dieser Radius R wird so gewählt, daß sich die Strö
mung an die Wand anlegt und so die Drallzahl stark ansteigen
läßt. Quantitativ läßt sich die Größe des Radius R so
definieren, daß dieser < 10% des Durchflußdurchmessers d
des Mischrohres 21 beträgt. Gegenüber einer Strömung ohne
Radius vergrößert sich nun die Rückströmzone gewaltig. Die
ser Radius verläuft bis zur Austrittsebene des Mischrohres
21, wobei der Arcuswinkel β zwischen Anfang und Ende der
Krümmung < 90 beträgt. Entlang des einen Schenkels des
Arcuswinkels β verläuft die Abrißkante A ins Innere des
Mischrohres 21 und bildet somit eine Abrißstufe S gegenüber
dem vorderen Punkt der Abrißkante A, deren Tiefe < 3 mm
beträgt. Selbstverständlich kann die hier parallel zur Aus
trittsebene des Mischrohres 21 verlaufende Kante anhand eines
gekrümmten Verlaufs wieder auf Stufe Austrittsebene gebracht
werden. Der Winkel β′, der sich zwischen Tangente der Abrißkante
A und Senkrechten zur Austrittsebene des Mischrohres 21
ausbreitet, ist gleich groß wie der Winkel β. Auf die Vor
teile dieser Ausgestaltung in der Frontwand 25 ist bereits
oben unter dem Kapitel "Darstellung der Erfindung" näher ein
gegangen. Eine Abrißkante zur Festigung der Rückströmzone
läßt sich auch durch brennraumseitige konkavartige Ausneh
mungen in der Frontwand erreichen.
Bezugszeichenliste
10 Drallerzeuger
11 Schale
11a Tangentialer Lufteintrittskanal
11b Längssymmetrieachse der Schale
12 Schale
12a Tangentialer Lufteintrittskanal
12b Längssymmetrieachse
13 Kegelförmiger Innenkörper
14 Brennstofflanze
15 Stützluft
16 Verbrennungsluft oder Brennstoff/Luft-Gemisch
17 Brennstoffdüse
18 Innenraum
20 Mischstrecke
21 Mischrohr
22 Durchflußöffnungen
23 Drallströmung
24 Brennerachse
25 Frontwand
26 Luft
30 Brennkammer
31 Flammrohr zum Brennraum
32 Rückströmzone, Rückströmblase
A Abrißkante
d Innendurchmesser des Mischrohres 21
R Übergangsradius
T Tangentiale der Abrißkante
S Abrißstufe
β Arcuswinkel von R
β′ Winkel zwischen T und A
11 Schale
11a Tangentialer Lufteintrittskanal
11b Längssymmetrieachse der Schale
12 Schale
12a Tangentialer Lufteintrittskanal
12b Längssymmetrieachse
13 Kegelförmiger Innenkörper
14 Brennstofflanze
15 Stützluft
16 Verbrennungsluft oder Brennstoff/Luft-Gemisch
17 Brennstoffdüse
18 Innenraum
20 Mischstrecke
21 Mischrohr
22 Durchflußöffnungen
23 Drallströmung
24 Brennerachse
25 Frontwand
26 Luft
30 Brennkammer
31 Flammrohr zum Brennraum
32 Rückströmzone, Rückströmblase
A Abrißkante
d Innendurchmesser des Mischrohres 21
R Übergangsradius
T Tangentiale der Abrißkante
S Abrißstufe
β Arcuswinkel von R
β′ Winkel zwischen T und A
Claims (15)
1. Vormischbrenner mit einem drallstabilisierten Innenraum
und mit Mitteln zur Eindüsung eines Brennstoffes verse
hen, wobei der Innenraum einen in Strömungsrichtung ke
gelförmig verlaufenden Innenkörper aufweist, wobei die
Ummantelung des Innenraumes durch mindestens einen in
axialer Richtung verlaufenden und tangential angeordne
ten Lufteintrittskanal durchbrochen ist, und wobei durch
diesen tangentialen Lufteintrittskanal eine Verbren
nungsluft in den Innenraum strömt, dadurch gekennzeich
net, daß sich stromab des Innenraumes (18) ein von
einer Drallströmung (23) durchströmtes Mischrohr (21)
anschließt, welches über einen Querschnittssprung in
einen Brennraum (31) übergeht, daß der Querschnitts
sprung durch eine Frontwand (25) gebildet ist, und daß
im Bereich der Ebene des Querschnittsprunges eine Rück
strömzone (32) wirkbar ist.
2. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenkörper (13) von mindestens einer Brenn
stofflanze (14) durchzogen ist, deren Brennstoffdüse
(17) im Bereich der Spitze des Innenkörpers (13) ange
ordnet ist.
3. Vormischbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstofflanze (17) im Innenkörper (13) zen
tral angeordnet ist.
4. Vormischbrenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennstofflanze (14) von einem Luftstrom (15)
umgeben ist.
5. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenkörper (13) die Form eines Diffusors hat.
6. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenkörper (13) die Form eines Konfusors hat.
7. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ummantelung des Innenraumes (18) zylindrisch
oder quasi-zylindrisch ist.
8. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der von der Ummantelung des Innenraumes (18) gebil
dete Durchflußquerschnitt in Strömungsrichtung die Form
einer Venturistrecke aufweist.
9. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ummantelung des Innenraumes (18) aus mindestens
zwei versetzt zueinander ineinandergeschachtelten Teil
schalen (11, 12) besteht, und daß die benachbarten Wan
dungen der Teilschalen (11, 12) in deren Längserstrec
kung tangentiale Lufteintrittskanäle (11a, 12a) für die
Durchströmung der Verbrennungsluft (16) bilden.
10. Vormischbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Teilschalen (11, 12) spiralförmig ineinanderge
schachtelt sind.
11. Vormischbrenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich der tangentialen Lufteintrittskanäle
(11a, 12a) in deren Längsertreckung weitere Brennstoff
düsen (18) angeordnet sind.
12. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischrohr (21) in Strömungs- und Umfangsrich
tung mit Durchflußöffnungen (22) zur Eindüsung eines
Luftstromes ins Innere des Mischrohres (21) aufweist.
13. Vormischbrenner nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Durchflußöffnungen (22) unter einem spit
zen Winkel gegenüber der Brennerachse (24) verlaufen.
14. Vormischbrenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Frontwand (25) eine Abrißkante (A) aufweist,
welche aus einem Übergangsradius (R) im Bereich der
Austrittsebene des Mischrohres (21) und einer von der
Austrittsebene des Mischrohres (21) in radialer Richtung
abgesetzten Abrißstufe (S) besteht.
15. Vormischbrenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich
net, daß der Übergangsradius (R) < 10% des Innendurch
messers des Mischrohres (21) beträgt, und daß die Abrißstufe
(S) eine Tiefe < 3 mm aufweist.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19640198A DE19640198A1 (de) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Vormischbrenner |
US08/909,737 US6126439A (en) | 1996-09-30 | 1997-08-12 | Premix burner |
EP97810622A EP0833105B1 (de) | 1996-09-30 | 1997-09-02 | Vormischbrenner |
DE59709549T DE59709549D1 (de) | 1996-09-30 | 1997-09-02 | Vormischbrenner |
CN97119807A CN1115515C (zh) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | 预混燃烧器 |
JP26603697A JP3904685B2 (ja) | 1996-09-30 | 1997-09-30 | 予混合バーナ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19640198A DE19640198A1 (de) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | Vormischbrenner |
Publications (1)
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