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DE19640198A1 - Vormischbrenner - Google Patents

Vormischbrenner

Info

Publication number
DE19640198A1
DE19640198A1 DE19640198A DE19640198A DE19640198A1 DE 19640198 A1 DE19640198 A1 DE 19640198A1 DE 19640198 A DE19640198 A DE 19640198A DE 19640198 A DE19640198 A DE 19640198A DE 19640198 A1 DE19640198 A1 DE 19640198A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
premix burner
burner according
flow
interior
mixing tube
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Withdrawn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
DE19640198A
Other languages
English (en)
Inventor
Hans Peter Knoepfel
Giacomo F Bolis
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.)
Alstom SA
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
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 ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Priority to DE19640198A priority Critical patent/DE19640198A1/de
Priority to US08/909,737 priority patent/US6126439A/en
Priority to EP97810622A priority patent/EP0833105B1/de
Priority to DE59709549T priority patent/DE59709549D1/de
Priority to CN97119807A priority patent/CN1115515C/zh
Priority to JP26603697A priority patent/JP3904685B2/ja
Publication of DE19640198A1 publication Critical patent/DE19640198A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402Mixing chambers downstream of the nozzle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D17/00Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2209/00Safety arrangements
    • F23D2209/10Flame flashback

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)
  • Spray-Type Burners (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Vormischbrenner gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
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.
Darstellung der Erfindung
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.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
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

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.
DE19640198A 1996-09-30 1996-09-30 Vormischbrenner Withdrawn DE19640198A1 (de)

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