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EP0931979A1 - Method and apparatus for supressing flame and pressure fluctuations in a furnace - Google Patents

Method and apparatus for supressing flame and pressure fluctuations in a furnace Download PDF

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Publication number
EP0931979A1
EP0931979A1 EP98101150A EP98101150A EP0931979A1 EP 0931979 A1 EP0931979 A1 EP 0931979A1 EP 98101150 A EP98101150 A EP 98101150A EP 98101150 A EP98101150 A EP 98101150A EP 0931979 A1 EP0931979 A1 EP 0931979A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
gas
flame
screen
flow
burner
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Withdrawn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
EP98101150A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Horst Dr.-Ing. Büchner
Wolfgang Prof. Dr.-Ing. Leuckel
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.)
DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches eV
Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
Original Assignee
DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches eV
Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein
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 DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches eV, Deutscher Verein des Gas und Wasserfaches eV Technisch Wissenschaftlicher Verein filed Critical DVGW Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches eV
Priority to EP98101150A priority Critical patent/EP0931979A1/en
Priority to US09/235,475 priority patent/US6056538A/en
Priority to PCT/EP1999/000464 priority patent/WO1999037951A1/en
Priority to JP2000528824A priority patent/JP4121107B2/en
Publication of EP0931979A1 publication Critical patent/EP0931979A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • 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
    • F23C7/02Disposition of air supply not passing through burner
    • 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 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002Supplying water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/96Preventing, counteracting or reducing vibration or noise
    • 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 
    • F23C2202/00Fluegas recirculation
    • F23C2202/40Inducing local whirls around flame
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2206/00Burners for specific applications
    • F23D2206/10Turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2210/00Noise abatement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03282High speed injection of air and/or fuel inducing internal recirculation

Definitions

  • the invention relates to a device for suppressing flame / pressure vibrations with a furnace with at least one Burners for generating a flame and a combustion chamber in which the flame is directed, the furnace at least one gas outlet has, from which gas flows, the flame encloses a jacket and a higher flow rate in the flame propagation direction than the outer regions of the Flame, as well as a gas turbine using such a device is issued.
  • furnaces In industrial combustion plants such as gas turbines, combustion chambers, Hot water heaters, residue incineration plants or industrial furnaces, but also for small furnaces such as gas boilers or boilers in the domestic use area occur under certain through the firing parameters such as thermal performance conditions and unstable operating conditions on, which is characterized by time-period changes in the flame that are accompanied by changes in particular the static Pressure in the combustion chamber and in this upstream or downstream Plant parts. These unstable states also occur in furnaces whose flames are caused by known measures such as Swirl currents, bluff bodies etc. are sufficiently stabilized by ignition.
  • EP-A-0 754 908 accordingly describes a device as specified above proposed in which the flame of a burner with a Flow from gas is encased as closely as possible, the gas flow a higher speed in the direction of flame propagation has as the outer or edge areas of the flame or main burner flow containing fuel.
  • the principle of the invention is based on the knowledge that the vibrations essentially by themselves in the edge area of the Flame periodic ring vortices caused or intensified become.
  • This ring vortex created by rolling up the edge areas of the fuel-containing burner flow arise, close at their Education is hot, already burned out, no longer reactive Flue gases with a, which also quickly heats up the Ring vortex contained fuel / air mixture and therefore a pulse-like, pressure vibration-stimulating reaction of the fuel cause.
  • the procedure is as described above the flame with the smallest possible radial distance to the flame or to the main burner flow Surround the gas jacket flow, which has a higher flow rate in the flame propagation direction than the outer or Edge areas of the flame. So it comes between the jacket flow and flame or fuel gas / air flow for an axial pulse exchange, an acceleration of the free flame or flow boundary layer of the fuel / air mixture, with which the Effective formation of reactive vortices in this area is counteracted.
  • This object is achieved in that a Gas outlet opening more extensive, with a radial distance around the Burner outlet extending screen is provided, through which a the flue gas recirculation area connected to the combustion chamber is separated from said gas.
  • the design of the gas jacket flow is thereby dependent on that surrounding it remaining design of the furnace more independent. Especially with several, possibly mutually influencing Burners, this is another advantage of the invention.
  • the screen itself can be single-shell, with which it is already in existing furnaces can be retrofitted relatively easily.
  • the radial distance between the screen and the burner outlet is so to choose that the jacket flow is not due to a friction Adhesion to the wall undesirably slowed down too much becomes. It must be ensured that the jacket flow can reach the places where they form the formation of ring vortices should prevent.
  • the screen can also be designed with two shells and are flowed through by the gas forming the gas jacket flow.
  • the gas jacket can then, for example, completely or at least partially only emerge from the top of the screen. This Allows the gas to the screen, for example, from a high temperature resistant steel or a ceramic material exists, can still cool accordingly and thus that Prevention of thermal problems with the screen prevented.
  • a preferred place of use of the invention is gas turbines, in particular with several burners, preferably in ring combustion chambers, at which the inventive effect of reducing mutual Influence comes to bear.
  • a furnace equipped according to the invention is in the Section shown. It is a swirl burner, the one premixed fuel gas / air mixture 1 supplied via a burner tube 2 becomes.
  • This burner tube 2 ends at a swirl cabinet 3, the is rotationally symmetrical and inclined guide vanes on its outer circumference 4 has. These vanes have a slope of about 30 °, whereby the outflowing fuel gas / air mixture Distraction and thus a swirl.
  • combustion chamber 8 On the outside 6 of the swirl cupboard 3 becomes the fuel gas / air mixture emerging from the burner ignites and forms a flame 7, which in a combustion chamber 8 occurs.
  • This combustion chamber 8 is in the example shown here the annular combustion chamber of a gas turbine, the in FIG Combustion chamber downstream turbine sections not shown are.
  • the flame 7 is formed by the outer areas of the reacting Layers of fuel gas / air flow with an intense Flame color is the flame contour that can be recognized by an observer produce.
  • This through a reacting fuel-air mixture A flame made of gas flows around the flame.
  • This jacket is caused by a gas flow 9 through a Ring channel 10 passed parallel to the burner tube 2 through the burner is and exits the burner at gas outlet openings 11.
  • a large number of these gas outlet openings is above the Circumference of the burner distributed. This multitude of openings is tight around the swirl cabinet 3 of the burner arranged around so that from the 11 corresponding to the number of gas outlet openings resulting multiple gas flows 9 complete the flame surrounding jacket flow forms.
  • the flow rate from the gas outlet openings 11 escaping gas jacket flow is due to the quarter circle nozzles 12 accelerated so far that the speed in the direction of the axis 13 is considerably higher than that of the outer areas of the flame 7 of the burning fuel gas / air mixture behind the swirl cabinet 3. This takes place in the area between the one burning in a flame Fuel gas / air mixture and the closely surrounding one Gas jacket flow partially accelerates the boundary layer burning, partially not yet ignited fuel gas / air mixture. This effectively prevents it in the edge area of the Flame for the formation of periodic, coherent ring vortex structures that comes through a quick reaction of the contained in them Flame / pressure vibrations due to in-phase energy supply can stimulate and reinforce.
  • the gas jacket flow is continuously from the Exit gas outlet openings 11.
  • the ring vortex structures form periodically, there is also the possibility to operate the air flow periodically, that is, in discontinuous mode Wise.
  • the ones to be provided for this Control devices such as valves, controls etc. with associated with high costs and also have such additional Device parts an additional susceptibility to failure of the entire system result.
  • the combustion chamber is at the front side 14 8 a cylindrical screen 15 welded. That umbrella has a radial distance to the burner and also encompasses the Gas outlet openings 11. So outside of the screen 15 Flue gas recirculation area 16 separated from the gas flow 9. This prevents that in this area due to the flow conditions essentially radially inward flowing Flue gases, the flow path of which is indicated by the arrow lines 17 is also sucked into the gas flow 9 and thus in deteriorate their effect. Instead, the gas flow can In the initial area, expand unaffected like free jets.
  • Figure 2 is a Section through an annular combustion chamber 8 of a gas turbine, in of which eight burners are distributed over the circumference. In supervision on these burners you can see the swirl cabinet 3 and the ring-shaped gas outlet openings 11, which on the burner generate a gas jacket flow. Around this gas jacket flow of the influence of neighboring burners or through them To shield flue gas recirculation caused by each burner surrounded by a corresponding screen 15.
  • a cylindrical screen is the radial distance between the screen 15 and the gas outlet opening 11 chosen so that the gas jacket flow 9, which their exit from the gas outlet openings 11 like free jets expands, only in the vicinity of the upper edge 18 of the screen 15 at its Inside.
  • this can prevent the Gas flow is too early on the screen 15 and due to the friction with the wall formed by the screen 15 in unintentional Way is slowed down.
  • it ensures that between the gas jacket flow and the upper edge 18 of the screen 15 Gap arises through the flue gases to the exit areas of the Gas jacket flow can flow, which is mixed in there undesired would.
  • the distance to be selected from these aspects is in a known, opening angle dependent on gas density and gas temperature the gas jacket flow as a function of the extension of the screen parallel to the flame propagation direction by simple to determine trigonometric relationships.
  • the direction of flame propagation coincides with the axis of the burner 13.
  • FIG. 4 also shows an embodiment, in which the burner within the cylindrical screen in the direction of flame propagation is brought forward.
  • the effect achieved here is in essentially due to the fact that the recirculation of the Flue gas with a flow component directed radially towards the burner takes place in the flue gas recirculation area 16 and so in the plane in which in the example shown in FIG Gas outlet openings 11 are, the flue gas recirculation none noticeable radial flow component has more but essentially characterized by their axial flow.
  • FIG. 5 Another alternative to this is shown in FIG. 5: Here is a double-walled screen 20 is provided by the gas for the Gas jacket flow is flowed through and corresponding at the upper edge Has provided gas outlet openings 21, from which then the gas jacket flow 22 emerges.
  • the recirculation of the flue gases without essential radial flow component and the gas jacket flow 22 can prevent the ring vortex without going through here radially incoming smoke gases to be hindered.
  • this has the through double walled shield flowing gas still a cooling function for the umbrella.
  • the screens are each made of high temperature resistant Steel or from a corresponding ceramic material.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Abstract

The flame (7) has a higher flow speed in its spreading direction (13) than its outer area. A screen (15) surrounds the gas outlet aperture (9) with radial distance around the burner outlet and separates a flue gas recirculation area (16) connected to the combustion chamber (8) from the gas (9). The screen is of the single or double shell type and in the latter case the gas flows through it. The screen extends parallel to the flame spreading direction. It can be cylindrical and concentric with the burner or can have a conical shape. It can be made of high temperature-resistant steel or of ceramic material.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung mit wenigstens einem Brenner zur Erzeugung einer Flamme und einem Brennraum, in den die Flamme gerichtet ist, wobei die Feuerung mindestens eine Gasaustrittsöffnung aufweist, aus der Gas ausströmt, das die Flamme mantelförmig umschließt und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außenbereiche der Flamme, sowie eine Gasturbine, die mit einer solchen Vorrichtung ausgestellt ist.The invention relates to a device for suppressing flame / pressure vibrations with a furnace with at least one Burners for generating a flame and a combustion chamber in which the flame is directed, the furnace at least one gas outlet has, from which gas flows, the flame encloses a jacket and a higher flow rate in the flame propagation direction than the outer regions of the Flame, as well as a gas turbine using such a device is issued.

Bei industriellen Verbrennungsanlagen wie Gasturbinen, Brennkammern, Winderhitzern, Rückstandsverbrennungsanlagen oder Industrieöfen, aber auch bei Kleinfeuerungen wie Gasboilern oder Heizkesseln im häuslichen Nutzungsbereich treten unter bestimmten, durch die feuerungstechnischen Parameter wie thermische Leistung und Luftzahl festgelegten Bedingungen instabile Betriebszustände auf, die durch zeitperiodische Änderungen der Flamme gekennzeichnet sind, die einhergehen mit Änderungen insbesondere des statischen Druckes in der Brennkammer sowie in dieser vor- oder nachgeschalteten Anlagenteilen. Diese instabilen Zustände treten auch auf bei Feuerungen, deren Flammen durch bekannte Maßnahmen wie Drallströmungen, Staukörper etc. ausreichend zündstabilisiert sind.In industrial combustion plants such as gas turbines, combustion chambers, Hot water heaters, residue incineration plants or industrial furnaces, but also for small furnaces such as gas boilers or boilers in the domestic use area occur under certain through the firing parameters such as thermal performance conditions and unstable operating conditions on, which is characterized by time-period changes in the flame that are accompanied by changes in particular the static Pressure in the combustion chamber and in this upstream or downstream Plant parts. These unstable states also occur in furnaces whose flames are caused by known measures such as Swirl currents, bluff bodies etc. are sufficiently stabilized by ignition.

Das Auftreten dieser Verbrennungsinstabilitäten bewirkt oftmals ein gegenüber dem stationären Betrieb der Anlage verändertes Verhalten und verursacht neben einer erhöhten Lärmbelästigung auch eine verstärkte mechanische und/oder thermische Beanspruchung der Brennkammer bzw. der Brennkammerauskleidung. Derartige Flammen-/Druckschwingungen können unter ungünstigen Verhältnissen bis zur Zerstörung der Anlage führen, in der sie auftreten, so daß viel Aufwand getrieben wird, um derartige Flammen-/Druckschwingungen zu vermeiden. So verändert man beispielsweise die Brennkammergeometrie durch spezielle Einbauten, was aber häufig nur zu einer Verschiebung der auftretenden Schwingungsfrequenzen führt und somit nicht zu einer generellen Lösung des Problemes beiträgt. Ansonsten werden bei auftretenden Flammen-/Druckschwingungen jeweils spezielle Maßnahmen auf empirischer Basis ergriffen.The occurrence of these combustion instabilities often causes changed behavior compared to the stationary operation of the system and causes not only an increased noise pollution but also an increased one mechanical and / or thermal stress on the combustion chamber or the combustion chamber lining. Such flame / pressure vibrations can under unfavorable conditions up to Destruction of the system in which they occur, so much effort is driven to such flame / pressure vibrations avoid. For example, you can change the geometry of the combustion chamber through special fittings, which often only results in a shift of the occurring vibration frequencies and therefore not contributes to a general solution to the problem. Otherwise special when flame / pressure vibrations occur Measures taken on an empirical basis.

In der EP-A-0 754 908 wird demgemäß eine Vorrichtung wie oben angegeben vorgeschlagen, bei der die Flamme eines Brenners mit einer Strömung aus Gas möglichst eng ummantelt wird, wobei die Gasströmung eine höhere Geschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außen- bzw. Randbereiche der Flamme bzw. der brennstoffhaltigen Brennerhauptströmung.EP-A-0 754 908 accordingly describes a device as specified above proposed in which the flame of a burner with a Flow from gas is encased as closely as possible, the gas flow a higher speed in the direction of flame propagation has as the outer or edge areas of the flame or main burner flow containing fuel.

Soweit hier wie im folgenden von den

Figure 00020001
Außenbereichen der Flamme" gesprochen wird, werden hierunter die reagierenden bzw. reaktionsfähigen Schichten einer Brennstoff bzw. Brenngas/Luftströmung verstanden. Auf diese Schichten wird dann durch den Gasmantelstrom eine Übertragung von Axialimpuls bewirkt.As far as here in the following from the
Figure 00020001
Outside regions of the flame "is spoken here, the reacting or reactive layers of a fuel or fuel gas / air flow are understood. A transmission of axial impulse is then effected on these layers by the gas jacket flow.

Mit Flammenausbreitungsrichtung" soll hier die Hauptausbreitungsrichtung in Axialerstreckung einer Flamme bezeichnet werden, die insofern von der radialen Ausbreitungsrichtung der Flamme zu unterscheiden ist.With The main direction of propagation in the axial extent of a flame is to be referred to here, which in this respect is to be distinguished from the radial direction of propagation of the flame.

Dem Prinzip der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß die Schwingungen im wesentlichen durch sich im Randbereich der Flamme periodisch ausbildende Ringwirbel verursacht bzw. verstärkt werden. Diese Ringwirbel, die durch Aufrollung der Randbereiche der brennstoffhaltigen Brennerströmung entstehen, schließen bei ihrer Bildung heiße, bereits ausgebrannte, nicht mehr reaktionsfähige Rauchgase mit ein, die ein schnelles Aufheizen des ebenfalls im Ringwirbel enthaltenen Brennstoff/Luftgemisches und demzufolge eine impulsartige, druckschwingungsanregende Abreaktion des Brennstoffes bewirken.The principle of the invention is based on the knowledge that the vibrations essentially by themselves in the edge area of the Flame periodic ring vortices caused or intensified become. This ring vortex created by rolling up the edge areas of the fuel-containing burner flow arise, close at their Education is hot, already burned out, no longer reactive Flue gases with a, which also quickly heats up the Ring vortex contained fuel / air mixture and therefore a pulse-like, pressure vibration-stimulating reaction of the fuel cause.

Um jetzt diese Ringwirbelbildung zu verhindern, wird wie oben beschrieben die Flamme mit einer in möglichst geringem radialem Abstand zur Flamme bzw. zur Brennerhauptströmung austretenden Gasmantelströmung umgeben, die eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung aufweist als die Außen- bzw. Randbereiche der Flamme. Damit kommt es zwischen Mantelströmung und Flamme bzw. Brenngas/Luftströmung zu einem Axialimpulsaustausch, der eine Beschleunigung der freien Flammen- bzw. Strömungsgrenzschicht des Brennstoff/Luftgemisches bewirkt, womit der Entstehung von reaktionsfähigen Wirbeln in diesem Bereich effektiv entgegengewirkt wird.To prevent this ring vortex formation, the procedure is as described above the flame with the smallest possible radial distance to the flame or to the main burner flow Surround the gas jacket flow, which has a higher flow rate in the flame propagation direction than the outer or Edge areas of the flame. So it comes between the jacket flow and flame or fuel gas / air flow for an axial pulse exchange, an acceleration of the free flame or flow boundary layer of the fuel / air mixture, with which the Effective formation of reactive vortices in this area is counteracted.

Soweit dann an der Grenzschicht zwischen der Gasmantelströmung und dem Umgebungsmedium (im eingeschlossenen Fall im allgemeinen Rauchgase) wieder entsprechende Ringwirbel auftreten, ist es am günstigsten, wenn die Gasmantelströmung keinen Brennstoff enthält, da sich dann aus der (brennstofffreien) Mantelströmung keine brennstoffeinschließenden Wirbel bilden können, die zu einer periodischen Abreaktion von Brennstoff und damit zu einer Anregung von Flammen-/Druckschwingungen führen können, wie sie bei einer ungemantelten Flamme bzw. Brennstoff/Luftströmung auftreten.So much for the boundary layer between the gas jacket flow and the surrounding medium (in the included case in general Flue gases) corresponding ring vortices occur again, it is on cheapest if the gas jacket flow contains no fuel, since the (fuel-free) jacket flow does not result in any fuel-enclosing flows Vortices that can form a periodic Abreaction of fuel and thus to excite flame / pressure vibrations can lead, as with an unclad Flame or fuel / air flow occur.

Bevorzugterweise handelt es sich bei dem nicht brennstoffhaltigen Gas der Mantelströmung um Luft, die überall in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Es ist aber auch denkbar, hier ein innertes Gas zu verwenden, was allerdings einen gewissen Kostennachteil zur Folge hätte. It is preferably the non-fuel-containing one Gas the jacket flow around air everywhere in sufficient quantities is available. But it is also conceivable to use an inner gas to use, which however results in a certain cost disadvantage would have.

Insbesondere für den Fall von innertem Gas ergibt sich daraus die Aufgabe, eine Vorrichtung wie beschrieben derart weiterzubilden, daß ein geringerer Gasstrom bzw. eine geringere Gasmenge pro Zeiteinheit notwendig ist, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Aber auch bei der Verwendung von Luft ist man daran interessiert, wenig Luft für die Mantelströmung vorsehen zu müssen, um für diesen Verwendungszweck nicht zuviel Kompressorleistung bereitstellen oder anderweitig abzweigen zu müssen.This results in particular in the case of internal gas Task to develop a device as described such that a lower gas flow or a smaller amount of gas per unit of time is necessary to achieve the desired effect. But also when using air one is interested in having little air for to have to provide the jacket flow in order for this purpose do not provide too much compressor power or otherwise to have to branch off.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Gasaustrittsöffnung umfangender, mit radialem Abstand um den Brenneraustritt verlaufender Schirm vorgesehen ist, durch den ein mit dem Brennraum in Verbindung stehender Rauchgasrezirkulationsbereich von dem genannten Gas getrennt ist.This object is achieved in that a Gas outlet opening more extensive, with a radial distance around the Burner outlet extending screen is provided, through which a the flue gas recirculation area connected to the combustion chamber is separated from said gas.

Es hat sich herausgestellt, daß aufgrund der räumlichen Trennung des Brennstoff/Luftgemisches und der diese mantelförmig umschließenden Gase von der äußeren Rezirkulationsströmung heißer, ausgebrannter Rauchgase mittels des Schirmes die Mantelströmung besser gegen eine seitliche Ablenkung geschützt ist und deshalb in Hinblick auf ihre Richtung weniger stark abgelenkt wird. Dadurch genügen auch geringere Impulsstromdichten bzw. Gasgeschwindigkeiten der Mantelströmung, um zu gewährleisten, daß die Mantelströmung mit ausreichendem Impuls, das heißt also mit einer ausreichenden Übergeschwindigkeit gegenüber den Randbereichen der Flamme jene stromabwärts des Brenneraustritts gelegenen Stellen erreicht, an denen die oben angesprochene periodische Bildung reaktionsfähiger, das heißt brennstoffeinschließender Ringwirbel vermieden werden soll.It has been found that due to the spatial separation of the fuel / air mixture and the jacket-like enclosing Gases from the outer recirculation flow are hotter, burned out Flue gases using the screen improve the jacket flow is protected against lateral distraction and therefore with regard is less distracted in their direction. This is enough also lower pulse current densities or gas velocities Jacket flow to ensure that the jacket flow with sufficient impulse, that is to say with sufficient overspeed towards the edge areas of the flame reached downstream of the burner outlet where the above-mentioned periodic formation of reactive, that is, fuel-enclosing ring vortices can be avoided should.

Dadurch ergibt sich durch den Einsatz des Schirmes eine erhebliche Einsparung des erforderlichen Gas-, bzw. Luftmassen- oder Luftimpulsstromes. This results in a considerable amount through the use of the screen Saving of the required gas, air mass or air pulse flow.

Indem der Rauchgasrezirkulationsbereich von dem Austrittsort der Gasmantelströmung und damit der Gasmantelströmung getrennt wird, wird weiterhin eine Einmischung heißer Rauchgase aus diesem Bereich des Brennraumes in die Mantelströmung verhindert. Eine solche Einmischung bewirkt sonst eine starke Verringerung der Strömungsgeschwindigkeit der Mantelströmung, wobei die Mantelströmung sich gleichzeitig entsprechend aufheizt.By the flue gas recirculation area from the exit point of the Gas jacket flow and thus the gas jacket flow is separated, there will still be an interference of hot flue gases from this area of the combustion chamber in the jacket flow prevented. Such Interference otherwise causes a strong reduction in the flow rate the jacket flow, the jacket flow itself heated up accordingly at the same time.

Die Auslegung der Gasmantelströmung wird dadurch von der sie umgebenden restlichen Konstruktion der Feuerung unabhängiger. Insbesondere bei mehreren, sich gegebenenfalls gegenseitig beeinflussenden Brennern ist dies ein weiterer Vorteil der Erfindung. Der Schirm selber kann dabei einschalig ausgeführt sein, womit er auch in bereits existierenden Feuerungen relativ einfach nachrüstbar ist.The design of the gas jacket flow is thereby dependent on that surrounding it remaining design of the furnace more independent. Especially with several, possibly mutually influencing Burners, this is another advantage of the invention. The screen itself can be single-shell, with which it is already in existing furnaces can be retrofitted relatively easily.

Der radiale Abstand des Schirmes zu dem Brenneraustritt ist dabei so zu wählen, daß die Mantelströmung nicht infolge einer reibungsbedingten Haftung an der Wand in unerwünschter Weise zu stark abgebremst wird. Es muß sichergestellt bleiben, daß die Mantelströmung die Stellen erreichen kann, an denen sie die Bildung von Ringwirbeln verhindern soll.The radial distance between the screen and the burner outlet is so to choose that the jacket flow is not due to a friction Adhesion to the wall undesirably slowed down too much becomes. It must be ensured that the jacket flow can reach the places where they form the formation of ring vortices should prevent.

Insbesondere ist dabei unter Berücksichtigung der sich ab ihrem Austritt aufweitenden Gasmantelströmung anzustreben, daß die Oberkante des Schirmes einen radialen Abstand zur Gasaustrittsöffnung aufweist und sich die Gasmantelströmung erst kurz vor dieser Oberkante an die Innenseite des Schirmes anlegt. Damit kann auch eine unerwünschte Einströmung von heißen Rauchgasen entlang der Innenseite des Schirmes verhindert werden, die dann von der Gasmantelströmung an ihrem Austrittsort eingemischt würden.In particular, it takes into account the fact that they are from their exit to strive to expand the gas jacket flow that the upper edge of the screen has a radial distance from the gas outlet opening and the gas jacket flow only shortly before this upper edge puts on the inside of the screen. This can also be an undesirable Inflow of hot smoke gases along the inside of the screen, which are then prevented by the gas jacket flow would be mixed in at their point of exit.

Dieses Ziel kann sowohl erreicht werden, indem der Schirm zylindrisch ausgebildet und zu dem Brenneraustritt konzentrisch angeordnet ist. Es ist aber auch möglich, dem Schirm selbst eine konische Form zu geben, deren Neigung dann an den Aufweitungswinkel der Mantelströmung angepaßt ist. In beiden Fällen erstreckt sich dabei der Schirm im wesentlichen parallel zur Flammenausbreitungsrichtung, gegenüber der z. B. die Erstreckung des konischen Schirms in radialer Richtung erheblich kleiner ist.This goal can be achieved both by making the screen cylindrical formed and arranged concentrically to the burner outlet. But it is also possible to give the screen itself a conical shape give, their inclination then to the expansion angle of the jacket flow is adjusted. In both cases, the Screen essentially parallel to the flame propagation direction, compared to the z. B. the extension of the conical screen in radial Direction is significantly smaller.

Grundsätzlich kann der Schirm auch zweischalig ausgebildet sein und von dem die Gasmantelströmung bildenden Gas durchströmt werden. Der Gasmantel kann dann beispielsweise ganz oder zumindest teilweise erst an der Oberkante des Schirmes aus diesem austreten. Dies ermöglicht, daß das Gas den Schirm, der beispielsweise aus einem hochtemperaturbeständigem Stahl oder aber aus einem Keramikwerkstoff besteht, noch entsprechend kühlen kann und somit das Auftreten von thermischen Problemen bzgl. des Schirmes verhindert.In principle, the screen can also be designed with two shells and are flowed through by the gas forming the gas jacket flow. The gas jacket can then, for example, completely or at least partially only emerge from the top of the screen. This Allows the gas to the screen, for example, from a high temperature resistant steel or a ceramic material exists, can still cool accordingly and thus that Prevention of thermal problems with the screen prevented.

Ein bevorzugter Einsatzort der Erfindung sind Gasturbinen, insbesondere mit mehreren Brennern vorzugsweise in Ringbrennkammern, bei denen der erfindungsgemäße Effekt der Verringerung der gegenseitigen Beeinflußung stark zum Tragen kommt.A preferred place of use of the invention is gas turbines, in particular with several burners, preferably in ring combustion chambers, at which the inventive effect of reducing mutual Influence comes to bear.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt

Figur 1
einen Schnitt durch eine mit zylindrischem Schirm ausgerüstete Feuerung;
Figur 2
eine Aufsicht auf eine Feuerung gemäß Figur 1 mit mehreen Brennern;
Figur 3
einen Schnitt durch eine mit konischem Schirm ausgerüsteten Feuerung;
Figur 4
einen Schnitt durch eine Feuerung mit einem Schirm, der einen vorverlegten Brenneraustritt umfangt;
Figur 5
einen Schnitt durch eine Feuerung mit Zuführung für die Gasmantelströmung integriert in den Schirm.
Further advantages and features of the invention result from the following description of exemplary embodiments. It shows
Figure 1
a section through a furnace equipped with a cylindrical screen;
Figure 2
a top view of a furnace according to Figure 1 with multiple burners;
Figure 3
a section through a furnace equipped with a conical screen;
Figure 4
a section through a furnace with a screen that surrounds a forward burner outlet;
Figure 5
a section through a furnace with feed for the gas jacket flow integrated in the screen.

In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäß ausgestattete Feuerung im Schnitt dargestellt. Es handelt sich um einen Drallbrenner, dem eine vorgemischte Brenngas/Luftmischung 1 über ein Brennerrohr 2 zugeführt wird. Dieses Brennerohr 2 endet an einem Drallgeschränk 3, das rotationssymetrisch ist und an seinem Außenumfang geneigte Leitschaufeln 4 aufweist. Diese Leitschaufeln haben eine Neigung von etwa 30°, wodurch das ausströmende Brenngas/Luftgemisch eine Ablenkung und damit einen Drall erfährt. Desweiteren sind radial etwas weiter innen als die Leitschaufeln 4 über den Umfang verteilt mehrere durch das Drallgeschränk 3 hindurchlaufende Lochbohrungen 5 angebracht, durch die ein Teilstrom des Brenngas/Luftgemisches hindurchströmen kann und somit durch Pilotflammenbildung zur Flammenstabilisierung beiträgt. Auf der Außenseite 6 des Drallgeschränkes 3 wird das aus dem Brenner austretende Brenngas/Luftgemisch entzündet und bildet eine Flamme 7, die in eine Brennkammer 8 eintritt. Diese Brennkammer 8 ist im hier dargestellten Beispiel die Ringbrennkammer einer Gasturbine, wobei die in der Figur 1 der Brennkammer rechts nachgeordneten Turbinenabschnitte nicht dargestellt sind.In Figure 1, a furnace equipped according to the invention is in the Section shown. It is a swirl burner, the one premixed fuel gas / air mixture 1 supplied via a burner tube 2 becomes. This burner tube 2 ends at a swirl cabinet 3, the is rotationally symmetrical and inclined guide vanes on its outer circumference 4 has. These vanes have a slope of about 30 °, whereby the outflowing fuel gas / air mixture Distraction and thus a swirl. Furthermore, there is something radial further inside than the guide vanes 4 distributed over the circumference several holes drilled through the swirl cabinet 3 5 attached, through which a partial flow of the fuel gas / air mixture can flow through and thus through pilot flame formation Flame stabilization contributes. On the outside 6 of the swirl cupboard 3 becomes the fuel gas / air mixture emerging from the burner ignites and forms a flame 7, which in a combustion chamber 8 occurs. This combustion chamber 8 is in the example shown here the annular combustion chamber of a gas turbine, the in FIG Combustion chamber downstream turbine sections not shown are.

Die Flamme 7 wird gebildet durch die äußeren Bereiche der reagierenden Schichten der Brenngas/Luftströmung, die mit einer intensiven Flammenfarbe die für einen Beobachter zu erkennende Flammenkontur erzeugen. Diese durch eine abreagierende Brennstoff-Luftmischung gebildete Flamme wird von einem Mantel aus Gas umströmt. Dieser Mantel wird durch eine Gasströmung 9 bewirkt, die durch einen Ringkanal 10 parallel zum Brennerrohr 2 durch den Brenner hindurchgeführt wird und an Gasaustrittsöffnungen 11 aus dem Brenner austritt. Von diesen Gasaustrittsöffnungen ist eine Vielzahl über den Umfang des Brenners verteilt. Diese Vielzahl an Öffnungen ist eng um das Drallgeschränk 3 des Brenners herum angeordnet, so daß sich aus den sich entsprechend der Anzahl der Gasaustrittsöffnungen 11 ergebenden mehreren Gasströmungen 9 eine die Flamme vollständig umgebende Mantelströmung bildet.The flame 7 is formed by the outer areas of the reacting Layers of fuel gas / air flow with an intense Flame color is the flame contour that can be recognized by an observer produce. This through a reacting fuel-air mixture A flame made of gas flows around the flame. This jacket is caused by a gas flow 9 through a Ring channel 10 passed parallel to the burner tube 2 through the burner is and exits the burner at gas outlet openings 11. A large number of these gas outlet openings is above the Circumference of the burner distributed. This multitude of openings is tight around the swirl cabinet 3 of the burner arranged around so that from the 11 corresponding to the number of gas outlet openings resulting multiple gas flows 9 complete the flame surrounding jacket flow forms.

Damit die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Gasaustrittsöffnungen 11 austretenden Gasmantelströmungen vor ihrem Austreten aus dem Ringkanal 10 auf den gewünschten Wert beschleunigt wird, sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in den Gasaustrittsöffnungen 11 Viertelkreisdüsen 12 eingebaut, die eine starke Beschleunigung insbesondere der Außenbereiche der Gasmantelströmung in Axialrichtung (das heißt parallel zur Achse 13 des Brenners) bewirken.So that the flow rate from the gas outlet openings 11 escaping gas jacket flows before they emerge the ring channel 10 is accelerated to the desired value in the embodiment shown here in the gas outlet openings 11 quarter-circle nozzles 12 built in, the strong acceleration especially the outer areas of the gas jacket flow in the axial direction (i.e. parallel to the axis 13 of the burner) cause.

Die Strömungsgeschwindigkeit der aus den Gasaustrittsöffnungen 11 austretenden Gasmantelströmung ist aufgrund der Viertelkreisdüsen 12 soweit beschleunigt, daß die Geschwindigkeit in Richtung der Achse 13 erheblich höher ist als die der Außenbereiche der Flamme 7 des verbrennenden Brenngas/Luftgemisches hinter dem Drallgeschränk 3. Dadurch erfolgt im Bereich zwischen dem in einer Flamme verbrennenden Brenngas/Luftgemisch und der diese eng umschließenden Gasmantelströmung eine Grenzschichtbeschleunigung des teilweise verbrennenden, teilweise noch nicht gezündeten Brenngas/Luftgemisches. So wird wirksam verhindert, daß es in dem Randbereich der Flamme zur Ausbildung periodischer, kohärenter Ringwirbelstrukturen kommt, die durch eine schnelle Abreaktion des in ihnen enthaltenen Brennstoffes durch phasenrichtige Energiezufuhr Flammen-/Druckschwingungen anregen und verstärken können.The flow rate from the gas outlet openings 11 escaping gas jacket flow is due to the quarter circle nozzles 12 accelerated so far that the speed in the direction of the axis 13 is considerably higher than that of the outer areas of the flame 7 of the burning fuel gas / air mixture behind the swirl cabinet 3. This takes place in the area between the one burning in a flame Fuel gas / air mixture and the closely surrounding one Gas jacket flow partially accelerates the boundary layer burning, partially not yet ignited fuel gas / air mixture. This effectively prevents it in the edge area of the Flame for the formation of periodic, coherent ring vortex structures that comes through a quick reaction of the contained in them Flame / pressure vibrations due to in-phase energy supply can stimulate and reinforce.

Üblicherweise wird die Gasmantelströmung kontinuierlich aus den Gasaustrittsöffnungen 11 austreten. Da andererseits aber die Ringwirbelstrukturen sich periodisch bilden, besteht auch die Möglichkeit, den Luftstrom entsprechend periodisch zu betreiben, das heißt in diskontinuierlicher Weise. Damit ist einerseits zwar eine Ersparnis an Luftmassenstrom zu erreichen, andererseits ist aber ein erheblich höherer Regelungsaufwand nötig. Insbesondere sind die hierfür vorzusehenden Regelungsvorrichtungen wie Ventile, Steuerungen etc. mit hohen Kosten verbunden und außerdem haben derartige zusätzliche Geräteteile eine zusätzliche Störungsanfälligkeit der gesamten Anlage zur Folge. Usually, the gas jacket flow is continuously from the Exit gas outlet openings 11. On the other hand, there are the ring vortex structures form periodically, there is also the possibility to operate the air flow periodically, that is, in discontinuous mode Wise. On the one hand, this means savings Air mass flow to reach, on the other hand, is a significantly higher Regulation effort necessary. In particular, the ones to be provided for this Control devices such as valves, controls etc. with associated with high costs and also have such additional Device parts an additional susceptibility to failure of the entire system result.

Bei der dargestellten Feuerung ist an die Stirnseite 14 der Brennkammer 8 ein zylindrischer Schirm 15 angeschweißt. Dieser Schirm hat einen radialen Abstand zu dem Brenner und umfängt auch die Gasaustrittsöffnungen 11. So wird außerhalb des Schirms 15 ein Rauchgasrezirkulationsbereich 16 von der Gasströmung 9 getrennt. Damit wird verhindert, daß in diesem Bereich aufgrund der Strömungsverhältnisse im wesentlichen radial nach innen strömende Rauchgase, deren Strömungsweg mit den Pfeillinien 17 angedeutet ist, in die Gasströmung 9 mit eingesaugt werden und diese damit in ihrer Wirkung verschlechtern. Statt dessen kann sich die Gasströmung im Anfangsbereich wie Freistrahlen unbeeinflußt ausdehnen.In the furnace shown, the combustion chamber is at the front side 14 8 a cylindrical screen 15 welded. That umbrella has a radial distance to the burner and also encompasses the Gas outlet openings 11. So outside of the screen 15 Flue gas recirculation area 16 separated from the gas flow 9. This prevents that in this area due to the flow conditions essentially radially inward flowing Flue gases, the flow path of which is indicated by the arrow lines 17 is also sucked into the gas flow 9 and thus in deteriorate their effect. Instead, the gas flow can In the initial area, expand unaffected like free jets.

Dies ist insbesondere auch von Vorteil bei einer Feuerung mit mehreren Brennern, wie sie in der Figur 2 dargestellt ist. Figur 2 ist ein Schnitt durch eine ringförmige Brennkammer 8 einer Gasturbine, in der über den Umfang verteilt acht Brenner verteilt sind. In der Aufsicht auf diese Brenner erkennt man jeweils das Drallgeschränk 3 und die ringförmig angeordneten Gasaustrittsöffnungen 11, die an dem Brenner eine Gasmantelströmung erzeugen. Um diese Gasmantelströmung von der Beeinflussung durch benachbarte Brenner bzw. durch diese bewirkte Rauchgasrezirkulationen abzuschirmen, ist jeder Brenner mit einem entsprechenden Schirm 15 umgeben.This is particularly advantageous in the case of firing with several Burners, as shown in Figure 2. Figure 2 is a Section through an annular combustion chamber 8 of a gas turbine, in of which eight burners are distributed over the circumference. In supervision on these burners you can see the swirl cabinet 3 and the ring-shaped gas outlet openings 11, which on the burner generate a gas jacket flow. Around this gas jacket flow of the influence of neighboring burners or through them To shield flue gas recirculation caused by each burner surrounded by a corresponding screen 15.

Bei einem zylindrischen Schirm, wie er in Figur 1 dargestellt ist, ist dabei der radiale Abstand zwischen dem Schirm 15 und der Gasaustrittsöffnung 11 so gewählt, daß die Gasmantelströmung 9, die sich ab ihrem Austreten aus den Gasaustrittsöffnungen 11 wie Freistrahlen aufweitet, erst in der Nähe der Oberkante 18 des Schirms 15 an dessen Innenseite anlegt. So kann zum einen verhindert werden, daß die Gasströmung sich zu früh an den Schirm 15 anlegt und durch die Reibung mit der durch den Schirm 15 gebildeten Wand in unbeabsichtigter Weise abgebremst wird. Zum anderen wird so gewährleistet, daß zwischen Gasmantelströmung und Oberkante 18 des Schirmes 15 kein Spalt entsteht, durch den Rauchgase zu den Austrittsbereichen der Gasmantelströmung fließen können, die dort ungewünscht eingemischt würden.With a cylindrical screen, as shown in Figure 1, is the radial distance between the screen 15 and the gas outlet opening 11 chosen so that the gas jacket flow 9, which their exit from the gas outlet openings 11 like free jets expands, only in the vicinity of the upper edge 18 of the screen 15 at its Inside. On the one hand, this can prevent the Gas flow is too early on the screen 15 and due to the friction with the wall formed by the screen 15 in unintentional Way is slowed down. On the other hand, it ensures that between the gas jacket flow and the upper edge 18 of the screen 15 Gap arises through the flue gases to the exit areas of the Gas jacket flow can flow, which is mixed in there undesired would.

Der unter diesen Aspekten zu wählende Abstand ist bei einem bekannten, von Gasdichte und Gastemperatur abhängigen Öffnungswinkel der Gasmantelströmung in Abhängigkeit von der Erstreckung des Schirms parallel zur Flammenausbreitungsrichtung durch einfache trigonometrische Beziehungen zu bestimmen. Der guten Ordnung halber sei noch erwähnt, daß im hier beschriebenen Beispiel die Flammenausbreitungsrichtung mit der Achse des Brenners 13 zusammenfällt.The distance to be selected from these aspects is in a known, opening angle dependent on gas density and gas temperature the gas jacket flow as a function of the extension of the screen parallel to the flame propagation direction by simple to determine trigonometric relationships. For the sake of good order it should be mentioned that in the example described here the direction of flame propagation coincides with the axis of the burner 13.

Anstelle eines zylindrischen Schirms wie in der Figur 1 dargestellt, kann auch ein konischer Schirm 19 verwandt werden, dessen Öffnungswinkel dann in etwa dem Öffnungswinkel der aus den Gasaustrittsöffnungen 11 austretenden Gasmantelströmung 9 entsprechen soll.Instead of a cylindrical screen as shown in Figure 1, can also be used a conical screen 19, the opening angle then roughly the opening angle from the gas outlet openings 11 emerging gas jacket flow 9 correspond should.

In der Figur 4 ist des weiteren noch eine Ausführungsform dargestellt, bei der der Brenner innerhalb des zylindrischen Schirmes in Flammenausbreitungsrichtung vorverlegt ist. Der hier erzielte Effekt ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß die Rezirkulation des Rauchgases mit einer radial auf den Brenner zu gerichteten Strömungskomponente in dem Rauchgasrezirkulationsbereich 16 erfolgt und so in der Ebene, in der im in der Figur 4 dargestellten Beispiel die Gasaustrittsöffnungen 11 liegen, die Rauchgasrezirkulation keine merkliche radiale Strömungskomponente mehr aufweist sondern sich im wesentlichen durch ihre axiale Strömung auszeichnet.FIG. 4 also shows an embodiment, in which the burner within the cylindrical screen in the direction of flame propagation is brought forward. The effect achieved here is in essentially due to the fact that the recirculation of the Flue gas with a flow component directed radially towards the burner takes place in the flue gas recirculation area 16 and so in the plane in which in the example shown in FIG Gas outlet openings 11 are, the flue gas recirculation none noticeable radial flow component has more but essentially characterized by their axial flow.

In der Figur 5 ist hierzu eine weitere Alternative dargestellt: Hier ist ein doppelwandiger Schirm 20 vorgesehen, der von dem Gas für die Gasmantelströmung durchströmt wird und an der Oberkante entsprechende Gasaustrittsöffnungen 21 vorgesehen hat, aus denen dann die Gasmantelströmung 22 austritt. Another alternative to this is shown in FIG. 5: Here is a double-walled screen 20 is provided by the gas for the Gas jacket flow is flowed through and corresponding at the upper edge Has provided gas outlet openings 21, from which then the gas jacket flow 22 emerges.

Auch hier ist in dem Bereich, in dem die Gasmantelströmung 22 aus den Gasaustrittsöffnungen 21 austritt, die Rezirkulation der Rauchgase ohne wesentliche radiale Strömungskomponente und die Gasmantelströmung 22 kann die Ringwirbel verhindern, ohne hier durch radial einströmende Rauchgase behindert zu werden. Hierbei wird unterstellt, daß die Bereiche, an denen sich periodisch Ringwirbel an den Außenbereichen der Flamme wie oben beschrieben bilden, stromabwärts der Gausaustrittsöffnungen 21 liegen.Here, too, is in the area in which the gas jacket flow 22 is off exits the gas outlet openings 21, the recirculation of the flue gases without essential radial flow component and the gas jacket flow 22 can prevent the ring vortex without going through here radially incoming smoke gases to be hindered. Here it is assumed that the areas in which ring vortices periodically attach to the Form the outer areas of the flame as described above, downstream of the gau outlet openings 21.

In dem in der Figur 5 dargestellten Beispiel hat dabei das durch den doppelwandigen Schirm strömende Gas noch eine Kühlfunktion für den Schirm.In the example shown in FIG. 5, this has the through double walled shield flowing gas still a cooling function for the umbrella.

Im übrigen sind die Schirme jeweils aus hochtemperaturbeständigem Stahl oder aber aus einem entsprechenden Keramikwerkstoff.Otherwise, the screens are each made of high temperature resistant Steel or from a corresponding ceramic material.

Zusammenfassend kann somit festgestellt werden, daß durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Schirmes eine Beeinflussung der Gasmantelströmung durch eine Rauchgaszirkulation eingeschränkt werden kann und daher auch mit geringeren Gasmengenströmen bzw. Gasimpulsströmen eine ausreichende Verhinderung von Ringwirbelstrukturen erreichbar ist. Insbesondere bei Gasturbinen auch mit Ringbrennkammern kann damit mit der Erfindung ein problemloserer Betrieb erreicht werden.In summary, it can thus be stated that the inventive Use of an umbrella influencing the Gas jacket flow restricted by a flue gas circulation can be and therefore also with lower gas flows or Gas pulse currents adequately prevent ring vortex structures is achievable. Especially with gas turbines too Annular combustion chambers can thus be more problem-free with the invention Operation can be achieved.

Claims (11)

Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen bei einer Feuerung mit wenigstens einem Brenner zur Erzeugung einer Flamme (7) und einem Brennraum (8), in den die Flamme (7) gerichtet ist, wobei die Feuerung mindestens eine Gasaustrittsöffnung (11, 21) aufweist, aus der Gas (9) ausströmt, das die Flamme (7) mantelförmig umschließt und eine höhere Strömungsgeschwindigkeit in Flammenausbreitungsrichtung (13) aufweist als die Außenbereiche der Flamme,
dadurch gekennzeichnet, daß ein die Gasaustrittsöffnung (9, 21) umfangender, mit radialem Abstand um den Brenneraustritt verlaufender Schirm (15, 19, 20) vorgesehen ist, durch den ein mit dem Brennraum (8) in Verbindung stehender Rauchgasrezirkulationsbereich (16) von dem genannten Gas (9) getrennt ist.
Device for suppressing flame / pressure vibrations in a furnace with at least one burner for generating a flame (7) and a combustion chamber (8) into which the flame (7) is directed, the furnace having at least one gas outlet opening (11, 21) , from which gas (9) flows, which surrounds the flame (7) in the form of a jacket and has a higher flow velocity in the flame propagation direction (13) than the outer regions of the flame,
characterized, that a screen (15, 19, 20) which surrounds the gas outlet opening (9, 21) and extends at a radial distance around the burner outlet is provided, through which a flue gas recirculation area (16) connected to the combustion chamber (8) from said gas ( 9) is separated.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (15, 19) einschalig ist.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen (15, 19) is single-shell.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (20) zweischalig und von dem Gas (22) durchströmt ist.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen (20) has two shells and the gas (22) flows through it.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (15, 19, 20) sich im wesentlichen parallel zur Flammenausbreitungsrichtung (13) erstreckt.
Device according to claim 1,
characterized in that the screen (15, 19, 20) extends essentially parallel to the flame propagation direction (13).
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (15, 20) zylindrisch und konzentrisch mit dem Brenner ist.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen (15, 20) is cylindrical and concentric with the burner.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (19) eine konische Form aufweist.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen (19) has a conical shape.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberkante (18) des Schirmes (15) einen radialen Abstand zur Gasaustrittsöffnung (11) aufweist und daß sich die Gasmantelströmung (9) erst am Ende des Schirmes an dessen Innenseite anlegt.
Device according to claim 1,
characterized, that the upper edge (18) of the screen (15) is at a radial distance from the gas outlet opening (11) and that the gas jacket flow (9) only touches the inside of the screen at the end of the screen.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus hochtemperaturbeständigem Stahl besteht.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen is made of high temperature resistant steel.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm aus Keramikwerkstoff besteht.
Device according to claim 1,
characterized, that the screen is made of ceramic material.
Gasturbine mit einer Vorrichtung zur Unterdrückung von Flammen-/Druckschwingungen gemäß Anspruch 1,
wobei die Feuerung mehrere Brenner aufweist.
Gas turbine with a device for suppressing flame / pressure vibrations according to claim 1,
the furnace has several burners.
Gasturbine gemäß Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraum (8), in den die Flamme (7) gerichtet ist, eine Ringbrennkammer ist.
Gas turbine according to claim 10,
characterized, that the combustion chamber (8) into which the flame (7) is directed is an annular combustion chamber.
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