EP0981019A1 - Method and burner for combustion of liquid fuels - Google Patents

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EP0981019A1
EP0981019A1 EP98810815A EP98810815A EP0981019A1 EP 0981019 A1 EP0981019 A1 EP 0981019A1 EP 98810815 A EP98810815 A EP 98810815A EP 98810815 A EP98810815 A EP 98810815A EP 0981019 A1 EP0981019 A1 EP 0981019A1
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EP
European Patent Office
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fuel
air inlet
burner
combustion
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98810815A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jakob Prof. Dr. Keller
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
ABB AB
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Filing date
Publication date
Application filed by ABB Asea Brown Boveri Ltd, Asea Brown Boveri AB filed Critical ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority to EP98810815A priority Critical patent/EP0981019A1/en
Publication of EP0981019A1 publication Critical patent/EP0981019A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • 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
    • F23D11/38—Nozzles; Cleaning devices therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/02—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape
    • B05B1/04—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to produce a jet, spray, or other discharge of particular shape or nature, e.g. in single drops, or having an outlet of particular shape in flat form, e.g. fan-like, sheet-like
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for the combustion of liquid Fuels in a burner according to the preamble of claim 1. It concerns also a burner for applying the method.
  • a burner of the type mentioned above goes for example from the EP 0321 809 B1 and is used with great success for firing gas turbine systems used.
  • This type of burner is considered a successful type of burner output, those for firing with highly reactive, gaseous and liquid fuels designed with a high calorific value of around 35 to 50 MJ / kg are.
  • Hirbei is using the liquid fuel inside the combustion chamber a nozzle arrangement in the center of the cone cavity in the form of a introduced conical fuel sprays.
  • the conical Fuel spray is from a tangent flowing into the cone cavity rotating combustion air flow enclosed and thereby stabilized. Only in Area of the vortex runout, i.e.
  • the inner and outer shape of the Brenners can be seen as the end product of an extensive optimization process in which the burner from the point of view of combustion liquid fuel with a high calorific value has been optimized.
  • the existing technology for high calorific gaseous fuels leads to very low nitrogen oxide emissions dry "operation, ie without additional injection of water or steam, while the existing injection method for liquid fuel is designed for robust operation in a wide range of loads, water being introduced together with the liquid fuel so that the NOx emissions are sufficient in all operating conditions can be kept low.
  • the invention as characterized in the claims, is the object based on a method and a burner of the type mentioned the injection technology of an existing burner for liquid fuels expand that very low NOx emissions even without additional Injection of water or steam can be achieved.
  • the burner should not be used to meet the above objectives Basic structure to be changed because the burner for the combustion of high calorific Fuels is optimized. Deviations from the optimized torch shape would immediately lead to deterioration in the combustion of high calorific Lead fuels.
  • the invention is based on the idea of burning liquid fuels in a burner which has at least two half, hollow partial cone bodies which enclose a conical cavity and whose axes of longitudinal symmetry are offset with respect to one another, as a result of which at least two tangential air inlet slots for a combustion supply air flow, together with the Combustion supply air flow to introduce a spray of a fuel / air mixture fanned out in the form of a surface into the air inlet slots.
  • the flat fuel / air mixture flow is to be aligned centrally to the air inlet slots, so that the fuel atomized into the smallest droplets does not reach the inner wall of the partial cone body enclosing the air inlet slots.
  • an injection device For the injection and generation of a flat spray is in front of the respective Air inlet slots attached an injection device, at least has one, preferably two or three fan jet nozzles.
  • the as Taylor injectors trained fan jet nozzles are typically used for atomizing fuel operated with a fuel pressure of approx. 100 bar, whereby Fuel droplets with a diameter between about 1 and 100 microns, preferably 10 to 30 ⁇ m arise.
  • the droplet size of the atomized fuel droplets therefore plays an important role Role because the fuel droplets introduced into the air inlet slots not immediately upon entering the burner structure due to the prevailing high temperatures should be ignited, but rather on the way between the air inlet slots and the area inside the burner, in which the ignition area is provided, with which combustion air is mixed and should also evaporate before the fuel / air mixture reached the reaction zone.
  • the droplet size is that in the air inlet slots droplets of fuel to be injected according to the distance select that is specified by the burner geometry. By appropriate adjustment the droplet size can thus reduce the risk of reignition in the range of Fuel injection can be avoided.
  • fan jet nozzles in the form of Taylor injectors, which have a suitable inner contour in the nozzle outlet area, whereby a flat fuel jet is created.
  • a flat jet of liquid thereby generated by two liquid jets at an angle to each other meet, whereby a flattened, preferably spreading in a plane Liquid jet results.
  • Special embodiments of such, so-called Flat fan nozzles are described with reference to the following Drawings described in more detail.
  • FIG. 1 shows a burner in a side view, which consists essentially of two half, hollow partial cone body 1, 2 is composed, each two Limit air inlet slots, one of which is an air inlet slot 3 in Figure 1 see is.
  • An injection device 4 is provided in front of the air inlet slot, the removable via a connecting web 5 with a base plate 6 of the Brenner is connected.
  • the injection device 4 shown in FIG. 1 is over a ring-shaped frame 7 with the rear, not in detail injection device 8 connected.
  • Each injection device extends over the entire length of the Air inlet slot 3 and provides flat jet nozzles 9.
  • the flat jet nozzles 9 atomize the fuel supplied by the injection device 4 in each case in the form of a flat spray 10 or a fan-shaped spreading Fuel / air mixture such that the fuel / air mixture in the middle of the Air inlet slot 4 opens.
  • the fuel jets emerging from the two flat jet nozzles 9 are of this type oriented to each other that they the entire before entering the air inlet slot 3 Length of the slot with a coherent fuel / air mixture cover, making the burner even and homogeneous in distribution is supplied with a fuel / air mixture.
  • the injection device 4 is designed as a single flat jet nozzle, which is attached to the side of the air inlet slot 3.
  • flat jet nozzle 9 directs its output jet obliquely grazing over the entire extent of the air inlet slot 3, so that also in this Case is ensured that the entire area of the air inlet slot with the fuel / air mixture is supplied.
  • this is particularly important to bear that the fuel / air mixture injected into the air inlet slot 3 does not directly reach the inner wall of the partial cone body.
  • FIG. 3a A particularly suitable flat jet nozzle in the form of a Taylor injector is shown in Figures 3a to 3c shown.
  • Figures 3a and b show cross sections through a flat jet nozzle in two perpendicular cross-sectional planes.
  • the cross section through the nozzle 9 is in the direction of the nozzle outlet opening 11 tapering tapered inner contour 12.
  • the same nozzle 9 points in a second cross-sectional plane, which is perpendicular is to the cross-sectional plane shown in Figure 3a, one in the direction of Cross-sectional contour that widens in a conical shape.
  • FIG 4 is a flat jet nozzle 9 in front of the air inlet slot 3 of a burner shown.
  • the air inlet slot 3 is limited by the walls of the partial cone body 1 and 2.
  • the flat spray nozzle 9 on both sides above and below the fan-shaped fuel / air mixture each have a protective cover 13.

Abstract

At least two tangential air entry slots (3) are provided for a combustion input air current. In front of the air entry slots is a nozzle arrangement (4) for liquid fuel which atomizes the fuel in a surface-type fuel/air mixture (10), so that the fuel with the combustion air issues centrally in the air entry slots. The nozzle arrangement comprises preferably two or three Taylor injectors (9).

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in einem Brenner gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch einen Brenner zur Anwendung des Verfahrens.The present invention relates to a method for the combustion of liquid Fuels in a burner according to the preamble of claim 1. It concerns also a burner for applying the method.

Stand der TechnikState of the art

Ein Brenner der vorstehend genannten Gattung geht beispielsweise aus der EP 0321 809 B1 hervor und wird mit großem Erfolg zur Befeuerung von Gasturbinenanlagen eingesetzt. Diese Brennerart gilt als erfolgreicher Ausgangstyp von Brennern, die zur Befeuerung mit hochreaktiven, gasförmigen und flüssigen Brennstoffen mit einem hohen Heizwert von etwa 35 bis 50 MJ/kg ausgelegt worden sind. Hirbei wird der flüssige Brennstoff in das Innere der Brennkammer mittels einer mittig zum Kegelhohlraum angebrachten Düsenanordnung in Form eines sich kegelförmig ausbildenden Brennstoffsprays eingebracht. Das kegelförmige Brennstoffspray wird von einem tangential in den Kegelhohlraum einströmenden rotierenden Verbrennungsluftstrom umschlossen und dadurch stabilisiert. Erst im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der sogenannten Rückströmzone, wird die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Querschnitt erreicht, so daß in diesem Bereich die Zündung des Brennstoffgemisches erfolgt. Gasförmiger Brennstoff wird aus zwei den Lufteintrittsschlitzen des Brenners entlang verlaufenden Gaszufuhrrohren durch Bohrungsreihen quer zur Lufteintrittsströmung eingedüst.A burner of the type mentioned above goes for example from the EP 0321 809 B1 and is used with great success for firing gas turbine systems used. This type of burner is considered a successful type of burner output, those for firing with highly reactive, gaseous and liquid fuels designed with a high calorific value of around 35 to 50 MJ / kg are. Hirbei is using the liquid fuel inside the combustion chamber a nozzle arrangement in the center of the cone cavity in the form of a introduced conical fuel sprays. The conical Fuel spray is from a tangent flowing into the cone cavity rotating combustion air flow enclosed and thereby stabilized. Only in Area of the vortex runout, i.e. in the area of the so-called backflow zone the optimal, homogeneous fuel concentration is achieved across the cross-section, so that the ignition of the fuel mixture takes place in this area. Gaseous fuel is created from two along the burner's air inlet slots running gas supply pipes through rows of holes transverse to the air inlet flow injected.

Die durch die Doppelkegelstruktur vorgegebene innere und äußere Form des Brenners kann als Endprodukt eines umfangreichen Optimierungsprozesses angesehen werden, bei dem der Brenner unter dem Gesichtspunkt der Verbrennung flüssiger Brennstoffes mit hohem Heizwert optimiert worden ist.The inner and outer shape of the Brenners can be seen as the end product of an extensive optimization process in which the burner from the point of view of combustion liquid fuel with a high calorific value has been optimized.

Die bestehende Technik für hochkalorische gasförmige Brennstoffe führt zu sehr niedrigen Stickoxid-Emissionen bei

Figure 00020001
trockenem" Betrieb, d.h. ohne zusätzliche Einspritzung von Wasser oder Dampf, während die bestehende Eindüsungsmethode für flüssigen Brennstoff auf robusten Betrieb in einem breiten Lastspektrum ausgelegt ist, wobei zusammen mit dem flüssigen Brennstoff auch Wasser eingebracht wird, damit die NOx-Emissionen bei allen Betriebsbedingungen ausreichend niedrig gehalten werden können.The existing technology for high calorific gaseous fuels leads to very low nitrogen oxide emissions
Figure 00020001
dry "operation, ie without additional injection of water or steam, while the existing injection method for liquid fuel is designed for robust operation in a wide range of loads, water being introduced together with the liquid fuel so that the NOx emissions are sufficient in all operating conditions can be kept low.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren sowie einem Brenner der eingangs genannten Art die Eindüsungstechnik eines bestehenden Brenners für flüssige Brennstoffe dahingehend zu erweitern, dass sehr niedrige Nox-Emissionen auch ohne zusätzliche Eindüsung von Wasser oder Dampf erreicht werden können.The invention, as characterized in the claims, is the object based on a method and a burner of the type mentioned the injection technology of an existing burner for liquid fuels expand that very low NOx emissions even without additional Injection of water or steam can be achieved.

Die Zielsetzungen der Erfindung sind also:

  • a) Deutliche Reduzierung von, die Umwelt belastenden Emissionswerte, insbesondere Herabsetzung der NOx- und CO-Emissionswerte,
  • b) Verminderung bzw. Beseitigung der Flammenrückschlaggefahr in den Brenner,
  • c) Steigerung des Energiegewinns durch vollständige Verbrennung der Brennstoffe, sowie
  • e) Steigerung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage durch unverdünntes, d.h möglichst wasserfreies Eindüsen flüssiger Brennstoffe in den Brenner.
    • The objectives of the invention are therefore:
  • a) Significant reduction in emissions that pollute the environment, in particular reducing NO x and CO emissions,
  • b) reducing or eliminating the risk of flashback in the burner,
  • c) increasing the energy gain through complete combustion of the fuels, as well
  • e) Increasing the efficiency of a gas turbine system by undiluted, ie water-free injection of liquid fuels into the burner.

    • Insbesondere soll der Brenner zur Erfüllung der obenstehenden Ziele nicht in seiner Grundstruktur verändert werden, da der Brenner für die Verbrennung hochkalorischer Brennstoffe optimiert ist. Abweichungen von der optimierten Brennerform würden unmittelbar zu Verschlechterungen bei der Verbrennung hochkalorischer Brennstoffe führen.In particular, the burner should not be used to meet the above objectives Basic structure to be changed because the burner for the combustion of high calorific Fuels is optimized. Deviations from the optimized torch shape would immediately lead to deterioration in the combustion of high calorific Lead fuels.

    Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben, in dem ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben ist. Ein nach dem Verfahren arbeitender erfindungsgemäßer Brenner ist Gegenstand des Anspruchs 3. Ebenso ist ein verallgemeinerter Brenner, der erfindungsgemäß ausgebildet ist, Gegenstand des Anspruchs 13. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.The solution to the problem on which the invention is based is specified in claim 1, in which a method according to the invention is described. One after the Process according to the invention burner is the subject of the claim 3. Likewise, a generalized burner, which is designed according to the invention, Subject of claim 13. Advantageously further developing the inventive concept Features are the subject of the subclaims.

    Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in einen Brenner, der wenigstens zwei halbe, hohle Teilkegelkörper aufweist, die einen kegelförmigen Hohlraum einschließen und deren Längssymmetrieachsen zueinander versetzt verlaufen, wodurch mindestens zwei tangentiale Lufteintrittsschlitze für einen Verbrennungszuluftstrom entstehen, zusammen mit dem Verbrennungszuluftstrom einen flächenartig aufgefächerten Sprühnebel eines Brennstoff-/Luft-Gemisches in die Lufteintrittsschlitze einzubringen.
    Die ebene Brennstoff-/Luft-Gemisch-Strömung ist mittig jeweils zu den Lufteintrittsschlitzen auszurichten, so daß der in kleinste Tröpfchen zerstäubte Brennstoff nicht an die Innenwandung der die Lufteintrittsschlitze einschließenden Teilkegelkörper gelangt.     The invention is based on the idea of burning liquid fuels in a burner which has at least two half, hollow partial cone bodies which enclose a conical cavity and whose axes of longitudinal symmetry are offset with respect to one another, as a result of which at least two tangential air inlet slots for a combustion supply air flow, together with the Combustion supply air flow to introduce a spray of a fuel / air mixture fanned out in the form of a surface into the air inlet slots.
    The flat fuel / air mixture flow is to be aligned centrally to the air inlet slots, so that the fuel atomized into the smallest droplets does not reach the inner wall of the partial cone body enclosing the air inlet slots.

    Zur Eindüsung und Erzeugung eines flächenartigen Sprühnebels ist vor den jeweiligen Lufteintrittsschlitzen eine Eindüsungsvorrichtung angebracht, die wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder drei Fächerstrahldüsen aufweist. Die als Taylor-Injektoren ausgebildeten Fächerstrahldüsen werden typischerweise zur Brennstoffzerstäubung mit einem Brennstoffdruck von ca. 100 bar betrieben, wodurch Brennstofftröpfchen mit einem Durchmesser zwischen etwa 1 und 100 µm, vorzugsweise 10 bis 30 µm entstehen.For the injection and generation of a flat spray is in front of the respective Air inlet slots attached an injection device, at least has one, preferably two or three fan jet nozzles. The as Taylor injectors trained fan jet nozzles are typically used for atomizing fuel operated with a fuel pressure of approx. 100 bar, whereby Fuel droplets with a diameter between about 1 and 100 microns, preferably 10 to 30 µm arise.

    Die Tröpfchengröße der zerstäubten Brennstofftröpfchen spielt insofern eine wichtige Rolle, da die in die Lufteintrittsschlitze eingebrachten Brennstofftröpfchen nicht unmittelbar bei Eintritt in die Brennerstruktur aufgrund der vorherrschenden, hohen Temperaturen entzündet werden sollen, sondern vielmehr auf dem Weg zwischen den Lufteintrittsschlitzen und dem Bereich innerhalb des Brenners, in dem der Zündbereich vorgesehen ist, mit der Verbrennungszuluft vermischt werden und darüber hinaus verdampfen sollen, bevor das Brennstoff/Luft-Gemisch die Reaktionszone erreicht. Insofern ist die Tröpfchengröße der in die Lufteintrittsschlitze einzudüsenden Brennstofftröpfchen nach Maßgabe der Wegstrecke zu wählen, die durch die Brennergeometrie vorgegeben ist. Durch geeignetes Einstellen der Tröpfchengröße kann somit die Rückzündgefahr in den Bereich der Brennstoffeindüsung vermieden werden.The droplet size of the atomized fuel droplets therefore plays an important role Role because the fuel droplets introduced into the air inlet slots not immediately upon entering the burner structure due to the prevailing high temperatures should be ignited, but rather on the way between the air inlet slots and the area inside the burner, in which the ignition area is provided, with which combustion air is mixed and should also evaporate before the fuel / air mixture reached the reaction zone. In this respect, the droplet size is that in the air inlet slots droplets of fuel to be injected according to the distance select that is specified by the burner geometry. By appropriate adjustment the droplet size can thus reduce the risk of reignition in the range of Fuel injection can be avoided.

    Zur Eindüsung des Brennstoffes in die Lufteinrittsschlitze eignen sich als Eindüsungsvorrichtung besonders Fächerstrahldüsen in Form von Taylor-Injektoren, die eine im Düsenauslaßbereich geeignete Innenkontur aufweisen, wodurch ein ebener Brennstoffstrahl entsteht. Grundsätzlich kann ein ebener Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt werden, indem zwei Flüssigkeitsstrahlen unter einem Winkel aufeinander treffen, wodurch sich ein abgeflachter, vorzugsweise in einer Ebene ausbreitender Flüssigkeitsstrahl ergibt. Besondere Ausführungsformen derartiger, sogenannter Flachstrahldüsen werden unter Bezugnahme auf die nachstehenden Zeichnungen näher beschrieben. To inject the fuel into the air inlet slots are suitable as an injection device especially fan jet nozzles in the form of Taylor injectors, which have a suitable inner contour in the nozzle outlet area, whereby a flat fuel jet is created. Basically, a flat jet of liquid thereby generated by two liquid jets at an angle to each other meet, whereby a flattened, preferably spreading in a plane Liquid jet results. Special embodiments of such, so-called Flat fan nozzles are described with reference to the following Drawings described in more detail.

    Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

    Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

    Fig. 1
    Seitendarstellung eines Brenners mit längs zum Lufteintrittsschlitz angebrachter Eindüsungsvorrichtung,
    Fig. 2a,b,c
    Eindüsungsvarianten des zweidimensionalen Brennstoff-/Luft-Gemisches in einen Lufteintrittsschlitz,
    Fig. 3a,b,c
    schematische Darstellung einer Flachstrahldüse, sowie
    Fig. 4
    Querschnittsdarstellung durch eine vor einem Lufteintrittsschlitz angebrachte Flachstrahldüse mit Schutzblende.
    The invention is described below by way of example without limitation of the general inventive concept using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Show it:
    Fig. 1
    Side view of a burner with an injection device arranged lengthways to the air inlet slot,
    2a, b, c
    Injection variants of the two-dimensional fuel / air mixture into an air inlet slot,
    3a, b, c
    schematic representation of a flat jet nozzle, and
    Fig. 4
    Cross-sectional representation through a flat jet nozzle with a protective screen attached in front of an air inlet slot.

    Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWAYS OF CARRYING OUT THE INVENTION, INDUSTRIAL APPLICABILITY

    Figur 1 zeigt einen Brenner in Seitensichtdarstellung, der im wesentlichen aus zwei halben, hohlen Teilkegelkörper 1, 2 zusammengesetzt ist, die jeweils zwei Lufteintrittsschlitze begrenzen, von denen ein Lufteintrittsschlitz 3 in Figur 1 zu sehen ist. Ein solcher Brenner ist aus EP-0 321 809 B1 bekanntgeworden, wobei diese Druckschrift einen integrierenden Bestandteil vorliegender Beschreibung bildet. Vor dem Lufteintrittsschlitz ist eine Eindüsungsvorrichtung 4 vorgesehen, die über einen Verbindungssteg 5 abnehmbar fest mit einer Basisplatte 6 des Brenners verbunden ist. Die in der Figur 1 dargestellte Eindüsungsvorrichtung 4 ist über einen ringförmig ausgebildeten Rahmen 7 mit der hinteren, nicht im einzelnen dargestellten Eindüsungsvorrichtung 8 verbunden.Figure 1 shows a burner in a side view, which consists essentially of two half, hollow partial cone body 1, 2 is composed, each two Limit air inlet slots, one of which is an air inlet slot 3 in Figure 1 see is. Such a burner has become known from EP-0 321 809 B1, wherein this document is an integral part of the present description forms. An injection device 4 is provided in front of the air inlet slot, the removable via a connecting web 5 with a base plate 6 of the Brenner is connected. The injection device 4 shown in FIG. 1 is over a ring-shaped frame 7 with the rear, not in detail injection device 8 connected.

    Jede Eindüsungsvorrichtung (siehe 4) erstreckt sich über die gesamte Länge des Lufteintrittsschlitzes 3 und sieht Flachstrahldüsen 9 vor. Die Flachstrahldüsen 9 zerstäuben den durch die Eindüsungsvorrichtung 4 zugeführten Brennstoff jeweils in Form eines ebenen Sprühnebels 10 bzw. eines sich fächerförmig ausbreitenden Brennstoff-/Luft-Gemisches derart, daß das Brennstoff-/Luft-Gemisch mittig in den Lufteintrittsschlitz 4 einmündet.Each injection device (see FIG. 4) extends over the entire length of the Air inlet slot 3 and provides flat jet nozzles 9. The flat jet nozzles 9 atomize the fuel supplied by the injection device 4 in each case in the form of a flat spray 10 or a fan-shaped spreading Fuel / air mixture such that the fuel / air mixture in the middle of the Air inlet slot 4 opens.

    Die aus den beiden Flachstrahldüsen 9 austretenden Brennstoffstrahlen sind derart zueinander orientiert, daß sie vor Eintritt in den Lufteintrittsschlitz 3 die gesamte Länge des Schlitzes mit einem zusammenhängenden Brennstoff-/Luft-Gemisch abdecken, wodurch der Brenner gleichmäßig und in homogener Verteilung mit einem Brennstoff-/Luft-Gemisch versorgt wird.The fuel jets emerging from the two flat jet nozzles 9 are of this type oriented to each other that they the entire before entering the air inlet slot 3 Length of the slot with a coherent fuel / air mixture cover, making the burner even and homogeneous in distribution is supplied with a fuel / air mixture.

    In Figur 2a weist die Eindüsungsvorrichtung 4 im Unterschied zur Figur 1 sowie zu Figur 2b drei Flachstrahldüsen 9 auf, deren Austrittsstrahlen 10 zusammen genommen den gesamten Bereich des Lufteintrittsschlitzes 3 mit einem gleichmäßig verteilten Brennstoff-/Luft-Gemisch überdecken.In Figure 2a, the injection device 4, in contrast to Figure 1 and assigns Figure 2b three flat jet nozzles 9, the exit jets 10 taken together the entire area of the air inlet slot 3 with a uniform cover the distributed fuel / air mixture.

    In Figur 2c ist die Eindüsungsvorrichtung 4 als eine einzige Flachstrahldüse ausgebildet, die seitlich am Rande des Lufteintrittsschlitzes 3 angebracht ist. Die in Figur 2c dargestellte Flachstrahldüse 9 richtet ihren Ausgangsstrahl schräg streifend über die gesamte Erstreckung des Lufteintrittsschlitzes 3, so daß auch in diesem Fall dafür gesorgt ist, daß der gesamte Bereich des Lufteintrittsschlitzes mit dem Brennstoff-/Luft-Gemisch versorgt wird.2c, the injection device 4 is designed as a single flat jet nozzle, which is attached to the side of the air inlet slot 3. In the Figure 2c shown flat jet nozzle 9 directs its output jet obliquely grazing over the entire extent of the air inlet slot 3, so that also in this Case is ensured that the entire area of the air inlet slot with the fuel / air mixture is supplied.

    In allen vorstehend gezeigten Ausführungsbeispielen ist insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß das in dem Lufteintrittsschlitz 3 eingedüste Brennstoff-/Luft-Gemisch nicht unmittelbar an die Innenwandung der Teilkegelkörper gelangt.In all of the exemplary embodiments shown above, this is particularly important to bear that the fuel / air mixture injected into the air inlet slot 3 does not directly reach the inner wall of the partial cone body.

    Eine besonders geeignete Flachstrahldüse in Form eines Taylor-Injektors ist in den Figuren 3a bis 3c dargestellt. Die Figuren 3a und b zeigen Querschnitte durch eine Flachstrahldüse in je zwei senkrecht zueinander stehenden Querschnittsebenen. In Figur 3a weist der Querschnitt durch die Düse 9 eine in Richtung der Düsenauslaßöffnung 11 verjüngend kegelförmig verlaufende Innenkontur 12 auf. Hingegen weist die gleiche Düse 9 in einer zweiten Querschnittsebene, die senkrecht zu der in Figur 3a gezeigten Querschnittsebene steht, ein in Richtung der Düsenöffnung kegelförmig erweiternde Querschnittskontur auf.A particularly suitable flat jet nozzle in the form of a Taylor injector is shown in Figures 3a to 3c shown. Figures 3a and b show cross sections through a flat jet nozzle in two perpendicular cross-sectional planes. In FIG. 3a, the cross section through the nozzle 9 is in the direction of the nozzle outlet opening 11 tapering tapered inner contour 12. In contrast, the same nozzle 9 points in a second cross-sectional plane, which is perpendicular is to the cross-sectional plane shown in Figure 3a, one in the direction of Cross-sectional contour that widens in a conical shape.

    In Figur 3c sind in überlagernder Darstellung die einzelnen Querschnitte durch die Düsenöffnung gezeigt. Mit Hilfe derartig strukturierten Flachstrahldüse ist es möglich, ein zweidimensionales Flüssigkeits-/Luft-Gemisch zu erzeugen. Die Einstellung der sich durch die Zerstäubung der Düse der Flüssigkeit einstellenden Tröpfchengröße kann durch die Querschnittsgeometrie sowie durch den Vordruck, mit der die Flüssigkeit im Inneren durch die Düsenöffnung getrieben wird, individuell eingestellt werden.In Figure 3c, the individual cross-sections are shown in a superimposed representation Nozzle opening shown. With the help of such structured flat jet nozzle it is possible to create a two-dimensional liquid / air mixture. The setting the droplet size resulting from the atomization of the liquid nozzle can by the cross-sectional geometry and by the form, with which drives the liquid inside through the nozzle opening, individually can be set.

    In Figur 4 ist eine Flachstrahldüse 9 vor dem Lufteintrittsschlitz 3 eines Brenners dargestellt. Der Lufteintrittsschlitz 3 ist begrenzt durch die Wandungen der Teilkegelkörper 1 und 2. Zur Vermeidung seitlicher Sprüheffekte weist die Flachstrahldüse 9 beidseitig oberhalb und unterhalb zum fächerförmig ausgebildeten Brennstoff-/Luft-Gemisch jeweils eine Schutzblende 13 auf.In Figure 4 is a flat jet nozzle 9 in front of the air inlet slot 3 of a burner shown. The air inlet slot 3 is limited by the walls of the partial cone body 1 and 2. To avoid side spray effects, the flat spray nozzle 9 on both sides above and below the fan-shaped fuel / air mixture each have a protective cover 13.

    Durch die erfindungsgemäße Maßnahme der modulartig ausgebildeten, zusätzlich an einen Brenner anbringbare Einspritzvorrichtung können bestehende Brenner, die hinsichtlich der Verbrennung hochkalorischer gasförmiger Brennstoffe optimiert worden sind, zusätzlich auch mit flüssigen Brennstoffen ohne zusätzliche Wasser- oder Dampfeinspritzung bei niedrigen Stickoxid-Emissionen betrieben werden. Kostenintensive Umrüstmaßnahmen am Brenner selbst entfallen vollständig.Through the measure according to the invention of the modular design, in addition existing burners can be attached to a burner. optimized for the combustion of high calorific gaseous fuels have also been used with liquid fuels without additional Water or steam injection operated with low nitrogen oxide emissions become. Costly retrofitting measures on the burner itself are completely eliminated.

    BezugszeichenlisteReference list

    11
    halber, hohler Teilkegelkörperhalf, hollow partial cone body
    22nd
    halber, hohler Teilkegelkörperhalf, hollow partial cone body
    33rd
    LufteintrittsschlitzAir inlet slot
    44th
    Eindüsungsvorrichtung Injection device
    55
    VerbindungsstegConnecting bridge
    66
    BasisplatteBase plate
    77
    Rahmenframe
    88th
    EindüsungsvorrichtungInjection device
    99
    FlachstrahldüseFlat jet nozzle
    1010th
    BrennstoffstrahlFuel jet
    1111
    DüsenauslaßöffnungNozzle outlet opening
    1212th
    verjüngend verlaufende Innenkonturtapering inner contour
    1313
    SchutzblendeProtective cover

    Claims (13)

    Verfahren zur Verbrennung von flüssigen Brennstoffen in einem Brenner mit wenigstens zwei halben, hohlen Teilkegelkörpern (1, 2), die einen kegelförmigen Hohlraum einschließen und deren Längssymmetrieachsen zueinander versetzt verlaufen, wodurch mindestens zwei tangentiale Lufteintrittsschlitze (3) für einen Verbrennungszuluftstrom entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff in Form eines flächenartigen Sprühnebels (10) zerstäubt wird und mittig zusammen mit dem Verbrennungszuluftstrom in die Lufteintrittsschlitze (3) eingebracht wird.Method for the combustion of liquid fuels in a burner with at least two half, hollow partial cone bodies (1, 2) which enclose a conical cavity and whose axes of longitudinal symmetry are offset from one another, whereby at least two tangential air inlet slots (3) are formed for a combustion air supply flow, characterized in that that the liquid fuel is atomized in the form of a flat spray (10) and is introduced into the center of the air inlet slots (3) together with the combustion supply air flow. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brennstoff in Tröpfchen zerstäubt wird, mit einer Tröpfchengröße, die klein genug ist, damit sich die Brennstofftröpfchen bei Eintritt in die Lufteintrittsschlitze (3) und während des Durchtritts durch den kegelförmigen Hohlraumes vollständig verdampfen, bevor die Reaktionszone erreicht wird.A method according to claim 1, characterized in that the liquid fuel is atomized in droplets with a droplet size small enough for the fuel droplets to evaporate completely before entering the air inlet slots (3) and during passage through the conical cavity the reaction zone is reached. Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder Feuerungsanlage mit wenigstens zwei halben, hohlen Teilkegelkörpern (1, 2), die einen kegelförmigen Hohlraum einschließen und deren Längssymmetrieachsen zueinander versetzt verlaufen, wodurch mindestens zwei tangentiale Lufteintrittsschlitze (3) für einen Verbrennungszuluftstrom entstehen, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Lufteintrittsschlitzen (3) jeweils eine Eindüsungsvorrichtung (4) für den flüssigen Brennstoff vorgesehen ist, die den Brennstoff in ein flächenartiges Brennstoff-/Luft-Gemisch (10) zerstäubt, so daß der Brennstoff mittig zusammen mit der Verbrennungsluft in die Lufteintrittsschlitze (3) mündet. Burner for operating an internal combustion engine, a combustion chamber of a gas turbine group or firing system with at least two half, hollow partial cone bodies (1, 2), which enclose a conical cavity and whose axes of longitudinal symmetry are offset from one another, whereby at least two tangential air inlet slots (3) for a combustion supply air flow are created, characterized in that an injection device (4) for the liquid fuel is provided in front of the air inlet slots (3), which atomizes the fuel into a sheet-like fuel / air mixture (10), so that the fuel in the center together with the combustion air the air inlet slots (3) open. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsungsvorrichtung (4) wenigstens eine, vorzugsweise zwei oder drei Flachstrahldüsen (9) aufweist.Burner according to claim 3, characterized in that the injection device (4) has at least one, preferably two or three flat jet nozzles (9). Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahldüse (9) ein Taylor-Injektor ist.Burner according to claim 4, characterized in that the flat jet nozzle (9) is a Taylor injector. Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer einzigen Flachstrahldüse (9), die Düse seitlich am Lufteintrittsschlitz (3) angebracht ist und daß der Brennstoffstrahl (10) seitlich schräg über die gesamte Öffnung des Lufteintrittsschlitzes (3) einbringbar ist.Burner according to Claim 4 or 5, characterized in that when a single flat jet nozzle (9) is used, the nozzle is attached to the side of the air inlet slot (3) and that the fuel jet (10) can be introduced laterally obliquely over the entire opening of the air inlet slot (3) . Brenner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von zwei oder mehr Düsen, die Düsen vor dem Lufteintrittsschlitz (3) derart zueinander angeordnet sind, daß sich die fächerförmig aufgeweiteten Brennstoffstrahlen (10) jeder Düse vor Eintritt in den Lufteintrittsschlitz (3) zumindest berühren.Burner according to Claim 4 or 5, characterized in that when two or more nozzles are used, the nozzles in front of the air inlet slot (3) are arranged with respect to one another in such a way that the fan-shaped expanded fuel jets (10) of each nozzle open before entering the air inlet slot (3 ) at least touch. Brenner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahldüse (9) vor Düsenaustritt (11) eine Innenkontur vorsieht, die in einer ersten Querschnittsebene zum Düsenaustritt hin eine sich konisch verjüngende Innenkontur (12) und die in einer zweiten Querschnittsebene, die senkrecht zur ersten Querschnittsebene orientiert ist, eine zum Düsenaustritt hin konische erweiternde Innenkontur aufweist.Burner according to Claim 4, characterized in that the flat jet nozzle (9) provides an inner contour in front of the nozzle outlet (11) which has a conically tapering inner contour (12) in a first cross-sectional plane towards the nozzle outlet and that in a second cross-sectional plane which is perpendicular to the first Cross-sectional plane is oriented, has an inner contour that widens conically towards the nozzle outlet. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstrahldüse (9) in der zweiten Querschnittsebene ober- und unterhalb zum fächerförmig aufgeweiteten Brennstoff-Luft-Gemisch (10) jeweils eine Schutzblende (13) vorsieht, die an der Düse fest angebracht ist. Burner according to claim 8, characterized in that the flat jet nozzle (9) in the second cross-sectional plane above and below the fan-shaped fuel-air mixture (10) each provides a protective screen (13) which is fixedly attached to the nozzle. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsungsvorrichtung (4) den flüssigen Brennstoff in Tröpfchen mit einem Tröpfchendurchmesser von ca. 1 bis 100 µm, vorzugsweise zwischen 10 bis 30 µm, zerstäubt.Burner according to one of claims 3 to 9, characterized in that the injection device (4) atomizes the liquid fuel in droplets with a droplet diameter of approximately 1 to 100 µm, preferably between 10 to 30 µm. Brenner nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eindüsungsvorrichtungen (4) pro Lufteintrittsschlitz (3) fest über einen Rahmen (7) miteinander verbunden sind und als Zusatzmodul an den Brenner anbringbar sind.Burner according to one of claims 3 to 10, characterized in that the injection devices (4) per air inlet slot (3) are firmly connected to one another via a frame (7) and can be attached to the burner as an additional module. Verwendung des Brenners nach einem der Ansprüche 3 bis 10 zur trockenen Verbrennung von flüssigen Brennstoffen.Use of the burner according to one of claims 3 to 10 for dry Burning liquid fuels. Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder Feuerungsanlage mit wenigsten zwei tangentialen Lufteintrittsschlitzen (3), durch die ein Verbrennungszuluftstrom in die Brennkammer einströmt, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Lufteintrittsschlitzen (3) jeweils eine Eindüsungsvorrichtung (4) für den flüssigen Brennstoff vorgesehen ist, die den Brennstoff in ebene Sprühnebel (10) zerstäubt, so daß der Brennstoff mittig zusammen mit der Verbrennungsluft in die Lufteintrittsschlitze (3) mündet.Burner for operating an internal combustion engine, a combustion chamber of a gas turbine group or firing system with at least two tangential air inlet slots (3) through which a combustion air flow flows into the combustion chamber, characterized in that in each case one injection device (4) for the liquid fuel in front of the air inlet slots (3) is provided, which atomizes the fuel in a flat spray (10), so that the fuel opens together with the combustion air into the air inlet slots (3).
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