DE4429757A1

DE4429757A1 - Two=stage combustion chamber

Info

Publication number: DE4429757A1
Application number: DE19944429757
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Althaus; Franz Dr Joos
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Asea Brown Boveri Ltd
Priority date: 1994-08-22
Filing date: 1994-08-22
Publication date: 1996-02-29

Abstract

The burner comprises two successive stages in the flow direction at least. The first stage consists (128) of a burner (100) at the head end followed by a combustion chamber (124), and the second one has a similar arrangement of burner (200) and chamber (125). At the join between each burner and its chamber the cross-section increases in a step. The first burner is made up from at least two connected, hollow, conical parts which are offset from one another along the same longitudinal axis of symmetry. The neighbouring walls to the conical parts form a longitudinal tangential channel for a flow of combustion air. A fuel nozzle is provided in the conical space formed by the conical parts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a combustion chamber according to Preamble of claim 1.

State of the art

Aus EP-A1-0 321 809 ist ein Vormischbrenner für Brennkammern von doppelkegeliger Bauart bekanntgeworden, der im wesentli chen aus zwei hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern besteht, deren jeweilige Längssymmetrieachsen gegeneinander versetzt verlaufen. Diese gegeneinander verlaufende Versetzung bildet entlang benach barter Wandungen der Teilkörper in Längserstreckung tangen tiale Kanäle oder Lufteintrittsschlitze, durch welche ein Verbrennungsluftstrom in den Kegelhohlraum strömt. In diesem Kegelhohlraum ist mindestens eine Brennstoffdüse unterge bracht. Dieser Vormischbrenner stellt gegenüber den vorgängi gen Stand der Technik betreffend Flammenstabilisierung, Wir kungsgrad und Schadstoff-Emissionen einen Qualitätssprung dar. Ein solcher Vormischbrenner wurde bisher sowohl in mager betriebenen Silo- als auch Ringbrennkammern eingesetzt. Um den gesamten Betriebsbereich mager vorgemischt abdecken zu können, müssen, je nach erforderlicher Leistung, jeweils ein zelne Brenner aus dem Verbund ausgeschaltet werden. Dies wirkt sich insbesondere ungünstig auf die Schadstoff-Emissio nen und auf die Stabilität der Brennkammer im mageren Bereich aus, wobei auch der Wirkungsgrad der Anlage dann Einbuße erleidet.EP-A1-0 321 809 discloses a premix burner for combustion chambers of double-cone design became known, which essentially chen from two hollow, conical, in the flow direction nested partial bodies, their respective The longitudinal axes of symmetry are offset from one another. These mutually opposing displacement forms along cont Tangter walls of the partial body in the longitudinal extent tial channels or air inlet slots through which a Combustion air flow flows into the cone cavity. In this Cone cavity is under at least one fuel nozzle brings. This premix burner contrasts with the previous one state of the art regarding flame stabilization, we efficiency and pollutant emissions a leap in quality Such a premix burner has so far been both lean operated silo as well as ring combustion chambers. Around cover the entire operating range lean premixed can, depending on the required performance, must have one individual burners can be switched off from the network. This has a particularly adverse effect on pollutant emissions and the stability of the combustion chamber in the lean area off, with the efficiency of the system then being reduced suffers.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Brennkammer der eingangs genannten Art die obengenannten Nachteile zu beheben.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies based on the combustion chamber of the type mentioned to fix the above disadvantages.

Zu diesem Zweck wird die Brennkammer axial gestuft ausgelegt, d. h. man verbrennt in einer ersten Stufe, die als Pilotstufe betrieben wird, einen Teil des Brennstoffes und heizt damit die in die zweite Stufe zusätzlich eintretende Luft vor. Auch dieser zweiten Stufe wird dann Brennstoff beigegeben. Auf grund der höheren Eintrittstemperatur besitzt diese zweite Stufe eine bessere Betriebsstabilität.For this purpose, the combustion chamber is designed axially stepped, d. H. you burn in a first stage, the pilot stage is operated, part of the fuel and heats it the additional air entering the second stage. Also fuel is then added to this second stage. On due to the higher inlet temperature, this second one Level better operational stability.

Die Laststufung kann nun derart erfolgen, daß bei niederen Lastfällen lediglich die Pilotstufe betrieben wird, und erst bei höherer Last entsprechend die Hauptstufe kontinuierlich zugeschaltet wird.The load can now be graded in such a way that at low Load cases only the pilot stage is operated, and only the main stage correspondingly continuously at higher loads is switched on.

Sowohl die erste Stufe als auch die zweite Stufe sind mit den bereits erwähnten und bewährten Vormischbrennern bestückt.Both the first level and the second level are with the already mentioned and proven premix burners.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß eine einfache und bewährte Flammenstabilisierung erreicht werden kann, ohne auf entsprechende wirbelerzeugende Mittel in der Heißgasströmung zurückgreifen zu müssen. Im Zusammenhang mit dieser Stabilisierung zeigt es sich, daß die Schadstoff-Emissionen dabei minimiert werden. Die Vormi schung und die Bildung eines Brennstoff/Luft-Gemisches läßt sich optimal erzielen. Ferner ist auf die gut und einfach auszuführende Kühlung der Pilotstufe und des Mischteiles der zweiten Stufe hinzuweisen.The main advantages of the invention can be seen in that simple and proven flame stabilization can be achieved without relying on corresponding vortex-producing Need to resort to means in the hot gas flow. in the In connection with this stabilization it turns out that pollutant emissions are minimized. The Vormi and the formation of a fuel / air mixture achieve yourself optimally. It is also good and simple cooling of the pilot stage and the mixing section of the second stage.

Vorteilhafte und zweckmassige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the invention Task solutions are in the further claims featured.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel bare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung der verschiedenen Medien ist mit Pfeilen angegeben. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen ver sehen.An embodiment will now be made with reference to the drawings game of the invention explained in more detail. All for the immediate bare understanding of the invention not necessary elements are omitted. The flow direction of the different Media is indicated with arrows. Same elements are in the different figures with the same reference numerals see.

Brief description of the drawings

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine axial gestufte Brennkammer, Fig. 1 is an axially stepped combustion chamber,

Fig. 2 einen Vormischbrenner in der Ausführung als "Doppel kegelbrenner", in perspektivischer Darstellung, ent sprechend aufgeschnitten und Fig. 2 shows a premix burner in the design as a "double cone burner", in perspective, cut accordingly

Fig. 3-5 entsprechende Schnitte durch verschiedenen Ebenen des Vormischbrenners nach Fig. 2. Fig. 3-5 show corresponding sections through different levels of the premix burner of FIG. 2.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwertbarkeit.Ways of carrying out the invention, commercial usability.

Fig. 1 zeigt, wie aus Wellenachse 126 hervorgeht, eine Ring brennkammer, welche im wesentlichen die Form eines zusammen hängenden annularen oder quasi-annularen Zylinders aufweist. Fig. 1 shows, as can be seen from the shaft axis 126 , an annular combustion chamber which essentially has the shape of a coherent annular or quasi-annular cylinder.

Darüber hinaus kann eine solche Brennkammer auch aus einer Anzahl axial, quasi-axial oder schraubenförmig angeordneter und einzeln in sich abgeschlossener Brennräume bestehen. Bei vorliegender Brennkammer, sei sie als Ringbrennkammer oder als Bestandteil einer Silobrennkammer ausgebildet, handelt es sich um eine axial-gestufte Konfiguration, welche bei einer Ringbrennkammer annular angeordnet und aus mehreren Stufen besteht. Grundsätzlich läßt sich diese Brennkammer in zwei Stufen unterteilen: In Strömungsrichtung wirkt zunächst eine Pilotstufe 128, welche aus Pilotbrennern 100 und mindestens einem nachgeschalteten Brennraum 124 besteht. Der Pilotstufe 128 nachgeschaltet wirkt eine Hauptstufe 129, welche ihrer seits aus Hauptbrennern 200 und mindestens einem Brennkammer raum 125 besteht. Die beiden Brenner 100, 200 sind als Vor mischbrenner gleich aufgebaut. Sie unterscheiden sich grund sätzlich bestimmungsgemäß nur durch ihre Größe. Hierzu wird auf die Fig. 2-5 verwiesen. Die Brennkammer ist des weiteren so aufgebaut, daß der Pilotbrenner 100 der Pilotstufe 128 als Vormischbrenner ausgebildet ist, wobei der sich anschließende Brennraum 124 mit dem erforderlichen Quer schnittssprung zur Ausbildung einer stabilisierenden Rück strömzone versehen ist. Die Verbrennungsart dieser ersten Pilotstufe 128 ist eine mager-mager-Verbrennung. Der dem Pilotbrenner 100 nachgeschaltete Brennraum 124 bildet die eigentliche Ausbrandstrecke dieser Pilotstufe 128 und, von der Abmessungen her betrachtet, entspricht seine Länge etwa dem doppelten Durchflußquerschnitt. Der anschließende Hauptbrenner 200 der Hauptstufe 125 ist ebenfalls zur Ausbil dung einer stabilisierenden Rückströmzone mit einem Quer schnittssprung ausgebildet, wobei dieser zugleich den Durch flußquerschnitt des Brennkammerraumes 125 indiziert. Was die verschiedenen Medien 113, 115 sowie Hilfsaggregate 113 der Brenner 100 und 200 betrifft, wird auf die Fig. 2-5 verwie sen. Die schlußendlich im Brennkammerraum 125 bereitgestell ten Heißgase 127 beaufschlagen dann eine nicht dargestellte, stromab wirkende Turbine. Durch die axiale, gestufte Fahr weise dieser Brennkammer werden die Schadstoff-Emissionen minimiert. Dies geschieht, indem eine magere Verbrennung bewerkstelligt wird, welche eine bessere Stabilität ergibt. Innerhalb der Pilotstufe 128 wird nur ein Teil des Brennstof fes verbrannt, wobei die in die Hauptstufe 129 zusätzlich eintretende Luft 115 vorgeheizt wird. Der Hauptstufe 129 wird wiederum Brennstoff 113 beigegeben, wodurch auch diese Stufe aufgrund der höheren Eintrittstemperatur eine bessere Stabi lität besitzt. Die Laststufung kann nun derart erfolgen, daß bei niederen Lastfällen lediglich die Pilotstufe 128 betrie ben wird, und bei höherer Last die Hauptstufe 129 entspre chend kontinuierlich zugeschaltet wird.In addition, such a combustion chamber can also consist of a number of axially, quasi-axially or helically arranged and individually closed combustion chambers. The combustion chamber at hand, be it as an annular combustion chamber or as part of a silo combustion chamber, is an axially stepped configuration, which is arranged annularly in an annular combustion chamber and consists of several stages. Basically, this combustion chamber can be divided into two stages: A pilot stage 128 , which consists of pilot burners 100 and at least one downstream combustion chamber 124 , acts first in the direction of flow. The pilot stage 128 is followed by a main stage 129 , which in turn consists of main burners 200 and at least one combustion chamber 125 . The two burners 100 , 200 are of the same design before mixing burners. As a rule, they only differ in terms of their size. For this, reference is made to FIGS. 2-5. The combustion chamber is further constructed so that the pilot burner 100 of the pilot stage 128 is designed as a premix burner, the subsequent combustion chamber 124 being provided with the required cross-sectional jump to form a stabilizing backflow zone. The type of combustion of this first pilot stage 128 is lean-lean combustion. The combustion chamber 124 downstream of the pilot burner 100 forms the actual burnout path of this pilot stage 128 and, viewed in terms of dimensions, its length corresponds approximately to twice the flow cross-section. The subsequent main burner 200 of the main stage 125 is also formed for training a stabilizing backflow zone with a cross-sectional jump, which at the same time indicates the flow cross section of the combustion chamber space 125 . As far as the different media 113 , 115 and auxiliary units 113 of the burners 100 and 200 are concerned, reference is made to FIGS . 2-5. The hot gases 127 finally provided in the combustion chamber space 125 then act on a downstream turbine, not shown. The axial, stepped driving style of this combustion chamber minimizes pollutant emissions. This is done by accomplishing lean combustion, which gives better stability. Within the pilot stage 128 , only part of the fuel is burned, the air 115 additionally entering the main stage 129 being preheated. The main stage 129 is in turn fuel 113 added, which also has this stage better stability due to the higher inlet temperature. The load gradation can now be carried out in such a way that only the pilot stage 128 is operated in low load cases, and the main stage 129 is accordingly switched on continuously at higher load.

Wie bereits vorne erwähnt, entsprechend sich die beiden Vor mischbrenner 100 und 200 im Aufbau und Betreibungsart weitge hend. Beim Vormischbrenner 200 der Hauptstufe fehlt lediglich die zentrale kopfseitige Brennstoffdüse 103, ansonsten unter scheiden sich die beiden Brenner nur ihrer Größe nach. Nach folgend wird der Vormischbrenner 100 der Pilotstufe 128 näher betrachtet und beschrieben.As already mentioned above, the two pre-mixing burners 100 and 200 are largely similar in structure and mode of operation. In the premixing burner 200 of the main stage, only the central head-side fuel nozzle 103 is missing, otherwise the two burners differ only in their size. The premix burner 100 of the pilot stage 128 is considered and described in more detail below.

Um den Aufbau des Vormischbrenners 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 2 die einzelnen Schnitte nach den Fig. 3-5 herangezogen werden. Des weite ren, um Fig. 2 nicht unnötig unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die nach den Fig. 3-5 schematisch gezeigten Leitbleche 121a, 121b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 2 nach Bedarf auf die restlichen Fig. 3-5 hingewiesen.In order to better understand the structure of the premix burner 100 , it is advantageous if the individual cuts according to FIGS. 3-5 are used simultaneously with FIG. 2. Furthermore, in order not to make FIG. 2 unnecessarily confusing, the guide plates 121 a, 121 b shown schematically in FIGS. 3-5 have only been hinted at in it. In the description of FIG. 2, reference is made below to the remaining FIGS. 3-5 as required.

Der Vormischbrenner 100 nach Fig. 2 besteht aus zwei hohlen kegelförmigen Teilkörpern 101, 102, die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind. Der Vormischbrenner kann indes sen auch aus einer größeren Anzahl von Teilkörpern bestehen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymme trieachse 201b, 202b der kegeligen Teilkörper 101, 102 zuein ander schafft auf beiden Seiten, in spiegelbildlicher Anord nung, jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 119, 120 frei (Fig. 3-5), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Vormischbrenners 100, d. h. in den Kegelhohlraum 114 strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Je nach Betriebseinsatz und Betreibungsart können die Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung auch eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufweisen, ähnlich einer Trom pete resp. Tulpe. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfaßt, da sie für den Fachmann ohne wei teres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 101a, 102a, die ebenfalls, analog den kegeligen Teilkörpern 101, 102, versetzt zueinander verlaufen, so daß die tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 über die ganze Länge des Vor mischbrenners 100 vorhanden sind. Im Bereich des zylindri schen Anfangsteils ist eine Düse 103 untergebracht, deren Eindüsung 104 in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraumes 114 zusammenfällt. Die Eindüsungskapazität, und die Art dieser Düse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Vormischbrenners 100. Selbstverständlich kann der Vormischbrenner rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangs teile 101a, 102a, ausgeführt sein. Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 108, 109 auf, welche entlang der tangentialen Eintrittsschlitze 119, 120 angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 117 versehen sind, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 113 in die dort durchströmende Verbrennungsluft 115 eingedüst wird, wie dies die Pfeile 116 versinnbildlichen wollen. Diese Brennstoffleitungen 108, 109 sind vorzugsweise spätestens am Ende der tangentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegel hohlraum 114, plaziert, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Brennraumseitig 122 geht die Ausgangsöffnung des Vormischbrenners 100 in eine Frontwand 110 über, in welcher eine Anzahl Bohrungen 110a vorhanden sind. Die letztgenannten treten bei Bedarfin Funk tion, und sorgen dafür, daß Verdünnungsluft oder Kühlluft 110b dem vorderen Teil des Brennraumes 122 zugeführt wird. Darüber hinaus sorgt diese Luftzuführung für eine Flammensta bilisierung am Ausgang des Vormischbrenners 100. Diese Flam menstabilisierung wird dann wichtig, wenn es darum geht, die Kompaktheit der Flamme infolge einer radialen Verflachung zu stützen. Bei dem durch die Düse 103 herangeführten Brennstoff 112 handelt es sich um einen flüssigen Brennstoff, der allen falls mit einem rückgeführten Abgas angereichert sein kann. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Düse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffprofil 105, das von der tan gential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes 112 fortlaufend durch die einströmenden Ver brennungsluft 115 zu einer optimalen Vermischung abgebaut. Wird der Vormischbrenner 100 mit einem gasförmigen Brennstoff 113 betrieben, so geschieht dies vorzugsweise über Öffnungs düsen 117, wobei die Bildung dieses Brennstoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120 zustande kommt. Bei der Eindüsung des Brennstoffes 112 über die Düse 103 wird im Bereich des Wirbelaufplatzens, also im Bereich der Rückströmzone 106 am Ende des Vormischbrenners 100, die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Quer schnitt erreicht. Die Zündung erfolgt an der Spitze der Rück strömzone 106. Erst an dieser Stelle kann eine stabile Flam menfront 107 entstehen. Ein Rückschlag der Flamme ins Innere des Vormischbrenners 100, wie dies bei bekannten Vormisch strecken latent der Fall ist, wogegen dort mit komplizierten Flammenhaltern Abhilfe gesucht wird, ist hier nicht zu befürchten. Ist die Verbrennungsluft 115 zusätzlich vorge heizt oder mit einem rückgeführten Abgas angereichert, so unterstützt dies die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112 nachhaltig, bevor die Verbrennungszone erreicht wird. Die gleichen Überlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 statt gasförmige flüssige Brennstoffe zugeführt wer den. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 101, 102 hinsichtlich ihres Kegelwinkels und der Breite der tangen tialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 sind enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Ver brennungsluft 115 mit der Strömungszone 106 am Ausgang des Vormischbrenners 100 einstellen kann. Allgemein ist zu sagen, daß eine Verkleinerung des Querschnittes der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 die Rückströmzone 106 weiter stromaufwärts verschiebt, wodurch dann allerdings das Gemisch früher zur Zündung kommt. Immerhin ist festzustellen, daß die einmal fixierte Rückströmzone 106 an sich positionsstabil ist, denn die Drallzahl nimmt in Strömungsrichtung im Bereich der Kegelform des Vormischbrenners 100 zu. Die Axialgeschwin digkeit innerhalb des Vormischbrenners 100 läßt sich durch eine entsprechende nicht gezeigte Zuführung eines axialen Verbrennungsluftstromes verändern. Die Konstruktion des Vor mischbrenners 100 eignet sich des weiteren vorzüglich, die Größe der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Vormisch brenners 100 eine relativ große betriebliche Bandbreite erfaßt werden kann. Dies greift beispielsweise dann ein, wenn der Vormischbrenner 200 der Hauptstufe 129 lediglich als Mischer, also ohne Rückströmzone 106, zum Einsatz kommen soll. Diese Rückströmzone 106 läßt sich unterdrücken, indem der Durchflußquerschnitt der tangentialen Eintrittsschlitze 119, 120, gegenüber dem ursprünglichen Zustand mit einer positionsstabile Rückströmzone, am Ausgang des Brenners um 20-100% vergrößert wird. Die Teilkörper 101, 102 sind auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Überlappung derselben angesteuert werden kann. Es ist sogar möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläu fige drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschach teln. The premix burner 100 according to FIG. 2 consists of two hollow, conical partial bodies 101 , 102 which are nested in one another in a staggered manner. The premix burner can, however, also consist of a larger number of partial bodies. The displacement of the respective central axis or longitudinal symmetry of the tri-axis 201 b, 202 b of the conical partial bodies 101 , 102 to one another creates a tangential air inlet slot 119 , 120 on both sides, in mirror-image arrangement ( FIGS. 3-5), through which the Combustion air 115 flows into the interior of the premix burner 100 , ie into the cone cavity 114 . The conical shape of the partial bodies 101 , 102 shown in the flow direction has a specific fixed angle. Depending on the operational use and type of operation, the partial bodies 101 , 102 can also have an increasing or decreasing cone inclination in the direction of flow, similar to a trumpet resp. Tulip. The last two forms are not included in the drawing, since they are easy to understand for the person skilled in the art. The two tapered partial bodies 101 , 102 each have a cylindrical initial part 101 a, 102 a, which also, analogously to the conical partial bodies 101 , 102 , are offset from one another, so that the tangential air inlet slots 119 , 120 are present over the entire length of the pre-mixing burner 100 are. In the area of the cylindri's initial part, a nozzle 103 is accommodated, the injection 104 coincides approximately with the narrowest cross-section of the conical cavity 114 formed by the conical partial body 101 , 102 . The injection capacity and the type of this nozzle 103 depend on the predefined parameters of the respective premix burner 100 . Of course, the premix burner can be made purely conical, that is, without cylindrical initial parts 101 a, 102 a. The conical sub-bodies 101 , 102 further each have a fuel line 108 , 109 , which are arranged along the tangential inlet slots 119 , 120 and are provided with injection openings 117 , through which a gaseous fuel 113 is preferably injected into the combustion air 115 flowing through there, such as arrows 116 symbolize this. These fuel lines 108 , 109 are preferably placed at the latest at the end of the tangential inflow, before entering the cone cavity 114 , in order to obtain an optimal air / fuel mixture. On the combustion chamber side 122 , the outlet opening of the premix burner 100 merges into a front wall 110 , in which a number of bores 110 a are present. The latter occur func tion if necessary, and ensure that dilution air or cooling air 110 b is supplied to the front part of the combustion chamber 122 . In addition, this air supply ensures flame stabilization at the outlet of the premix burner 100 . This flame stabilization becomes important when it comes to supporting the compactness of the flame due to a radial flattening. The fuel 112 brought up through the nozzle 103 is a liquid fuel, which in any case can be enriched with a recirculated exhaust gas. This fuel 112 is injected into the cone cavity 114 at an acute angle. From the nozzle 103 , a conical fuel profile 105 is formed , which is surrounded by the tan gential flowing rotating combustion air 115 . In the axial direction, the concentration of the fuel 112 is continuously reduced by the incoming combustion air 115 to an optimal mixing. If the premix burner 100 is operated with a gaseous fuel 113 , this is preferably done via opening nozzles 117 , the formation of this fuel / air mixture taking place directly at the end of the air inlet slots 119 , 120 . When the fuel 112 is injected via the nozzle 103 , the optimal, homogeneous fuel concentration across the cross section is achieved in the region of the vortex run, that is to say in the region of the backflow zone 106 at the end of the premix burner 100 . The ignition occurs at the top of the reverse flow zone 106 . Only at this point can a stable flame front 107 arise. A flashback of the flame into the interior of the premix burner 100 , as is latently the case with known premix sections, while there is a remedy for this with complicated flame holders is not to be feared here. If the combustion air 115 is additionally preheated or enriched with a recirculated exhaust gas, this supports the evaporation of the liquid fuel 112 before the combustion zone is reached. The same considerations also apply if the lines 108 , 109 are used instead of gaseous liquid fuels. In the design of the tapered partial body 101 , 102 with regard to their cone angle and the width of the tangential air inlet slots 119 , 120 , narrow limits must be observed so that the desired flow field of the combustion air 115 can be set with the flow zone 106 at the outlet of the premix burner 100 . In general, it can be said that a reduction in the cross section of the tangential air inlet slots 119 , 120 shifts the backflow zone 106 further upstream, which, however, then causes the mixture to ignite earlier. At least it must be determined that the backflow zone 106, once fixed, is positionally stable because the swirl number increases in the direction of flow in the region of the cone shape of the premix burner 100 . The Axialgeschwin speed within the premix burner 100 can be changed by a corresponding supply, not shown, of an axial combustion air flow. The construction of the pre-mixing burner 100 is furthermore excellently suited to change the size of the tangential air inlet slots 119 , 120 , whereby a relatively large operating range can be detected without changing the overall length of the pre-mixing burner 100 . This intervenes, for example, when the premix burner 200 of the main stage 129 is only to be used as a mixer, that is to say without a backflow zone 106 . This backflow zone 106 can be suppressed by increasing the flow cross section of the tangential inlet slots 119 , 120 , compared to the original state with a positionally stable backflow zone, at the outlet of the burner by 20-100%. The partial bodies 101 , 102 can also be displaced relative to one another in another plane, as a result of which even an overlap thereof can be controlled. It is even possible to spiral the sub-bodies 101 , 102 into each other by a counter-rotating movement.

Aus Fig. 3-5 geht nunmehr die geometrische Konfiguration der Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungs funktion, wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jewei lige Ende der kegeligen Teilkörper 101, 102 in Anströmungs richtung gegenüber der Verbrennungsluft 115 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum 114 kann durch Öffnen bzw. Schließen der Leitbleche 121a, 121b um einen im Bereich des Eintritts dieses Kanals in den Kegelhohlraum 114 plazierten Drehpunkt 123 optimiert werden, insbesondere ist dies vonnöten, wenn die ursprüngliche Spaltgröße der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 verän dert wird. Selbstverständlich können diese dynamische Vorkeh rungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmäßige Leitbleche einen festen Bestandteil mit den kegeligen Teil körpern 101, 102 bilden. Ebenfalls kann der Vormischbrenner 100 auch ohne Leitbleche betrieben werden, oder es können andere Hilfsmittel hierfür vorgesehen werden.From Fig. 3-5 now the geometric configuration of the baffles is 121 a, 121 b projecting. They have flow introduction function, which, depending on their length, extend the respective end of the tapered partial body 101 , 102 in the direction of flow relative to the combustion air 115 . The channeling of the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be optimized by opening or closing the guide plates 121 a, 121 b about a pivot point 123 placed in the region of the entry of this channel into the cone cavity 114 , in particular this is necessary if the original gap size of the tangential air inlet slots 119 , 120 is changed. Of course, these dynamic precautions can also be provided statically, as required guide vanes form a fixed component with the conical part bodies 101 , 102 . The premix burner 100 can also be operated without baffles, or other aids can be provided for this.

BezugszeichenlisteReference list

100, 200 Brenner
101, 102 Teilkörper
101a, 102a Zylindrische Angangsteile
101b, 102b Längssymmetrieachsen
103 Brennstoffdüse
104 Brennstoffeindüsung
105 Brennstoffeindüsungsprofil
106 Rückströmzone (Vortex Breakdown)
107 Flammenfront
108, 109 Brennstoffleitungen
110 Frontwand
110a Luftbohrungen
110b Kühlluft
112 Flüssiger Brennstoff
113 Gasförmiger Brennstoff
114 Kegelhohlraum
115 Verbrennungsluft
116 Brennstoff-Eindüsung
117 Brennstoffdüsen
119, 120 Tangentiale Lufteintrittsschlitze
121a, 121b Leitbleche
122 Brennraum
123 Drehpunkt der Leitbleche
124 Brennraum der Pilotstufe
125 Brennkammerraum der Hauptstufe
126 Mittelachse der Brennkammer = Ringbrennkammer
127 Heißgase
128 Pilotstufe
129 Hauptstufe 100 , 200 burners
101 , 102 partial body
101 a, 102 a cylindrical connecting pieces
101 b, 102 b axes of longitudinal symmetry
103 fuel nozzle
104 Fuel injection
105 Fuel injection profile
106 backflow zone (vortex breakdown)
107 flame front
108 , 109 fuel lines
110 front wall
110 a air holes
110 b cooling air
112 Liquid fuel
113 Gaseous fuel
114 cone cavity
115 combustion air
116 Fuel injection
117 fuel nozzles
119 , 120 Tangential air inlet slots
121 a, 121 b baffles
122 combustion chamber
123 pivot point of the guide plates
124 combustion chamber of the pilot stage
125 combustion chamber of the main stage
126 central axis of the combustion chamber = annular combustion chamber
127 hot gases
128 pilot stage
129 main level

Claims

1. Combustion chamber, which essentially consists of a first combustion stage and at least one downstream combustion stage, characterized in that the first combustion stage ( 128 ) consists of a first burner ( 100 ) arranged at the top and a downstream combustion chamber ( 124 ) there is that the second combustion stage ( 129 ) consists of a second burner ( 200 ) arranged on the head side and a downstream combustion chamber space ( 125 ), and that the transition between the first burner ( 100 ) and the combustion chamber ( 124 ) and is formed between the second burner ( 200 ) and the combustion chamber space ( 125 ) by a cross-sectional jump.

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the burner ( 100 ) consists of at least two hollow, conical, in the flow direction nested partial bodies ( 101 , 102 ), the respective axes of longitudinal symmetry ( 101 b, 102 b) offset from each other that the adjacent walls of the partial bodies ( 101 , 102 ) in their longitudinal extent form tangential channels ( 119 , 120 ) for a combustion air flow ( 115 ) that in the cone cavity ( 114 ) formed by the partial bodies ( 101 , 102 ), at least one fuel nozzle ( 103 ) is present is.

3. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that further fuel nozzles ( 117 ) are arranged in the region of the tangential channels ( 119 , 120 ) in the longitudinal extension thereof.

4. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the partial bodies ( 101 , 102 ) expand at a fixed angle in the direction of flow.

5. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the partial bodies ( 101 , 102 ) have an increasing taper in the direction of flow.

6. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the partial bodies ( 101 , 102 ) have a decreasing taper in the direction of flow.

7. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the partial bodies ( 101 , 102 ) are interleaved in a spiral manner.

8. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the Combustion chamber is an annular combustion chamber.