EP0994300B1

EP0994300B1 - Burner for operating a heat generator

Info

Publication number: EP0994300B1
Application number: EP98811023A
Authority: EP
Inventors: Hans Peter Knöpfel; Thomas Ruck
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2003-11-26
Anticipated expiration: 2018-10-14
Also published as: EP0994300A1; US6152726A; DE59810284D1

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft einen Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Brenner ist beispielsweise aus EP-A-0 797 051 bekannt.The invention relates to a burner for the operation of a heat generator according to Preamble of claim 1. Such a burner is for example known from EP-A-0 797 051.

Stand der TechnikState of the art

Aus EP-0 780 629 A2 ist ein Brenner bekanntgeworden, der anströmungsseitig aus einem Drallerzeuger besteht, wobei die hierin gebildete Drallströmung nahtlos in eine Mischstrecke übergeführt wird. Dies geschieht anhand einer am Anfang der Mischstrecke zu diesem Zweck gebildeten Strömungssgeometrie, welche aus Uebergangskanälen besteht, die sektoriell, entsprechend der Zahl der tangential wirkenden Einströmungskanäle oder Einströmungsschlitze dieses Drallerzeugers, die Stirnfläche der Mischstrecke bilden und in Strömungsrichtung drallförmig verlaufen. Abströmungsseitig dieser Uebergangskanäle weist die verbleibende Mischstrecke eine Anzahl Filmlegungsbohrungen auf, durch weiche eine Luftmenge in die Mischstrecke strömt und dadurch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit entlang der Rohrwand induzieren. Anschliessend folgt eine Brennkammer, wobei der Uebergang zwischen der Mischstrecke und der Brennkammer durch einen Querschnittssprung gebildet wird, in dessen Ebene sich eine Rückströmzone oder Rückströmblase bildet. From EP-0 780 629 A2 a burner has become known, the upstream side consists of a swirl generator, the swirl flow formed therein being seamless is transferred to a mixing section. This is done using one at the beginning of the mixing section flow geometry formed for this purpose, which Transitional channels exist, which are sectoral, corresponding to the number of tangential acting inflow channels or inflow slots of this swirl generator, form the end face of the mixing section and have a swirling shape in the direction of flow. The outflow side of these transition channels has the remaining one Mix up a number of filming holes through which an amount of air passes flows into the mixing section, thereby increasing the flow velocity induce along the pipe wall. This is followed by a combustion chamber the transition between the mixing section and the combustion chamber is formed by a cross-sectional jump, in the plane of which there is a backflow zone or backflow bubble forms.

Die Drallstärke im Drallerzeuger wird denmach so gewählt, dass das Aufplatzen des Wirbels nicht innerhalb der Mischstrecke geschieht, sondern weiter stromab erfolgt, wie oben ausgeführt, im Bereich des Querschnittssprunges. Die Länge der Mischstrecke ist so dimensioniert, dass eine ausreichende Vormischungsgüte für alle zum Einsatz gelangenden Brennstoffarten gewährleistet ist.The swirl strength in the swirl generator is selected so that the bursting of the vortex does not happen within the mixing section, but further downstream takes place, as explained above, in the area of the cross-sectional jump. The length of the Mixing section is dimensioned so that a sufficient premix quality for all types of fuel used are guaranteed.

Obschon dieser Brenner gegenüber denjenigen aus dem vorangegangenen Stand der Technik hinsichtlich Stärkung der Flammenstabilität, tieferer Schadstoff-Emissionen, geringerer Pulsationen, vollständigen Ausbrandes, grossen Betriebsbereichs, guter Querzündung zwischen den verschiedenen Brennern, kompakter Bauweise, verbesserter Mischung, etc., einen Qualitätssprung darstellt, zeigt es sich, dass sich in den transienten Bereichen und bei Teillast Instabilitäten einschleichen können. Dies hängt insbesondere damit zusammen, dass im Zusammenwirken des Brenners mit einem Pilotbrennersystem dieser Brenner im Bereich um 50% Teillast nahe der mageren Löschgrenze betrieben wird. Hierbei wird die Flamme instabiler und es kann zu Löschpulsationen kommen, d.h. durch Brennkammerschwingungen wird ein Erlöschen der Flamme verursacht. Zwar ist es richtig, dass hiergegen mit einer geringen Menge Pilotgas eine Stabilisierung erreicht werden kann, indessen erhöhen sich dadurch die Schadstoff-Emissionen drastisch.Although this burner compared to those from the previous state the technology in terms of strengthening flame stability, lower pollutant emissions, lower pulsations, complete burnout, large operating range, good cross-ignition between the different burners, more compact Construction, improved mix, etc., represents a leap in quality, it shows that instabilities creep in in the transient areas and at partial load can. This is especially related to the fact that in interaction of the burner with a pilot burner system this burner in the area is operated by 50% partial load near the lean extinguishing limit. Here, the Flame is more unstable and extinguishing pulsations can occur, i.e. through combustion chamber vibrations the flame is extinguished. It is correct that against this stabilization is achieved with a small amount of pilot gas pollutant emissions increase dramatically.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Brenner der eingangs genannten Art Vorkehrungen vorzuschlagen, welche eine Stärkung der Flammenstabilität zwecks Erzielung eines nachhaltigen stabilen Betriebes, insbesondere in den transienten Lastbereichen, gewährleisten, immer unter Wahrnehmung der weiteren Aufgabenstellung, welche das Ziel verfolgt, die Schadstoff-Emissionen aus einem solchen Betrieb zu minimieren und daher den Teilbereich zu speziell zu tieferen Teillasten zu vergrössern.The invention seeks to remedy this. The invention as set out in the claims is characterized, the task is based on a burner at the beginning to propose precautions which strengthen the flame stability in order to achieve sustainable stable operation, especially in the transient load ranges, always taking into account the Another task, which pursues the goal, the pollutant emissions to minimize from such an operation and therefore the sub-area too special to increase lower partial loads.

Zu diesem Zweck wird der Brenner derart erweitert, dass im Bereich des Ueberganges der Mischstrecke zum nachgeschalteten Brennraum Wirbelgeneratoren vorgesehen, werden welche an der Aussenseite der Hauptströmung des Brenners während des Betriebes sogenannte Wirbelzöpfe produzieren.For this purpose, the burner is expanded in such a way that in the area of the transition the mixing section to the downstream combustion chamber vortex generators provided, which are on the outside of the main flow of the burner during of the company produce so-called swirl braids.

Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemässen Gegenstandes sind darin zu sehen, dass die Pilotbrenner mit einem geringen Brennstoffanteil betrieben werden, und in Wirkverbindung mit den Wirbelgeneratoren wird durch eine bessere Durchmischung des Brennerbrennstoffes mit dem umgebenden Heissgas eine Stabilität der Vormischverbrennung nahe der mageren Löschgrenze erreicht. Wird der Brennstoff des Pilotbrenners in die durch die Wirbelgeneratoren erzeugten Wirbelzöpfe eingedüst, so wird damit die Durchmischung erheblich verbessert und die Schadstoff-Emissionen stark reduziert. Demnach, unter Vergrösserung des Lastbereiches bei tiefen Schadstoffen wird eine Erweiterung zu kleinen Lasten hin erzielt.The main advantages of the subject matter according to the invention are therein see that the pilot burners are operated with a low proportion of fuel, and in operative connection with the vortex generators is through a better one Mix the burner fuel with the surrounding hot gas Pre-mix combustion stability reached near the lean extinguishing limit. Becomes the pilot burner fuel into those generated by the vortex generators Vortex braids injected, so the mixing is significantly improved and the pollutant emissions are greatly reduced. Accordingly, by enlarging the The load range for deep pollutants becomes an extension to small loads achieved.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the task solution according to the invention are characterized in the further claims.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung unwesentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben. Exemplary embodiments of the invention are described below with reference to the drawings explained in more detail. All of which are insignificant for the immediate understanding of the invention Features have been left out. The same elements are in the different Figures with the same reference numerals. The flow direction the media is indicated by arrows.

Kurze Bezeichnung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Es zeigt:

Fig. 1: einen als Vormischbrenner ausgelegten Brenner mit einer Mischstrecke stromab eines Drallerzeugers, mit einer schematisierten Darstellung eines Pilotbrennstoffkanals im Bereich einer Abrisskante,
Fig. 2: eine schematisierte Darstellung des Brenners gemäss Fig. 1 mit zusätzlichen kopfseitig angeordneten Brennstoff-Injektoren,
Fig. 3: einen aus mehreren Schalen bestehenden Drallerzeuger in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten,
Fig. 4: einen Querschnitt durch einen zweischaligen Drallerzeuger,
Fig. 5: einen Querschnitt durch einen vierschaligen Drallerzeuger,
Fig. 6: einen Querschnitt durch einen Drallerzeuger, dessen Schalen schaufelförmig profiliert sind,
Fig. 7: eine Ausgestaltung der Uebergangsgeometrie zwischen Drallerzeuger und Mischstrecke,
Fig. 8: eine Abrisskante zur räumlichen Stabilisierung der Rückströmzone,
Fig. 9: eine schematisierte Darstellung der endseitigen Ausbildung der Mischstrecke und der dort ausgebildeten Wirbelgeneratoren,
Fig. 10-12: Verschiedene Ansichten der Konfiguration der Wirbelgeneratoren.

It shows:

Fig. 1: a burner designed as a premix burner with a mixing section downstream of a swirl generator, with a schematic representation of a pilot fuel channel in the region of a tear-off edge,
Fig. 2: 2 shows a schematic representation of the burner according to FIG. 1 with additional fuel injectors arranged on the top,
Fig. 3: a swirl generator consisting of several shells in a perspective view, cut open accordingly,
Fig. 4: a cross section through a double-shell swirl generator,
Fig. 5: a cross section through a four-shell swirl generator,
Fig. 6: 3 shows a cross section through a swirl generator, the shells of which are profiled in a scoop shape
Fig. 7: an embodiment of the transition geometry between the swirl generator and the mixing section,
Fig. 8: a tear-off edge for spatial stabilization of the backflow zone,
Fig. 9: 2 shows a schematic representation of the end design of the mixing section and the vortex generators formed there,
Fig. 10-12: Different views of the configuration of the vortex generators.

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

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Brenners. Kopfseitig dieses Brenners wirkt ein Drallerzeuger 100, dessen Ausgestaltung in den nachfolgenden Fig. 3-6 noch näher gezeigt und beschrieben wird. Es handelt sich hierbei um einen kegelförmig ausgebildeten Drallerzeuger 100, der mehrfach von einem tangential ins Innere einströmenden Verbrennungsluftstromes 115 beaufschlagt wird. Die sich hierein bildende Strömung wird anhand einer stromab des Drallerzeugers 100 wirksamen Uebergangsgeometrie 200 nahtlos in eine Mischstrecke übergeleitet, dergestalt, dass entlang dieser Mischstrecke keine Ablösungsgebiete auftreten. Die Konfiguration dieser Uebergangsgeometrie 200 wird unter Fig. 6 näher gezeigt und beschrieben. Diese Mischstrecke 220 selbst besteht aus dem genannten Uebergangsstück 200 und stromab davon aus einem Mischrohr 20 verlängert. Selbstverständlich kann die Mischstrecke 220 aus einem einzigen Stück bestehen: In einem solchen Fall bilden Uebergangsstück 200 und das Mischrohr 20 ein einziges zusammenhängendes Gebilde, wobei die Charakteristiken eines jeden Teils erhalten bleiben. Werden Uebergangsstück 200 und Mischrohr 20 aus zwei Teilen erstellt, so sind diese durch einen Buchsenring 10 verbunden, wobei der gleiche Buchsenring 10 kopfseitig als bauseitige Verankerungsfläche für den Drallerzeuger 100 dient. Ein solcher Buchsenring 10 hat darüber hinaus den Vorteil, dass verschiedene Mischrohre eingesetzt werden können. Abströmungsseitig des Mischrohres 20 befindet sich der eigentliche Brennraum 30 einer Brennkammer, welche hier lediglich durch ein Flammrohr versinnbildlicht ist. Die Mischstrecke 220 erfüllt weitgehend die Aufgabe, dass stromab des Drallerzeugers 100 eine definierte Strecke bereitgestellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung mit den eingesetzten Brennstoffen stattfinden kann. Innerhalb der Mischstrecke 220, also innerhalb des Mischrohres 20 und in Wirkverbindung mit dem stromauf angeordneten Uebergangsstück 200, bildet sich eine verlustfreie Strömung, so dass hier zunächstt keine Rückströmzone oder Rückströmblase entstehen, womit über die ganze Länge der Mischstrecke 220 auf die Mischungsgüte der eingedüsten Brennstoffe Einfluss ausgeübt werden kann. Diese Mischstrecke 220 entfaltet aber noch eine andere Eigenschaft, welche darin besteht, dass in ihr selbst das Axialgeschwindigkeitsprofil ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so dass eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer ins Innere des Brenners nicht möglich ist. Allerdings ist es richtig, dass bei einer solchen Konfiguration die Axialgeschwindigkeit zur Wand hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Bereich zu unterbinden, wird das Mischrohr 20 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmässig oder unregelmässig verteilter Bohrungen 21 verschiedenster Querschnitte und Richtungen versehen, durch welche eine Luftmenge in das Innere des Mischrohres 20 strömt, und entlang der Wand im Sinne einer Filmlegung eine Erhöhung der Durchflussgeschwindigkeit induzieren. Diese Bohrungen 21 können darüber hinaus auch so ausgelegt werden, dass sich an der Innenwand des Mischrohres 20 mindestens zusätzlich noch eine Effusionskühlung einstellt. Eine andere Möglichkeit eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Gemisches innerhalb des Mischrohres 20 zu erzielen, besteht darin, dass dessen Durchflussquerschnitt abströmungsseitig der zum Uebergangsstück 200 gehörigen Uebergangskanäle 201, welche die bereits genannten Uebergangsgeometrie bilden, eine Verengung erfährt, wodurch das gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb des Mischrohres 20 angehoben wird. In der Figur verlaufen die genannten luftdurchströmten Bohrungen 21 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Brennerachse 60. Des weiteren entspricht der Auslauf der Uebergangskanäle 201 dem engsten Durchflussquerschnitt des Mischrohres 20. Die genannten Uebergangskanäle 201 überbrücken demnach den jeweiligen Querschnittsunterschied in Strömungsrichtung, ohne dabei die gebildete Strömung negativ zu beeinflussen. Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung der Rohrströmung 40 entlang des Mischrohres 20 einen nicht tolerierbaren Druckverlust auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am Ende dieses Mischrohres 20 ein in der Figur nicht gezeigter Diffusor vorgesehen wird. Am Ende des Mischrohres 20 schliesst sich sodann eine Brennkammer 30 (Brennraum) an, wobei zwischen den beiden Durchflussquerschnitten ein durch eine Brennerfront 70 gebildeter Querschnittssprung vorhanden ist. Erst hier bildet sich eine zentrale Flammenfront mit einer Rückströmzone 50, welche gegenüber der Flammenfront die Eigenschaften eines körperlosen Flammenhalters entfaltet. Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges während des Betriebes eine strömungsmässige Randzone, in welcher durch den dort vorherrschenden Unterdruck Wirbelablösungen entstehen, so führt dies zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone 50. Danebst darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone 50 auch eine ausreichend hohe Drallzahl in einem Rohr erfordert. Ist eine solche zunächst unerwünscht, so können stabile Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner stark verdrallter Luftströmungen am Rohrende, beispielsweise durch tangentiale Oeffnungen, erzeugt werden. Dabei geht man hier davon aus, dass die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der Gesamtluftmenge beträgt. Was die Ausgestaltung der Brennerfront 70 am Ende des Mischrohres 20 zur Stabilisierung der Rückströmzone oder Rückströmblase 50 sowie der Flammenfront betrifft, wird auf die Beschreibung der Fig. 8-12 verwiesen.Fig. 1 shows the overall structure of a burner. The head of this burner works a swirl generator 100, the design of which is shown in the following FIGS. 3-6 is shown and described in more detail. It is a conical one trained swirl generator 100, the multiple of a tangential inside incoming combustion air flow 115 is applied. Who are here forming flow becomes effective on the basis of a swirl generator 100 downstream Transition geometry 200 seamlessly transferred into a mixing section, in such a way that there are no separation areas along this mixing section. The configuration this transition geometry 200 is shown and described in more detail in FIG. 6. This mixing section 220 itself consists of the transition piece mentioned 200 and downstream thereof extended from a mixing tube 20. Of course Mixing section 220 may consist of a single piece: In In such a case, the transition piece 200 and the mixing tube 20 form a single one cohesive structure, the characteristics of each part remain. Become transition piece 200 and mixing tube 20 from two parts created, they are connected by a sleeve ring 10, the same Socket ring 10 on the head side as an on-site anchoring surface for the swirl generator 100 serves. Such a bushing ring 10 also has the advantage that different mixing tubes can be used. Outflow side of the Mixing tube 20 is the actual combustion chamber 30 of a combustion chamber, which is only symbolized here by a flame tube. The mixing section 220 largely fulfills the task that downstream of the swirl generator 100 defined route is provided, in which a perfect premix with the fuels used can take place. Within the mixing section 220, thus arranged inside the mixing tube 20 and in operative connection with the upstream Transition piece 200, a lossless flow forms, so that here no backflow zone or backflow bubble initially arises, with what about the entire length of the mixing section 220 to the mixing quality of the injected Fuels influence can be exercised. This mixing section 220 unfolds but still another property, which consists in the fact that in you Axial velocity profile has a pronounced maximum on the axis, so that the flame reignites from the combustion chamber into the interior of the burner not possible. However, it is true that with such a configuration the axial velocity drops towards the wall. To reignite this too To prevent the area, the mixing tube 20 in the flow and circumferential direction with a number of regularly or irregularly distributed bores 21 various cross sections and directions through which an amount of air flows into the interior of the mixing tube 20, and along the wall in the sense induce an increase in flow rate during filming. This Bores 21 can also be designed in such a way that the inner wall of the mixing tube 20 at least additionally an effusion cooling established. Another way of increasing the speed of the Achieving mixture within the mixing tube 20 is that Flow cross-section on the outflow side of those belonging to the transition piece 200 Transition channels 201, which have the transition geometry already mentioned form, undergoes a narrowing, reducing the overall speed level is raised within the mixing tube 20. The figures run in the figure bores 21 through which air flows at an acute angle the burner axis 60. Furthermore, the outlet corresponds to the transition channels 201 the narrowest flow cross-section of the mixing tube 20. The transition channels mentioned 201 accordingly bridge the respective cross-sectional difference in the direction of flow without negatively influencing the flow formed. If the selected arrangement for guiding the pipe flow 40 triggers an intolerable pressure loss along the mixing tube 20, so This can be remedied by using this mixing tube at the end 20 a diffuser, not shown in the figure, is provided. At the end of the mixing tube 20 then connects to a combustion chamber 30 (combustion chamber), wherein between the two flow cross sections, one formed by a burner front 70 Cross-sectional jump is present. Only here does a central one form Flame front with a backflow zone 50, which is opposite the flame front the properties of a disembodied flame holder unfolded. Forms within this cross-sectional jump during operation a flow Edge zone, in which vortex detachment due to the prevailing negative pressure arise, this leads to an increased ring stabilization of the backflow zone 50. It should also be mentioned that the generation of a stable Backflow zone 50 also requires a sufficiently high number of swirl in a tube. If this is initially undesirable, stable backflow zones can occur the supply of small, strongly swirled air flows at the end of the pipe, for example through tangential openings. Here one assumes that the amount of air required for this is about 5-20% of the total amount of air. As for the design of the burner front 70 at the end of the mixing tube 20 for stabilization the backflow zone or backflow bladder 50 and the flame front , reference is made to the description of FIGS. 8-12.

Fig. 2 zeigt eine schematische Ansicht des Brenners gemäss Fig. 1, wobei hier insbesondere auf die Umspülung einer zentral angeordneten Brennstoffdüse 103 und auf die Wirkung von Brennstoff-Injektoren 170 hingewiesen wird. Die Wirkungsweise der restlichen Hauptbestandteile des Brenners, nämlich Drallerzeuger 100 und Uebergangsstück 200 werden unter den nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Die Brennstoffdüse 103 wird mit einem beabstandeten Ring 190 ummantelt, in welchem eine Anzahl in Umfangsrichtung disponierter Bohrungen 161 gelegt sind, durch welche eine Luftmenge 160 in eine ringförmige Kammer 180 strömt und dort die Umspülung der Brennstofflanze vornimmt. Diese Bohrungen 161 sind schräg nach vorne angelegt, dergestalt, dass eine angemessene axiale Komponente auf der Brennerachse 60 entsteht. In Wirkverbindung mit diesen Bohrungen 161 sind zusätzliche Brennstoff-Injektoren 170 vorgesehen, welche eine bestimmte Menge vorzugsweise eines gasförmigen Brennstoffes in die jeweilige Luftmenge 160 eingeben, dergestalt, dass sich im Mischrohr 20 eine gleichmässige Brennstoffkonzentration 150 über den Strömungsquerschnitt einstellt, wie die Darstellung in der Figur versinnbildlichen will. Genau diese gleichmässige Brennstoffkonzentration 150, insbesondere die starke Konzentration auf der Brennerachse 60 sorgt dafür, dass sich eine Stabilisierung der Flammenfront am Ausgangs des Brenners einstellt, womit aufkommende Brennkammerpulsationen vermieden werden.Fig. 2 shows a schematic view of the burner according to Fig. 1, here in particular the flushing of a centrally arranged fuel nozzle 103 and the effect of fuel injectors 170 is pointed out. The mode of action the remaining main components of the burner, namely swirl generator 100 and transition piece 200 are closer under the following figures described. The fuel nozzle 103 is spaced with a ring 190 encased in which a number of circumferentially bored holes 161 are placed, through which an amount of air 160 into an annular chamber 180 flows and carries out the flushing of the fuel lance there. These holes 161 are slanted forward so that it is appropriate axial component arises on the burner axis 60. In active connection with these Additional fuel injectors 170 are provided in holes 161 a certain amount, preferably a gaseous fuel, into the Enter the respective amount of air 160 in such a way that a sets uniform fuel concentration 150 over the flow cross-section, as the representation in the figure symbolizes. Exactly this even Fuel concentration 150, especially the strong concentration the burner axis 60 ensures that the flame front is stabilized at the output of the burner, which causes combustion chamber pulsations be avoided.

Um den Aufbau des Drallerzeugers 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 3 mindestens Fig. 4 herangezogen wird. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 3 nach Bedarf auf die übrigen Figuren hingewiesen.In order to better understand the structure of the swirl generator 100, it is advantageous to if at least FIG. 4 is used at the same time as FIG. 3. Hereinafter 3 is referred to the other figures as necessary in the description of FIG.

Der erste Teil des Brenners nach Fig. 1 bildet den nach Fig. 3 gezeigten Drallerzeuger 100. Dieser besteht aus zwei hohlen kegelförmigen Teilkörpern 101, 102, die versetzt zueinander ineinandergeschachtelt sind. Die Anzahl der kegelförmigen Teilkörper kann selbstverständlich grösser als zwei sein, wie die Figuren 5 und 6 zeigen; dies hängt jeweils, wie weiter unten noch näher zur Erläuterung kommen wird, von der Betriebsart des ganzen Brenners ab. Es ist bei bestimmten Betriebskonstellationen nicht ausgeschlossen, einen aus einer einzigen Spirale bestehenden Drallerzeuger vorzusehen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymmetrieachsen 101b, 102b (Vgl. Fig. 4) der kegeligen Teilkörper 101, 102 zueinander schafft bei der benachbarten Wandung, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Kanal, d.h. einen Lufteintrittsschlitz 119, 120 (Vgl. Fig. 4), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Drallerzeugers 100, d.h. in den Kegelhohlraum 114 desselben strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 101,102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betriebseinsatz, können die Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufweisen, ähnlich einer Trompete resp. Tulpe. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfasst, da sie für den Fachmann ohne weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen ringförmigen Anfangsteil 101 a auf. Im Bereich dieses zylindrischen Anfangsteils ist die bereits unter Fig. 2 erwähnte Brennstoffdüse 103 untergebracht, welche vorzugsweise mit einem flüssigen Brennstoff 112 betrieben wird. Die Eindüsung 104 dieses Brennstoffes 112 fällt in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraumes 114 zusammen. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Brennstoffdüse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Brenners. Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 108, 109 auf, welche entlang der tangentialen Lufteintrittsschlitze 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 Kegelhohlraum 114, angeordnet, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Bei dem durch die Brennstoffdüse 103 herangeführten Brennstoff 112 handelt es sich, wie erwähnt, im Normalfall um einen flüssigen Brennstoff, wobei eine Gemischbildung mit einem anderen Medium, beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas, ohne weiteres möglich ist. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem vorzugsweise sehr spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Brennstoffdüse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffspray 105, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen und abgebaut wird. In axialer Richtung wird sodann die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 112 fortlaufend durch die einströmenden Verbrennungsluft 115 zu einer Vermischung Richtung Verdampfung abgebaut. Wird ein gasförmiger Brennstoff 113 über die Oeffnungsdüsen 117 eingebracht, geschieht die Bildung des Brennstoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120. Ist die Verbrennungsluft 115 zusätzlich vorgeheizt, oder beispielsweise mit einem rückgeführten Rauchgas oder Abgas angereichert, so unterstützt dies nachhaltig die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112, bevor dieses Gemisch in die nachgeschaltete Stufe strömt, hier in das Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 1 und 7). Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 flüssige Brennstoffe zugeführt werden sollten. Bei der Gestaltung der kegeligen Teilkörper 101, 102 hinsichtlich des Kegelwinkels und der Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 sind an sich enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft 115 am Ausgang des Drallerzeugers 100 einstellen kann. Allgemein ist zu sagen, dass eine Verkleinerung der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 die schnellere Bildung einer Rückströmzone bereits im Bereich des Drallerzeugers begünstigt. Die Axialgeschwindigkeit innerhalb des Drallerzeugers 100 lässt sich durch eine entsprechende unter Fig. 2 (Pos. 160) näher beschriebene Zuführung einer Luftmenge erhöhen bzw. stabilisieren. Eine entsprechende Drallerzeugung in Wirkverbindung mit dem nachgeschalteten Uebergangsstück 200 (Vgl. Fig. 1 und 7) verhindert die Bildung von Strömungsablösungen innerhalb des dem Drallerzeuger 100 nachgeschalteten Mischrohr. Die Konstruktion des Drallerzeugers 100 eignet sich des weiteren vorzüglich, die Grösse der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Drallerzeugers 100 eine relativ grosse betriebliche Bandbreite erfasst werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper 101, 102 auch in einer anderen Ebene zueinander verschiebbar, wodurch sogar eine Ueberlappung derselben vorgesehen werden kann. Es ist des weiteren möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläufig drehende Bewegung spiralartig ineinander zu verschachteln. Somit ist es möglich, die Form, die Grösse und die Konfiguration der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 beliebig zu variieren, womit der Drallerzeuger 100 ohne Veränderung seiner Baulänge universell einsetzbar ist. The first part of the burner according to FIG. 1 forms the swirl generator shown in FIG. 3 100. This consists of two hollow conical partial bodies 101, 102, which are nested in a staggered manner. The number of conical Partial body can of course be larger than two, like the figures 5 and 6 show; this depends in each case, as will be explained in more detail below will depend on the operating mode of the entire burner. It is with certain Operating constellations are not excluded, one from a single spiral to provide existing swirl generator. The offset of the respective central axis or longitudinal symmetry axes 101b, 102b (cf. FIG. 4) of the conical partial bodies 101, 102 creates each other in the adjacent wall, in mirror image Arrangement, each a tangential channel, i.e. an air inlet slot 119, 120 (see FIG. 4), through which the combustion air 115 in the interior of the swirl generator 100, i.e. flows into the cone cavity 114 of the same. The cone shape the partial body 101, 102 shown in the flow direction has a certain one fixed angle. Of course, depending on the operational use, the partial bodies can 101, 102 an increasing or decreasing cone inclination in the flow direction have, similar to a trumpet. Tulip. The latter two Shapes are not recorded in the drawing, as they are without for the specialist are further sensitive. The two conical partial bodies 101, 102 have each have a cylindrical annular starting part 101 a. In the area of this cylindrical Initially, the fuel nozzle 103 already mentioned under FIG. 2 is housed, which is preferably operated with a liquid fuel 112 becomes. The injection 104 of this fuel 112 coincides with the narrowest Cross-section of the conical cavity formed by the conical partial bodies 101, 102 114 together. The injection capacity and the type of this fuel nozzle 103 depends on the specified parameters of the respective burner. The conical sub-bodies 101, 102 each have a fuel line 108, 109, which along the tangential air inlet slots 119, 120 are arranged and provided with injection openings 117 through which preferably a gaseous fuel 113 in the combustion air flowing through there 115 is injected, as the arrows 116 want to symbolize. These fuel lines 108, 109 are preferably at the end of the latest tangential inflow, before entering the cone cavity 114, arranged this to get an optimal air / fuel mixture. The one through the fuel nozzle 103 introduced fuel 112 is, as mentioned, in Normally around a liquid fuel, where a mixture formation with a other medium, for example with a recirculated flue gas, without further ado is possible. This fuel 112 is preferably very pointed under one Angle injected into the cone cavity 114. Forms from the fuel nozzle 103 there is thus a conical fuel spray 105 which flows in from the tangential rotating combustion air 115 is enclosed and degraded. In The concentration of the injected fuel 112 then becomes axial continuously through the incoming combustion air 115 for mixing Degraded towards evaporation. If a gaseous fuel 113 over the Introduced opening nozzles 117, the fuel / air mixture is formed directly at the end of the air inlet slots 119, 120. Is the combustion air 115 additionally preheated, or for example with a recirculated Flue gas or exhaust gas enriched, this supports the evaporation sustainably of liquid fuel 112 before this mixture is downstream Stage flows, here in the transition piece 200 (see FIGS. 1 and 7). The same Considerations also apply when liquid lines 108, 109 Fuels should be supplied. When designing the tapered partial body 101, 102 with regard to the cone angle and the width of the tangential air inlet slots 119, 120 are strict limits to be observed so that the desired Flow field of the combustion air 115 at the exit of the swirl generator 100 can set. Generally speaking, a downsizing of the tangential air inlet slots 119, 120 the faster formation of a backflow zone already favored in the area of the swirl generator. The axial speed Within the swirl generator 100, a corresponding one shown in FIG (Item 160) Increase or stabilize the supply of an air quantity described in more detail. A corresponding swirl generation in operative connection with the downstream one Transition piece 200 (see FIGS. 1 and 7) prevents the formation of Flow separations within the swirl generator 100 downstream Mixing tube. The construction of the swirl generator 100 is furthermore particularly suitable, change the size of the tangential air inlet slots 119, 120, which is a relatively large one without changing the overall length of the swirl generator 100 operational bandwidth can be captured. Of course, the partial bodies 101, 102 can also be moved relative to one another in another plane, which even an overlap of the same can be provided. It is further possible, the sub-bodies 101, 102 by a counter-rotating movement spiral to nest into each other. So it is possible, the shape, the size and to vary the configuration of the tangential air inlet slots 119, 120 as desired, which makes the swirl generator 100 universal without changing its overall length can be used.

Aus Fig. 4 geht unter anderen die geometrische Konfiguration von wahlweise vorzusehenden Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungsfunktion, wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jeweilige Ende der kegeligen Teilkörper 101, 102 in Anströmungsrichtung gegenüber der Verbrennungsluft 115 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum 114 kann durch Oeffnen 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 dynamisch verändert werden soll, beispielsweise um eine Aenderung der geschwindigkeit der Verbrennungsluft 115 zu erreichen. Selbstverständlich können diese dynamische Vorkehrungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmässige Leitbleche einen festen Bestandteil mit den kegeligen Teilkörpern 101, 102 bilden.4 shows, among other things, the geometric configuration of optional ones Baffles 121a, 121b. They have a flow initiation function which, according to their length, the respective end of the tapered Partial bodies 101, 102 in the flow direction with respect to the combustion air 115 extend. Channeling the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be opened or closed by one of the baffles 121a, 121b Area of entry of this channel into the cone cavity 114 placed fulcrum 123 can be optimized, especially if the original Gap size of the tangential air inlet slots 119, 120 changed dynamically should be, for example, to change the speed of the combustion air 115 to achieve. Of course, these can be dynamic Precautions can also be provided statically by using baffles as needed form a fixed component with the tapered partial bodies 101, 102.

Fig. 5 zeigt gegenüber Fig. 4, dass der Drallerzeuger 100 nunmehr aus vier Teilkörpern 130, 131, 132, 133 aufgebaut ist. Die dazugehörigen Längssymmetrieachsen zu jedem Teilkörper sind mit der Buchstabe a gekennzeichnet. Zu dieser Konfiguration ist zu sagen, dass sie sich aufgrund der damit erzeugten, geringeren Drallstärke und im Zusammenwirken mit einer entsprechend vergrösserten Schlitzbreite bestens eignet, das Aufplatzen der Wirbelströmung abströmungsseitig des Drallerzeugers im Mischrohr zu verhindern, womit das Mischrohr die ihm zugedachte Rolle bestens erfüllen kann.5 shows that the swirl generator 100 now consists of four partial bodies 130, 131, 132, 133 is constructed. The associated longitudinal symmetry axes for each sub-body are marked with the letter a. To this Configuration is to be said that it is due to the lower generated with it Twist strength and in cooperation with a correspondingly enlarged Slot width is best suited, the bursting of the vortex flow on the downstream side to prevent the swirl generator in the mixing tube, thus causing the mixing tube to can fulfill the intended role.

Fig. 6 unterscheidet sich gegenüber Fig. 5 insoweit, als hier die Teilkörper 140, 141, 142, 143 eine Schaufelprofilform haben, welche zur Bereitstellung einer gewissen Strömung vorgesehen wird. Ansonsten ist die Betreibungsart des Drallerzeugers die gleiche geblieben. Die Zumischung des Brennstoffes 116 in den Verbrennungsluftstromes 115 geschieht aus dem Innern der Schaufelprofile heraus, d.h. die Brennstoffleitung 108 ist nunmehr in die einzelnen Schaufeln integriert. Auch hier sind die Längssymmetrieachsen zu den einzelnen Teilkörpern mit der Buchstabe a gekennzeichnet.FIG. 6 differs from FIG. 5 in that the partial bodies 140 here 141, 142, 143 have a blade profile shape which is used to provide a certain Flow is provided. Otherwise, the mode of operation of the swirl generator stayed the same. The admixture of fuel 116 in the combustion air flow 115 happens from inside the blade profiles, i.e. the fuel line 108 is now integrated in the individual blades. Here, too, are the longitudinal axes of symmetry to the individual partial bodies with the Letter a marked.

Fig. 7 zeigt das Uebergangsstück 200 in dreidimensionaler Ansicht. Die Uebergangsgeometrie ist für einen Drallerzeuger 100 mit vier Teilkörpern, entsprechend der Fig. 5 oder 6, aufgebaut. Dementsprechend weist die Uebergangsgeometrie als natürliche Verlängerung der stromauf wirkenden Teilkörper vier Uebergangskanäle 201 auf, wodurch die Kegelviertelfläche der genannten Teilkörper verlängert wird, bis sie die Wand des Mischrohres schneidet. Die gleichen Ueberlegungen gelten auch, wenn der Drallerzeuger aus einem anderen Prinzip, als den unter Fig. 3 beschriebenen, aufgebaut ist. Die nach unten in Strömungsrichtung verlaufende Fläche der einzelnen Uebergangskanäle 201 weist eine in Strömungsrichtung spiralförmig verlaufende Form auf, welche einen sichelförmigen Verlauf beschreibt, entsprechend der Tatsache, dass sich vorliegend der Durchflussquerschnitt des Uebergangsstückes 200 in Strömungsrichtung konisch erweitert. Der Drallwinkel der Uebergangskanäle 201 in Strömungsrichtung ist so gewählt, dass der Rohrströmung anschliessend bis zum Querschnittssprung am Brennkammereintritt noch eine genügend grosse Strecke verbleibt, um eine perfekte Vormischung mit dem eingedüsten Brennstoff zu bewerkstelligen. Ferner erhöht sich durch die oben genannten Massnahmen auch die Axialgeschwindigkeit an der Mischrohrwand stromab des Drallerzeugers. Die Uebergangsgeometrie und die Massnahmen im Bereich des Mischrohres bewirken eine deutliche Steigerung des Axialgeschwindigkeitsprofils zum Mittelpunkt des Mischrohres hin, so dass der Gefahr einer Frühzündung entscheidend entgegengewirkt wird.7 shows the transition piece 200 in a three-dimensional view. The transition geometry is corresponding for a swirl generator 100 with four partial bodies 5 or 6, built. Accordingly, the transition geometry as a natural extension of the upstream partial bodies, four transition channels 201 on, whereby the conical quarter area of said partial body is extended until it cuts the wall of the mixing tube. The same considerations also apply if the swirl generator is based on a principle other than the one below Fig. 3 is constructed. The down in the flow direction running surface of the individual transition channels 201 has a flow direction spiral shape, which has a crescent shape Course describes, corresponding to the fact that the flow cross-section is present of the transition piece 200 flared in the flow direction. The swirl angle of the transition channels 201 in the flow direction is so chosen that the pipe flow then up to the cross-sectional jump on Combustion chamber entry still has a sufficient distance to be perfect Premix with the injected fuel. Further increases the axial speed due to the above-mentioned measures on the mixing tube wall downstream of the swirl generator. The transition geometry and the measures in the area of the mixing tube cause a significant increase the axial velocity profile towards the center of the mixing tube, see above that the danger of early ignition is decisively counteracted.

Fig. 8 zeigt die bereits angesprochene Abrisskante, welche am Brenneraustritt gebildet ist, wobei die Pilotbrenner in den folgenden Fig. 9-12 näher gezeigt werden. Der Durchflussquerschnitt des Rohres 20 erhält in diesem Bereich einen Uebergangsradius R, dessen Grösse grundsätzlich von der Strömung innerhalb des Rohres 20 abhängt. Dieser Radius R wird so gewählt, dass sich die Strömung an die Wand anlegt und so die Drallzahl stark ansteigen lässt. Quantitativ lässt sich die Grösse des Radius R so definieren, dass dieser > 10% des Innendurchmessers d des Rohres 20 beträgt. Gegenüber einer Strömung ohne Radius vergrössert sich nun die Rückströmblase 50 gewaltig. Dieser Radius R verläuft bis zur Austrittsebene des Rohres 20, wobei der Winkel β zwischen Anfang und Ende der Krümmung < 90° beträgt. Entlang des einen Schenkels des Winkels β verläuft die Abrisskante A ins Innere des Rohres 20 und bildet somit eine Abrissstufe S gegenüber dem vorderen Punkt der Abrisskante A, deren Tiefe > 3 mm beträgt. Selbstverständlich kann die hier parall zur Austrittsebene des Rohres 20 verlaufende Kante anhand eines gekrümmten Verlaufs wieder auf Stufe Austrittsebene gebracht werden. Der Winkel β', der sich zwischen Tangente der Abrisskante A und Senkrechte zur Austrittsebene des Rohres 20 ausbreitet, ist gleich gross wie Winkel β. Die Vorteile dieser Ausbildung dieser Abrisskante gehen aus EP-0 780 629 A2 unter Dem Kapitel "Darstellung der Erfindung" hervor. Eine weitere Ausgestaltung der Abrisskante zum selben Zweck lässt sich mit brennkammerseitigen torusähnlichen Einkerbungen erreichen. Diese Druckschrift ist einschliessend des dortigen Schutzumfanges was die Abrisskante betrifft ein integrierender Bestandteil vorliegender Beschreibung.8 shows the tear-off edge already mentioned, which emerges at the burner outlet is formed, the pilot burners being shown in more detail in the following FIGS. 9-12. The flow cross-section of the tube 20 receives a transition radius in this area R, the size of which basically depends on the flow within the Tube 20 depends. This radius R is chosen so that the flow turns on puts on the wall and so the swirl number increases sharply. Quantitatively Define the size of the radius R so that it is> 10% of the inside diameter d of the tube is 20. Enlarged compared to a flow without radius the backflow bladder 50 is enormous. This radius R runs up to Exit plane of the tube 20, the angle β between the beginning and end of the Curvature is <90 °. The runs along one leg of the angle β Tear-off edge A into the interior of the tube 20 and thus forms a tear-off step S opposite the front point of the tear-off edge A, the depth of which is> 3 mm. Of course, the one running parallel to the exit plane of the tube 20 here Edge again at the exit plane level using a curved course to be brought. The angle β ', which is between the tangent of the tear-off edge A and spreads perpendicular to the exit plane of the tube 20 is the same size as Angle β. The advantages of this formation of this tear-off edge come from EP-0 780 629 A2 under the chapter "Presentation of the invention". Another configuration the tear-off edge for the same purpose can be used with the combustion chamber achieve toroidal notches. This publication is including the scope of protection there regarding the tear-off edge is an integral part present description.

Fig. 9 zeigt in schematisierter Darstellung ein Pilotbrennersystem 300 und eine mit diesem in Wirkverbindung stehende Konfiguration von Wirbelgeneratoren 400. Die hier ersichtliche Kammer 302 verläuft ringförmig innerhalb des entsprechenden Abschnittes des Mischrohres 20. Die Eindüsung eines Brennstoffes in die Heissgase geschieht durch eine Anzahl Düsen 301, welche um den Brennraum 30 herum angeordnet sind. Diese Eindüsung steht in Wirkverbindung mit den einzelnen in Umfangsrichtung angeordneten Wirbelgeneratoren resp. mit den von diesen gebildeten Wirbelzöpfen 401. Die Ausgestaltung sowohl des Pilotbrennersystems 300 als auch der Wirbelgeneratoren 400 geht aus den nachfolgenden Fig. 10-12 näher hervor. 9 shows a schematic diagram of a pilot burner system 300 and one with this related configuration of vortex generators 400. Die Chamber 302 shown here runs in a ring within the corresponding one Section of the mixing tube 20. The injection of a fuel into the hot gases happens through a number of nozzles 301, which around the combustion chamber 30 are arranged. This injection is in operative connection with the individual in the circumferential direction arranged vortex generators. with those of these formed vortex braids 401. The design of both the pilot burner system 300 and the vortex generators 400 are shown in the following FIGS. 10-12 out closer.

Fig. 10 zeigt ein Gesamtbild des endseitigen Teils des Mischrohres 20, in welchem das Pilotbrennersystem und die Wirbelgeneratoren untergebracht sind, wobei dieser Teil als applizierbar ausgestaltet ist, wie beispielsweise die Befestigungsbohrungen andeuten. Endseitig und brennraumseitig dieses Teils sind innerhalb der Abrisskante (Vgl. Fig. 8) in Umfangsrichtung verteilt eine Anzahl von Einschnitten 402 vorgesehen, welche im Verbund mit der Gasströmung innerhalb des Mischrohres als Wirbelgeneratoren wirken. Diese Einschnitte sind, was ihre Grösse, Anzahl in Umfangsrichtung und ihren Verlauf betrifft, verschiedenartig ausgebildet, je nachdem wie gross, wie stark und wie gerichtet die daraus entstehenden Wirbelzöpfe (Vgl. Fig. 9, Pos. 401) ausfallen sollen, damit das angestrebte Ziel erreicht werden kann. Durch die Eindüsung des Brennstoffes in die entsprechend qualitativ ausgebildeten Wirbelzöpfe wird die Durchmischung erheblich verbessert und die Schadstoff-Emissionen stark reduziert. Darüber hinaus, die im Bereich der Wirbelgeneratoren 402 sich bildenden Flammenfront und Rückströmzone (Vgl. Fig. 1) werden durch diese Eindüsung des Brennstoffes, gepaart mit den dort sich bildenden Wirbelzöpfen (Vgl. Fig. 9, Pos. 401) sowie in Wirkverbindung mit der Abrisskante (Vgl. Fig. 8), stark stabilisiert, wobei diese Stabilisierung bis nahe der mageren Löschgrenze reicht. Die Ausgestaltung der Wirbelgeneratoren beschränkt sich nicht auf die hier gezeigte Ausführung. Statt Einschnitte lässt sich die angestrebte Verwirbelung auch durch Aufsetzung geeigneter Formen im Endbereich des Mischrohres erzielen.10 shows an overall picture of the end part of the mixing tube 20, in which the pilot burner system and the vortex generators are housed, whereby this part is designed to be applicable, such as the mounting holes suggest. End and combustion chamber side of this part are inside the tear-off edge (see FIG. 8) distributed in the circumferential direction a number of Incisions 402 are provided, which in conjunction with the gas flow within of the mixing tube act as vortex generators. These cuts are what theirs Size, number in the circumferential direction and their course concerns, in various ways trained, depending on how big, how strong and how directed the resulting Vortex braids (see Fig. 9, item 401) should fail so that the desired Goal can be achieved. By injecting the fuel into the corresponding The mixing becomes significant with qualitatively trained peg braids improved and pollutant emissions greatly reduced. In addition, the im Area of the vortex generators 402 forming flame front and backflow zone (See Fig. 1) are paired with this injection of the fuel the vortex braids forming there (see Fig. 9, item 401) and in operative connection with the tear-off edge (see FIG. 8), strongly stabilized, this stabilization to close to the lean extinguishing limit. The design of the vortex generators is not limited to the version shown here. Instead of cuts the desired turbulence can also be achieved by setting up suitable forms in the Achieve the end area of the mixing tube.

Fig. 11 und 12 zeigen die als Wirbelgeneratoren wirkenden Einschnitte 402 aus verschiedenen Ansichten. Die hier gezeigten Einschnitte verlaufen entlang der Hinterseite der Abrisskante mit zunehmender Einschnittiefe, und bilden in etwa eine halbkegelstumpfförmige Bahn. Der Verlauf dieser Bahn ist dabei gegenüber der Mittelachse des Mischrohres schräg bis schräg-radial angelegt, wie dies aus Fig. 12 hervorgeht. Der Verlauf dieser Einschnitte richtet sich nach der Qualität der zu bildenden Wirbelzöpfe. Die Richtung 303 der Eindüsung des Brennstoffes durch die Düsen 301 richtet sich nach dem zu erzielenden Pilotierungseffekt; vorzugsweise wird diese Brennstoffeindüsung gegenüber der Hauptströmung im Mischrohr tangential gehalten, wie dies aus Fig. 12 hervorgeht, wobei der Grad der tangentialen Brennstoffeindüsung von Fall zu Fall ausgelegt wird. Die Speisung des Pilotbrennersystems 300 mit Brennstoff lässt sich durch eine innere Zuleitung durch das Mischrohr erzielen, oder von aussen Brennstoff in die Kammer 302 fördert.11 and 12 show the incisions 402 acting as vortex generators different views. The incisions shown here run along the Behind the tear-off edge with increasing incision depth, and form approximately a truncated cone-shaped path. The course of this path is opposite the center axis of the mixing tube is applied obliquely to obliquely-radial, as seen from Fig. 12 emerges. The course of these cuts depends on the quality of the peg braids to be formed. Direction 303 of fuel injection through the nozzles 301 depends on the piloting effect to be achieved; preferably this fuel injection is compared to the main flow in the Mixing tube held tangential, as shown in Fig. 12, the degree the tangential fuel injection is designed on a case-by-case basis. The feed of the pilot burner system 300 with fuel can be through an internal feed line achieve through the mixing tube, or fuel from the outside into the chamber 302 promotes.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Buchsenringjack ring
2020: Mischrohr, Teil der Mischstrecke 220Mixing tube, part of the mixing section 220
2121: Bohrungen, OeffnungenHoles, openings
3030: Brennkammer, BrennraumCombustion chamber, combustion chamber
4040: Strömung, Rohrströmung im Mischrohr, HauptströmungFlow, pipe flow in the mixing pipe, main flow
5050: Rückströmzone, RückströmblaseBackflow zone, backflow bubble
6060: BrennerachseBrenner
100100: Drallerzeugerswirl generator
101, 102101, 102: Kegelförmige TeilkörperPartial conical body
101a101: Ringförmiger AnfangsteilAnnular initial part
101b, 102b101b, 102b: LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry
103103: Brennstoffdüsefuel nozzle
104104: Brennstoffeindüsungfuel injection
105105: Brennstoffspray (Brennstoffeindüsungsprofil)Fuel spray (fuel injection profile)
108, 109108, 109: Brennstoffleitungenfuel lines
112112: Flüssiger BrennstoffLiquid fuel
113113: Gasförmiger BrennstoffGaseous fuel
114114: Kegelhohlraumconical cavity
115115: Verbrennungsluft (Verbrennungsluftstrom)Combustion air (combustion air flow)
116116: Brennstoff-Eindüsung aus den Leitungen 108, 109 Fuel injection from lines 108, 109
117117: Brennstoffdüsenfuel nozzles
119, 120119, 120: Tangentiale LufteintrittsschlitzeTangential air inlet slots
121a, 121b121a, 121b: Leitblechebaffles
123123: Drehpunkt der LeitblechePivot point of the guide plates
130, 131, 132, 133130, 131, 132, 133: Teilkörperpartial body
131a, 131a, 132a, 133a131a, 131a, 132a, 133a: LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry
140, 141, 142, 143140, 141, 142, 143: Schaufelprofilförmige TeilkörperVane-shaped partial body
140a, 141 a, 142a, 143a140a, 141a, 142a, 143a: LängssymmetrieachsenLongitudinal axes of symmetry
150150: Brennstoffkonzentrationfuel concentration
160160: Luftmenge, MischluftAir volume, mixed air
161161: Bohrungen, OeffnungenHoles, openings
170170: Brennstoff-InjektorenFuel injectors
180180: Ringförmige LuftkammerAnnular air chamber
190190: Ringring
200200: Uebergangsstück, Teil der Mischstrecke 220Transition piece, part of the mixing section 220
201201: UebergangskanäleTransition passages
220220: Mischstreckemixing section
300300: PilotbrennersystemPilot burner system
301301: Brennstoffdüsefuel nozzle
302302: Kammerchamber
303303: Brennstoffeindüsungfuel injection
400400: Wirbelgeneratorenvortex generators
401401: Wirbelzöpfeturbulence braids
402402: Einschnittecuts
AA: Abrisskantetear-off edge
RR: Radiusradius
SS: Abrissstufebreakaway step
TT: Tangentetangent
dd: Innendurchmesser des Rohres (Mischrohres 20)Inner diameter of the tube (mixing tube 20)
β, β'β, β ': Winkelangle

Claims

Burner for operating a heat generator, the burner essentially comprising a swirl generator (100) for a combustion-air flow and means for injecting at least one fuel into the combustion-air flow, a mixing section (220) being arranged downstream of the swirl generator and having, inside a first part of the section in the direction of flow, a number of transition passages (201) for passing a flow formed in the swirl generator into a mixing tube (20) arranged downstream of these transition passages, a pilot burner system (300) being arranged in the lower region of the mixing tube (20), characterized in that the pilot burner system (300) is in interaction with vortex generators (400) arranged on the end of the mixing tube (20).
Burner according to Claim 1, characterized in that a fuel (303) can be injected from the pilot burner system (300) into the vorticity (401) formed by the vortex generators (400).
Burner according to Claim 2, characterized in that the fuel (303) can be injected tangentially relative to the main flow in the mixing tube (20).
Burner according to Claim 1, characterized in that the vortex generators (400) consist of a number of notches (402) made on the end of the mixing tube (20) in the peripheral direction of the latter.
Burner according to Claim 3, characterized in that the notches (402) run obliquely to obliquely/radially relative to the cross section of flow of the mixing tube (20).
Burner according to Claim 1, characterized in that the burner front of the mixing tube (20) to the downstream combustion space (30) is formed with a breakaway edge (A).
Burner according to Claim 1, characterized in that the number of transition passages (201) in the mixing section (220) corresponds to the number of partial flows formed by the swirl generator (100).
Burner according to Claim 1, characterized in that the mixing tube (20) arranged downstream of the transition passages (201) is provided with openings (21) in the direction of flow and in the peripheral direction for injecting an air flow into the interior of the mixing tube (20).
Burner according to Claim 10 [sic], characterized in that the openings (21) run at an acute angle relative to the burner axis (60) of the mixing tube (20).
Burner according to Claim 1, characterized in that the cross section of flow of the mixing tube (20) downstream of the transition passages (201) is less than, equal to or greater than the cross section of the flow (40) formed in the swirl generator (100, 100a).
Burner according to Claim 1, characterized in that a combustion chamber (30) is arranged downstream of the mixing section (220), in that there is a jump in cross section between the mixing section (220) and the combustion chamber (30), which jump in cross section induces the initial cross section of flow of the combustion chamber (30), and in that a backflow zone (50) can take effect in the region of this jump in cross section.
Burner according to Claim 1, characterized in that there is a diffuser and/or a venturi section upstream of the burner front.
Burner according to Claim 1, characterized in that the swirl generator (100) comprises at least two hollow, conical sectional bodies (101, 102; 130, 131, 132, 133; 140, 141, 142, 143) which are nested one inside the other in the direction of flow, in that the respective longitudinal symmetry axes (101b, 102b; 130a, 131a, 132a, 133a; 140a, 141a, 142a, 143a) of these sectional bodies run mutually offset in such a way that the adjacent walls of the sectional bodies form ducts (119, 120), tangential in their longitudinal extent, for a combustion-air flow (115), and in that at least one fuel nozzle (103) can take effect in the interior space (114) formed by the sectional bodies.
Burner according to Claim 13, characterized in that further fuel nozzles (117) are arranged in the region of the tangential ducts (119, 120) in their longitudinal extent.
Burner according to Claim 13, characterized in that the sectional bodies (140, 141, 142, 143) have a blade-shaped profile in cross section.
Burner according to Claim 13, characterized in that the sectional bodies have a fixed cone angle, or increasing conicity, or decreasing conicity in the direction of flow.
Burner according to Claim 13, characterized in that the sectional bodies are nested spirally one inside the other.