Verfahren zur Brennstoffeinspritzung in einem Brenner

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahre u Einspritzung von Brennstoff in einen Brenner, welcher als Doppelkegelbrenner ausgebildet ist, sowie einen Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens.

STAND DER TECHNIK

[0002] Bei Brennern, welche flüssigen oder gasförmigen Brennstoff einem Brennraum zuführen, wo der Brennstoff an einer Flammfront verbrennt, treten häufig sogenannte thermoakustische Schwankungen auf. So auch z.B., aber nicht ausschliesslich, beim sehr erfolgreich eingesetzten sogenannten Doppelkegelbrenner, wie er in der EP 0 321 809 beschrieben ist. Neben der strömungstechnischen Stabilität sind Mischungsbruchschwankungen ein Hauptgrund für das Auftreten von derartigen thermoakustischen Instabilitäten. Strömungsmechanische Instabilitätswellen, die am Brenner entstehen, führen zur Ausbildung von Wirbeln (kohärente Strukturen), die die Verbrennung beeinflussen und zu periodischer Wärmefreisetzung mit den damit verbundenen Druckschwankungen führen können. Die fluktuierende Luftsäule im Brenner führt zu Schwankungen im Mischungsbruch mit den damit verbundenen Schwankungen in der Wärmefreisetzung.

[0003] Diese thermoakustischen Schwingungen stellen eine Gefahr für jede Art von Verbrennungsanwendung dar. Sie führen zu Druckschwingungen hoher Amplitude, zu einer Einschränkung des Betriebsbereiches und können die Schadstoffemissionen erhöhen. Dies trifft insbesondere für Verbrennungssysteme mit geringer akustischer Dämpfung zu. Um in Bezug auf Pulsationen und Emissionen eine hohe Leistungskonversion über einen weiten Betriebsbereich zu ermöglichen, kann eine aktive Kontrolle der Verbrennungsschwingungen notwendig sein. Kohärente Strukturen spielen eine entscheidende Rolle bei Mischungsvorgängen zwischen Luft und Brennstoff. Die Dynamik dieser Strukturen beeinflusst demzufolge die Verbrennung und damit die Wärmefreisetzung. Durch Beeinflussung der Scherschicht zwischen dem Frischgasgemisch und dem rezirkulierten Abgas ist eine Kontrolle der Verbrennungsinstabilitäten möglich (z. B. Paschereit et al., 1998, "Structure and Control of Thermoacoustic Instabilities in a Gas-turbine Bumer", Combustion, Science & Technology, Vol. 138, 213-232). Eine Möglichkeit dazu ist die akustische Anregung (EP 0 918 152 A1).

[0004] Durch Brennstoffstaging lässt sich die Flammenposition beeinflussen und damit der Einfluss von Strömungsinstabilitäten als auch Zeitverzugseffekten vermindern.

[0005] Ein weiterer Mechanismus, der zu thermoakustischen Schwingungen führen kann, sind Schwankungen im Mischungsbruch zwischen Brennstoff und Luft

[0006] In DE 44 46 945 A1 wird ein Doppelkegelbrenner offenbart, bei dem die Verzugszeit von der Eindüsung bis zur Verbrennung für alle Brennstoffströme gleich gross ist, so dass hier nachteilig thermoakustische Schwingungen auftreten. Bei dem in EP 0 592 717 A1 beschriebenen Vormischbrenner ist die Brennstoffkonzentration am Austritt des Brenners im Bereich der Brennerachse grösser als die mittlere Brennstoffkonzentration in der Austrittsebene des Brenners. Damit kann die Brennkammer nahe der mageren Löschgrenze betrieben werden. Schliesslich ist aus DE 198 09 364 A1 ein Brenner bekannt, bei welchem über axial verteilte Brennstoffdüsen Brennstoff eingedüst wird, um die Brennerstabilität durch Dämpfung der Amplitudenänderung zu verbessern. Der Brenner wird dabei so betrieben, dass es zu einer Entkopplung des Brennstoffes von der Verbrennung kommt und die dynamische Druckinstabilität in der Brennkammer verkleinert wird.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0007] Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Brenne der Doppelkegelbauart zur Durchführung eines derartigen Verfahrens anzugeben, bei welchem das Auftreten derartiger thermoakustischer Schwingungen vermindert oder sogar vermieden wird.

[0008] Es handelt sich dabei um ein Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in einen Brenner, welcher Brenner einen von wenigstens einer Schale umschlossenen Innenraum umfasst, bei welchem Brennstoff durch Brennstoffdüsen in einen im Innenraum strömenden Verbrennungsluftstrom eingedüst wird, das entstehende Brennstoff/Luft-Gemisch innerhalb einer Verzugszeit τ zu einer Flammfront in einen Brennraum strömt, und dort entzündet, wobei es sich beim Brenner (1) um einen Doppelkegelbrenner handelt, bei welchem der Brenner (1) aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörpern (8,9), welche in Strömungsrichtung eine zunehmende Kegelneigung aufweisen, und welche Teilkegelkörper (8,9) zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Verbrennungsluft (23) durch einen Spalt (7) zwischen den Teilkegelkörpern (8,9) in den Innenraum (22) strömt, gebildet wird. Bei einem derartigen Verfahren werden thermoakustische Schwingungen erfindungsgemäss verringert oder sogar ganz vermieden, indem der Brennstoff derart mittels über die gesamte Brennerlänge verteilter und auf den Konusoberflächen der Teilkegelkörper (8,9) auf einen bestimmten Bereich der Flammfront speisenden Linien (20) angeordneter Brennstoffdüsen eingedüst wird, dass die Verzugszeit τ zwischen Eindüsung des Brennstoffs und dessen Verbrennung an der Flammfront für die verschiedenen Brennstoffdüsen einer über die Brennerlänge systematisch variierenden Verteilung entspricht, welche verbrennungsgetriebene Schwingungen vermeidet.

[0009] Bei einem konventionellen Brenner ist erfahrungsgemäss für alle der über die Brennerlänge verteilten Brennstoffdüsen die Verzugszeit τ zwischen Eindüsungsort und effektiver Verbrennung an der Flammfront im wesentlichen gleich. Man findet eine von der Eindüsungsposition unsystematische leichte Variation um einen Mittelwert. Dies führt dazu, dass sich thermoakustische Schwingungen leicht aufbauen können. Der Kern der Erfindung besteht nun also darin, den Brennstoff derart in den Verorennungsluftstrom einzudüsen, dass sich keine im wesentlichen für alle über die gesamte Brennerlänge verteilten Brennstoffdüsen gleiche Verzugszeit τ zwischen Eindüsungsort und effektiver Verbrennung an der Flammfront einstellt, sondern dass die Verzugszeit eine über die Brennerlänge systematisch variierende Verteilung annimmt.

[0010] Ein erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der maximale Zeitverzug τ_max zwischen Eindüsungsort und Flammfront im Bereich von τ_max = 5-50 ms liegt, und dass insbesondere bevorzugt bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches im Innenraum im Bereich von 20-50 m/s der maximale Zeitverzug τ_max im Bereich von τ_max = 5-15 ms liegt, dies unter Berücksichtigung der Verschiebung der Flammfrontposition in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit. Wird das Verfahren unter derartigen Bedingungen angewendet, so können die thermoakustischen Schwingungen besonders gut verringert werden.

[0011] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Brennstoff derart eingedüst, dass die Zeitverzugsverteilung über die Brennerlänge zum Brennerende hin vom Maximalwert τ_max um eine maximale Verzugsdifferenz Δτ im wesentlichen linear abnehmend zu einem Minimalwert beim Brennerende von τ_max - Δτ gestaltet ist. Diese einfache Verteilung kann mit relativ wenig Aufwand realisiert werden und zeigt eine effiziente Wirkung. Es zeigt sich, dass bevorzugt die Verzugsdifferenz Δτ in den Bereich von 10-90% des Maximalwerts τ_max, insbesondere in den Bereich von mehr als 50 % des Maximalwerts τ_max eingestellt wird

[0012] Bei dem Verfahren handelt es sich um einen Doppelkegelbrenner, bei welchem der Brenner aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörpern, welche in Strömungsrichtung eine zunehmende Kegelneigung aufweisen, und welche Teilkegelkörper zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Verbrennungsluft durch einen Spalt zwischen den Teilkegelkörpern in den Innenraum strömt, gebildet wird. Gerade bei diesem, bereits oben genannten, vormischartigen Doppelkegelbrenner lässt sich das Verfahren besonders günstig anwenden.

[0013] Des weiteren betrifft die Erfindung einer Doppelkegelbrenner zur Durchführung des obigen Verfahrens, bei dem die Brennstoffdüsen auf den Konusoberflächen der Teikegelkörper auf Linien für einen Bereich der Flammfront angeordnet sind wobei die Brennstoffdüsen in Gruppen aufgeteilt sind, und wobei jeweils eine Gruppe von Brennstoffdüsen auf einer Linie derart angeordnet ist, dass alle Brennstoffdüsen einer Gruppe für die Speisung des gleichen Bereichs in der Flammfront zuständig sind. Insbesondere bevorzugt werden bei einem derartigen Brenner die Brennstoffdüsen derart verteilt, dass die Anzahl von Linien grösser ist als die mittlere Anzahl von Brennstoffdüsen einer Gruppe. Es zeigt sich dabei, dass eine Aufteilung der insgesamt 32 Düsen eines Doppelkegelbrenners in 8 Gruppen auf 8 Linien mit je 4 Düsen vorteilhaft ist.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

[0014] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1a)

einen konventionellen Doppelkegelbrenner mit typischer Brennstoffeindüsung;

Fig. 1b)

die bei einem Brenner nach Fig. 1a) auftretende schematisierte Verzugszeitverteilung über die Brennerlänge;

Fig. 2

eine lineare Verzugszeitverteilung;

Fig. 3

eine zweidimensionale Stabilitätsanalyse von Verzugszeitverteilungen;

Fig. 4a)

einen Doppelkegelbrenner mit verteilter Brennstoffdüsenanordnung; und

Fig. 4b)

mögliche Verzugszeitenverteilungen bei einem Brenner nach Fig. 4a).

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0015] Beeinflusst man den Zeitverzug zwischen der Brennstoffeindüsung und der periodischen Wärmefreisetzung, d.h. der Flammfront, kann man die Verbrennungsinstabilitäten kontrollieren. Der Grundgedanke der Erfindung ist, den Zeitverzug τ zwischen der periodischen Wärmefreisetzung an der Flammfront und der Druckschwankung bei der Eindüsung zu stören, so dass das Rayleigh-Kriterium


nicht mehr erfüllt ist, d.h. Wärmefreisetzung und Druckmaximum nicht mehr in Phase sind. Damit ist der treibende Mechanismus für das Auftreten von thermoakustischen Schwingungen unterbunden. Die Darstellung des Rayleigh-Kriteriums nach Fouriertransformation im Frequenzbereich zeigt diesen Zusammenhang noch deutlicher:


wobei S_pq das Kreuzspektrum zwischen Druckfluktuationen p' und Fluktuationen der Wärmefreisetzung q' darstellt und φ_pq die Phasendifferenz. Durch Wahl der korrekten Phasendifferenz zwischen Wärmefreisetzung (beeinflussbar durch den Zeitverzug) und dem Drucksignal kann der Rayleigh-Index auf G(x) < 0 eingestellt werden und damit ist das System gedämpft.

[0016] Es zeigt sich nun, dass der Zeitverzug vom Eindüsungsort bei den Brennstoffdüsen bis zur Flammfront bei bestehenden Vormischbrennern über die gesamte Eindüsungslänge des

[0017] Vormischgases in bestimmten Betriebspunkten konstant ist. So z.B. bei einem Doppelkegelbrenner nach dem Stand der Technik wie in Fig. 1a) dargestellt.

[0018] In diesem beispielhaft zu verstehenden Längsschnitt durch einen Doppelkegelbrenner 1, wie er z.B. aus der EP 0 321 809 bekannt ist, ist der obere Spalt 7 zwischen den beiden konischen Brennerschalen 8 und 9 erkennbar. Die Verbrennungsluft 23 tritt durch diesen Spalt 7 an den über die Brennerlänge verteilten Brennstoffdüsen 6 vorbei in den Innenraum 22, wobei der Brennstoff von der vorbeiströmenden Luft 23 erfasst und umschlossen wird. Im Innenraum 22 des Brenners 1 strömt der Verbrennungsluftstrom unter Ausbildung einer sich in

[0019] Strömungsrichtung ausbreitenden kegelförmigen Brennstoffsäule entlang der Stomlinien 5.

[0020] Das Brennstoff/Luft-Gemisch gelangt dann in den Brennraum 2, wo es an einer Flammfront 3 entzündet.

[0021] Bei einem derartigen Doppelkegelbrenner ist die Verzugszeit τ, die zwischen der Eindüsung an den Brennstoffdüsen 6 bis zur Entzündung an der Flammfront 3 verstreicht, nahezu konstant für alle Positionen der Brennstoffdüsen, wie dies in Fig. 1b) schematisch dargestellt ist (die Koordinate x erstreckt sich dabei vom Ausgang 10 des Brenners 1 zu dessen hinterem Ende, d.h. in der Figur 1a) von rechts nach links). Es kann mit anderen Worten keine systematische Variation der Verzugszeiten τ in Funktion der Brennstoffdüsenposition entlang des Brenners 1 beobachtet werden (z.B. kürzere Verzugszeiten für Düsen 6 nahe beim Brenneraustritt 10), sondern vielmehr eine mehr oder weniger zufällig erscheinende, um einen Mittelwert nur wenig schwankende Verteilung als Funktion des Eindüsungsortes x.

[0022] Wie in Fig. 2 dargestellt, wird nun erfindungsgemäss vorgeschlagen, anstelle des bisher im wesentlichen konstanten Zeitverzugs von der Brennstoffeindüsung 6 bis zur Flammfront 3 eine Verteilung der Verzugszeit über die Brennerlänge einzustellen. Die Verteilung wird in einer ersten Wahl so eingestellt, dass die Verzugszeiten τ um eine Verzugszeitendifferenz Δτ linear variiert, und zwar von einem Minimum τ_max-Δτ zum Maximum im hinteren Brennerbereich von τ_max linear zunehmend.

[0023] In einer zweidimensionalen Darstellung ist in Fig. 3 die Brennerstabilität als Funktion der Parameter Δτ (x-Achse) und τ_max (y-Achse) für eine Verzugszeitverteilung wie in Fig. 2 angegeben. Als einzelne Messwerte sind dabei exemplarisch drei Werte für das Verhalten bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten im Brenner angegeben: für niedrige Strömungsgeschwindigkeit 17, für mittlere Strömungsgeschwindigkeit 18 und für hohe Strömungsgeschwindigkeit 19. Allgemein zeigt es sich, dass sich zwei grundsätzlich instabile, hier schraffierte Bereiche ausbilden. Auf der einen Seite ein unstabiler Bereich 16 kurzer Verzugszeiten.

[0024] Fast unabhängig von der Wahl von Δτ ist der Brenner hier nicht akustisch stabil für derart hohe Strömungsgeschwindigkeiten. Ein zweiter, inselartiger Bereich 13 unstabilen Verhaltens findet sich für niedrige Geschwindigkeiten, d.h. hohe Werte von τ_max, und für kleine Werte von Δτ.

[0025] Es ist nun leicht erkennbar, dass sich die Stabilität eines Brenners, der mit seinen typischen Betriebswerten meist nahe der Insel 13 arbeitet, sowohl durch eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit gemäss Pfeil 15 stabilisiert werden kann, als auch durch eine Erhöhung der Verzugszeitendifferenz Δτ, d.h. durch eine Verschiebung des Betriebspunktes in der Graphik gemäss Pfeil 14 nach rechts. Da aus praktischen Gründen der Wert von τ_max nicht einfach immer in den stabilen niedrigen Bereich gem. 15 verschoben werden kann, ist eine Verschiebung mittels Einstellung erhöhter Verzugseitendifferenzen Δτ, d.h. über stärker gespreizte Verzugszeiten, oftmals eine effiziente und realisierbare Alternative.

[0026] Typischerweise liegen die Verzugszeiten bei Brennern im Bereich von τ = 5-50 ms, bei Doppelkegelbrennern normalerweise im Bereich von 5-15 ms bei Strömungsgeschwindigkeiten von 10-50 m/s. Δτ kann nun in einem weiten Bereich variiert werden, typischerweise finden aber Variationen von Δτ = 0.5 τ_max Anwendung, bei Doppelkegelbrennern erweist sich eine Variation von Δτ ≥ 0.5 τ_max als besonders vorteilhaft.

[0027] Technisch realisieren lässt sich eine derartige Verteilung an einem als Ausführungsbeispiel dienenden Doppelkegelbrenner wie bereits in Fig. 1 dargestellt über eine einfache Modifikation der Brennstoffeinspritzung in den Verbrennungsluftstrom 23. Die Brennstoffdüsen 6 werden hier nicht mehr unmittelbar an der Spalte 7 zwischen den beiden Schalen 8 und 9 angeordnet, sondern werden auf resp. in die Konusoberflächen der Elemente 8 und 9 eingelassen, und dadurch systematisch die Verzugszeiten eingestellt. Die Brennstoffdüsen 6 können dafür in Gruppen aufgeteilt werden, und jeweils die Brennstoffdüsen einer Gruppe werden dabei auf Linien 20 angeordnet, die den Stromlinien entlang der Brennerkontur folgen. Düsen einer Gruppe speisen einen bestimmten Bereich der Flammfront, allerdings mit unterscheidlicher Verzugszeit τ zwischen Moment der Eindüsung und Ankunft an der Flammfront 3. Dabei ist es von Vorteil, möglichst viele Gruppen zu bilden um zusätzliche zur Streuung des Zeitverzugs eine gleichmässig vertieilte Flamme auszubilden. Bei der für Doppelkegelbrenner wegen des Druckabfalls typischen Zahl von 32 Düsen, ist z.B. eine Aufteilung auf 8 Gruppen, deren jeweils 4 Düsen (je zwei pro Konus 8 resp. 9) auf 8 Linien gleichen Zeitverzugs angeordnet werden, geeignet, um die thermoakustischen Schwingungen zu verhindern.

[0028] Eine Anordnung der Brennstoffdüsen 6 auf derartigen Linien 20 erlaubt nun die Einstellung von Verzugszeitenverteilungen in einem ganzen Bereich 21, wie sie in Fig. 4b) dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen der Brennstoffdüsen an resp. in einem Brenner möglich, welche zu einer gezielten, thermoakustische Schwingungen verhindernden systematischen Verteilung der Verzugszeiten führen, und das vorgestellte Ausführungsbeispiel sowie die angegebenen, im wesentlichen linearen Verteilungen sind nur beispielhaft zu verstehen.

BEZEICHNUNGSLISTE

[0029] 

1

Doppelkegelbrenner

2

Brennraum

3

Flammfront

4

Wand des Brennraums

5

Stromlinien des Brennstoff/Luft Gemisches

6

Brennstoffdüsen

7

Spalt zwischen den konischen Brennerschalen

8

Innere konische Brennerschale bei 7

9

Äussere konische Brennerschale bei 7

10

Vorderes Ende des Doppelkegelbrenners

11

Konstanter Zeitverzug

12

Zeitverzugsverteilung

13

Unstabiler Bereich hoher Verzugszeiten

14

Stabilisierende Verschiebung nach grossen Verteilungsbreiten

15

Stabilisierende Verschiebung nach kurzen Verzugszeiten

16

Unstabiler Bereich kurzer Verzugszeiten

17

Verhalten bei niedriger Strömungsgeschwindigkeit

18

Verhalten bei mittlerer Strömungsgeschwindigkeit

19

Verhalten bei hoher Strömungsgeschwindigkeit

20

Linien für gleichen Bereich der Flammfront

21

Einstellbarer Zeitverzugsbereich

22

Innenraum

23

Verbrennungsluftstrom

Ansprüche

1. Verfahren zur Einspritzung von Brennstoff in einen Brenner (1), welcher Brenner (1) einen von wenigstens einer Schale (8,9) umschlossenen Innenraum (22) umfasst, bei welchem Brennstoff durch Brennstoffdüsen (6) in einen im Innenraum (22) strömenden Verbrennungsluftstrom (23) eingedüst wird, das entstehende Brennstoff/Luft-Gemisch innerhalb einer Verzugszeit (τ) zu einer Flammfront (3) in einen Brennraum (2) strömt, und dort entzündet, wobei es sich beim Brenner (1) um einen Doppelkegelbrenner handelt, bei welchem der Brenner (1) aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörpern (8,9), welche in Strömungsrichtung eine zunehmende Kegelneigung aufweisen, und welche Teilkegelkörper (8,9) zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Verbrennungsluft (23) durch einen Spalt (7) zwischen den Teilkegelkörpern (8,9) in den Innenraum (22) strömt, gebildet wird, wobei
der Brennstoff derart mittels über die gesamte Brennerlänge verteilter und auf den Konusoberflächen der Teilkegelkörper (8,9) auf einen bestimmten Bereich der Flammfront speisenden Linien (20) angeordneter Brennstoffdüsen (6) eingedüst wird, dass die Verzugszeit (τ) zwischen Eindüsung des Brennstoffs und dessen Verbrennung an der Flammfront (3) für die verschiedenen Brennstoffdüsen einer über die Brennerlänge systematisch variierenden Verteilung (12) entspricht, welche verbrennungsgetriebene Schwingungen vermeidet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Zeitverzug (τ_max) zwischen Eindüsungsort (6) und Flammfront (3) im Bereich von τ_max = 5-50 ms liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Strömungsgeschwindigkeit des Brennstoff/Luft-Gemisches im Innenraum im Bereich von 20-50 m/s der maximale Zeitverzug (τ_max) im Bereich von τ_max = 5 - 15 ms liegt.

4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff derart eingedüst wird, dass die Zeitverzugsverteilung (12) über die Brennerlänge zum Brennerende (10) hin vom Maximalwert τ_max um eine maximale Verzugsdifferenz (Δτ) im wesentlichen linear abnehmend zu einem Minimalwert beim Brennerende (10) von τ_max - Δτ gestaltet ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzugsdifferenz (Δτ) im Bereich von 10-90% des Maximalwerts (τ_max), insbesondere im Bereich von mehr als 50 % des Maximalwerts (τ_max) liegt.

6. Brenner (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Brenner (1) einen von wenigstens einer Schale (8,9) umschlossenen Innenraum (22) umfasst, bei welchem Brennstoff mittels entlang der gesamtem Brennerlänge angeordneter Brennstoffdüsen (6) in einen im Innenraum (22) strömenden Verbrennungstuftstrom (23) eingedüst wird, das entstehende Brennstoff/Luft-Gemisch innerhalb einer Verzugszeit (τ) zu einer Flammfront (3) in einen Brennraum (2) strömt, und dort entzündet, wobei es sich beim Brenner (1) um einen Doppelkegelbrenner handelt, bei welchem der Brenner (1) aus mindestens zwei aufeinander positionierten hohlen Teilkegelkörpern (8,9) die zueinander versetzt angeordnet sind, so dass die Verbrennungsluft (23) durch einen Spalt (7) zwischen den Teilkegelkörpern (8,9) in den Innenraum (22) strömt, gebildet wird, wobei die Brennstoffdüsen auf den Konusoberflächen der Teilkegelkörper (8,9) auf einen bestimmten Bereich der Flammfront speisenden Linien (20) angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkegelkörper (8, 9) in Strömungsrichtung eine zunehmende Kegelneigung aufweisen.

7. Brenner (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüsen (6) in Gruppen aufgeteilt sind, wobei jeweils eine Gruppe von Brennstoffdüsen (6) auf einer Linie (20) derart angeordnet ist, dass alle Düsen (6) der Gruppe einen bestimmten Bereich der Flammfront (3) mit unterschiedlichem Zeitverzug (τ) speisen.

8. Brenner (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl von Linien (20) grösser ist als die mittlere Anzahl von Brennstoffdüsen (6) einer Gruppe.

9. Brenner (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner insgesamt 32 Düsen aufweist, welche in 8 Gruppen auf 8 Linien (20) mit je 4 Düsen aufgeteilt sind.

Claims

1. Method for injecting fuel into a burner (1), which burner (1) comprises an interior space (22) which is enclosed by at least one shell (8, 9), in which fuel is injected through fuel nozzles (6) into a combustion air flow (23) which flows in the interior space (22), the resulting fuel/air mixture, within a delay time (τ), flows towards a flame front (3) into a combustion chamber (2), and ignites there, wherein the burner (1) is a double-cone burner, in which the burner (1) is formed from at least two hollow partial cone bodies (8, 9), which are positioned one upon the other and which in the flow direction have an increasing cone inclination, and which partial cone bodies (8, 9) are arranged in an offset manner in relation to each other, so that the combustion air (23) flows into the interior space (22) through a gap (7) between the partial cone bodies (8, 9), wherein
the fuel is injected by means of fuel nozzles (6), which are distributed over the entire length of the burner and arranged on the cone surfaces of the partial cone bodies (8, 9) on lines (20) which feed a defined region of the flame front, in such a way that the delay time (τ) between injection of the fuel and its combustion in the flame front (3) for the different fuel nozzles corresponds to a distribution (12) which systematically varies over the length of the burner, which avoids combustion-driven oscillations.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the maximum time delay (τ_max) between injection location (6) and flame front (3) is in the region of τ_max= 5 - 50 ms.

3. Method according to Claim 2, characterized in that at a flow velocity of the fuel/air mixture in the interior space in the region of 20 - 50 m/s, the maximum time delay (τ_max) is in the region of τ_max = 5 - 15 ms.

4. Method according to one of the above claims, characterized in that the fuel is injected in such a way that the time delay distribution (12) over the length of the burner is designed in a way in which it basically linearly decreases towards the burner end (10) from the maximum value τ_max by a maximum delay difference (Δτ) to a minimum value at the burner end (10) of T_max - Δτ.

5. Method according to Claim 4, characterized in that the delay difference (Δτ) is in the region of 10 - 90% of the maximum value (τ_max), especially in the region of more than 50% of the maximum value (τ_max).

6. Burner (1) for implementing a method according to one of Claims 1 to 5, wherein the burner (1) comprises an interior space (22) which is enclosed by at least one shell (8, 9), in which fuel is injected by means of fuel nozzles (6), which are arranged along the entire length of the burner, into a combustion air flow (23) which flows in the interior space (22), the resulting fuel/air mixture within a time delay (τ) flows towards a flame front (3) into a combustion chamber (2), and ignites there, wherein the burner (1) is a double-cone burner, in which the burner (1) is formed from at least two hollow partial cone bodies (8, 9) which are positioned one upon the other and which are arranged in an offset manner in relation to each other, so that the combustion air (23) flows into the interior space (22) through a gap (7) between the partial cone bodies (8, 9), wherein the fuel nozzles are arranged on the cone surfaces of the partial cone bodies (8, 9) on lines (20) which feed a defined region of the flame front, characterized in that the partial cone bodies (8, 9) have an increasing cone inclination in the flow direction.

7. Burner (1) according to Claim 6, characterized in that the fuel nozzles (6) are divided into groups, wherein one group of fuel nozzles (6) is arranged on a line (20) in each case in such a way that all the nozzles (6) of the group feed a defined region of the flame front (3) with a different time delay (τ).

8. Burner (1) according to Claim 7, characterized in that the number of lines (20) is greater than the average number of fuel nozzles (6) of a group.

9. Burner (1) according to Claim 8, characterized in that the burner has altogether 32 nozzles, which are divided into 8 groups on 8 lines (20) with 4 nozzles each.

Revendications

1. Procédé d'injection de combustible dans un brûleur (1), lequel brûleur (1) comprend un espace interne (22) entouré par au moins une coque (8, 9), du combustible étant injecté par des buses à combustible (6) dans un courant d'air comburant (23) affluant dans l'espace interne (22), le mélange air/combustible ainsi formé s'écoulant, en l'espace d'un temps de retard (τ), jusqu'à un front de flamme (3) dans une chambre de combustion (2) et s'y enflammant, le brûleur (1) étant un brûleur à double cône, le brûleur (1) se composant d'au moins deux corps coniques partiels creux positionnés l'un sur l'autre (8, 9) qui présentent, dans la direction de l'écoulement, une pente conique croissante, et qui sont disposés de manière décalée l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'air comburant (23) s'écoule dans l'espace interne (22) par une fente (7) entre les corps coniques partiels (8, 9),
le combustible étant injecté au moyen de buses à combustible (6) réparties sur toute la longueur du brûleur et disposées sur les surfaces coniques des corps coniques partiels (8, 9) sur une plage définie de lignes (20) alimentant le front de flamme, de telle sorte que le temps de retard (τ) entre l'injection du combustible et sa combustion au front de flamme (3) corresponde, pour les différentes buses à combustible, à une répartition (12) variant systématiquement sur la longueur du brûleur, qui évite des oscillations provoquées par la combustion.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le retard maximal (τ_max) entre le lieu d'injection (6) et le front de flamme (3) est compris dans la plage de τ_max = 5-50 ms.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que pour une vitesse d'écoulement du mélange air/combustible dans l'espace interne dans la plage de 20-50 m/s, le retard maximal (τ_max) est compris dans la plage de τ_max = 5-15 ms.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le combustible est injecté de telle sorte que la répartition retardée dans le temps (12) est configurée sur la longueur du brûleur jusqu'à l'extrémité du brûleur (10) depuis la valeur maximale τ_max avec une différence de retard maximale (Δτ) essentiellement en décroissance linéaire jusqu'à une valeur minimale à l'extrémité du brûleur (10) de τ_max - Δτ.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la différence de retard (Δτ) est comprise dans la plage de 10-90% de la valeur maximale (τ_max), notamment dans la plage de plus de 50% de la valeur maximale (τ_max).

6. Brûleur (1) pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, le brûleur (1) comprenant un espace interne (22) entouré par au moins une coque (8, 9), du combustible étant injecté au moyen de buses à combustible (6) disposées le long de toute la longueur du brûleur dans un courant d'air comburant (23) affluant dans l'espace interne (22), le mélange air/combustible ainsi formé s'écoulant, en l'espace d'un temps de retard (τ), jusqu'à un front de flamme (3) dans une chambre de combustion (2) et s'y enflammant, le brûleur (1) étant un brûleur à double cône, le brûleur (1) se composant d'au moins deux corps coniques partiels creux positionnés l'un sur l'autre (8, 9) qui sont disposés de manière décalée l'un par rapport à l'autre, de sorte que l'air comburant (23) afflue dans l'espace interne (22) par une fente (7) entre les corps coniques partiels (8, 9), les buses à combustible étant disposées sur les surfaces coniques des corps coniques partiels (8, 9) sur une plage définie des lignes (20) alimentant le front de flamme, caractérisé en ce que les corps coniques partiels (8, 9) présentent, dans la direction de l'écoulement, une pente conique croissante.

7. Brûleur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les buses à combustible (6) sont divisées en groupes, un groupe de buses à combustible (6) étant à chaque fois disposé sur une ligne de telle sorte que toutes les buses (6) du groupe alimentent une région définie du front de flamme (3) avec un retard différent (τ).

8. Brûleur (8) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le nombre de lignes (20) est supérieur au nombre moyen des buses à combustible (6) d'un groupe.

9. Brûleur (1) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le brûleur présente au total 32 buses qui sont réparties en 8 groupes sur 8 lignes (20) comprenant chacune 4 buses.

Zeichnung