BRENNER FÜR FLUIDISCHE BRENNSTOFFE UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES DERARTIGEN BRENNERS

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für fluidische Brennstoffe, welcher insbesondere wahlweise mit einem gasförmigen oder einem flüssigen Brennstoff als fluidischem Brennstoff zu betreiben ist und in dem vor dem Verbrennen des fluidischen Brennstoffes ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel erfolgt. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Brenners. Der erfindungsgemäße Brenner und das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich insbesondere zum Einsatz in Gasturbinenanlagen.

[0002] In einer Gasturbinenanlage wird in einer Brennkammer ein Luft-Brennstoffgemisch verbrannt, dessen Abgase die Turbine der Gasturbinenanlage in Rotation versetzen und so die thermische Energie des Verbrennungsprozesses in mechanische Energie umwandeln. Zum Verbrennen des Luft-Brennstoffgemisches ist die Brennkammer mit Brennern ausgestattet. Die Brenner sorgen für eine Mischung des Brennstoffes mit der Luft sowie für ein Verbrennen des Gemisches.

[0003] Um die Versorgungssicherheit und die Flexibilität einer Gasturbinenanlage sicherzustellen, sind heutzutage Brenner im Einsatz, welche sowohl mit gasförmigen Brennstoffen als auch mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden können. Ein solcher Brenner ist beispielsweise in DE 42 12 810 A1 offenbart.

[0004] Im Hinblick auf die allgemeinen Bemühungen zum Senken des Schadstoffausstoßes von Gasturbinen ist man bemüht, das Entstehen von Schadstoffen, insbesondere von Stickoxiden (NO_x) zu vermeiden. Die Stickoxide entstehen beim Verbrennungsprozess im Wesentlichen dadurch, dass molekularer Sauerstoff und molekularer Stickstoff aufgespalten werden und des atomare Sauerstoff bzw. der atomare Stickstoff dann mit molekularem Stickstoff bzw. molekularem Sauerstoff zu Stickoxiden reagiert.

[0005] Um insbesondere im Hochlastbereich die Menge der gebildeten Stickoxide gering zu halten, werden moderne Gasturbinenanlagen im sogenannten Vormischmodus betrieben. Dies bedeutet, dass der Brennstoff bereits vor dem Entzünden mit der Luft gemischt wird. Im Unterschied dazu steht der Diffusionsmodus, in welchem einem brennendem Luft-Brennstoffgemisch kontinuierlich Frischluft zugeführt und Brennstoff nachgespritzt wird. Das Mischen des Brennstoffes mit der Luft erfolgt hierbei erst beim Verbrennen. Der Diffusionsmodus kommt im Wesentlichen im Niedriglastbetrieb und beim Anfahren von Gasturbinenanlagen zur Anwendung. Die verschiedenen Betriebszustände einer Gasturbinenanlage sind beispielsweise in M. J. Moore "NOx emission control in gas turbines for combined cycle gas turbine plant" in Proc Instn Mech Engrs Vol 211, Part A, 43-52. Darin ist auch beschrieben, dass in Gasturbinenanlagen zur Reduktion des Schadstoffausstoßes in bestimmten Betriebszuständen Inertstoffe, bspw. Wasser oder Wasserdampf, dem Verbrennungsgemisch zugeführt werden können. Das Wasser bzw. der Wasserdampf senkt dann die Verbrennungstemperatur, was ebenfalls eine Verringerung der Mange an Stickoxiden zur Folge hat.

[0006] Der in DE 42 12 810 beschriebene Brenner kann im Vormischmodus sowohl mit flüssigen Brennstoffen als auch mit gasförmigen Brennstoffen betrieben werden. Dazu umfasst er mindestens eine in den Luftzufuhrkanal des Brenners einmündende Brennstoffleitung für flüssigen Brennstoff und mindestens eine in den Luftzufuhrkanal mündende Brennstoffleitung für gasförmigen Brennstoff. Den Brennstoffleitungen sind jeweils Auslassöffnungen zugeordnet, durch die der jeweilige Brennstoff in den zum Brenner führenden Luftstrom eingedüst werden kann. Die Auslassöffnungen sind dabei derart an den mittels der jeweiligen Brennstoffleitungen zugeführten Brennstoff angepasst, dass dieser gut mit der zum Brenner strömenden Verbrennungsluft vermischt wird.

[0007] Die DE 44 15 315 A1 zeigt einen Brenner wobei hier vor der Verbrennung eines Luft-Gas-Gemisches in einer Brennkammer flüssiger Brennstoff mit Dampf vermischt wird.

[0008] Die EP 1 143 199 A1 zeigt eine Brennkammer die als Magervormischbrennkammer ausgelegt ist, wobei Wasser und Dampf in die Brennkammer injiziert werden.

[0009] Offenbart ist der Betrieb eines Brenners mit den Merkmalen, dass vor dem Verbrennen eines fluidischen Brennstoffs im Brenner ein Mischen des fluidischen Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel erfolgt. Dabei wird beim Betreiben des Brenners mit flüssigem Brennstoff ein als fluidischer Brennstoff Verwendung findender flüssiger Brennstoff vor dem Eintritt in den Brenner und vor dem Mischen mit dem Oxidationsmittel mit einem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom gemischt. Dabei verdunsten Tröpfchen aus flüssigem Brennstoff. Zum Mischen des fluidischen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel erfolgt ein Mischen des den flüssigen Brennstoff enthaltenden Trägerstroms mit dem Oxidationsmittel, indem flüssiger Brennstoff und Trägerstrom durch Auslassöffnungen in einen Luftzufuhrkanal eingedüst werden.

[0010] Die DE 101 60 907 A1 zeigt einen Brenner bei dem eine Betriebsweise bei starker Reduktion von thermischen Schwingungen dadurch erreicht wird, dass der Brennstoff in den Verbrennungsstrom eingebracht wird, dass die Geschwindigkeit des Brennstoffes der Geschwindigkeit des Verbrennungsluftstroms angepasst wird.

[0011] Gegenüber dem genannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betreiben eines Brenners sowie einen vorteilhaften Brenner zur Verfügung zu stellen.

[0012] Die erste Aufgabe wird durch Verfahren zum Betreiben eines Brenners für fluidische Brennstoffe nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch einen Brenner für fluidische Brennstoffe nach Anspruch 7 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

[0013] Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Brenners für fluidische Brennstoffe erfolgt vor dem Verbrennen des fluidischen Brennstoffes ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel, d.h. die Verbrennung erfolgt im Vormischmodus. Als Oxidationsmittel ist jedes Mittel geeignet, welches zum Oxidieren des Brennstoffes in der Lage ist, insbesondere bspw. Luft. Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch so ausgestaltet sein, dass wahlweise flüssige Brennstoffe, d.h. alle brennbaren Flüssigkeiten wie etwa Erdöl, Methanol, etc., oder gasförmige Brennstoffe, d.h. alle brennbaren Gase wie etwa Erdgas, Kohlegas, Propangas, Methangas, etc., als fluidischer Brennstoff Verwendung finden können. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein als fluidischer Brennstoff Verwendung findender flüssiger Brennstoff vor dem Mischen mit dem Oxidationsmittel mit einem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom gemischt wird und zum Mischen des fluidischen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel ein Mischen des den flüssigen Brennstoff enthaltenden Trägerstroms mit dem Oxidationsmittel erfolgt.

[0014] Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, für das Mischen des Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel - d.h. für das Mischen des den Brennstoff enthaltenden Trägerstroms mit dem Oxidationsmittel - dasselbe Düsensystem zu verwenden, welches auch beim Mischen eines gasförmigen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel Verwendung findet. Gesonderte Zufuhröffnungen zum Zuführen des flüssigen Brennstoffes in den Mischbereich, also in denjenigen Bereich, in dem das Mischen des Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel stattfindet, brauchen nicht vorhanden zu sein. Die konstruktive Ausgestaltung des Brenners kann daher insbesondere im Bereich der Brennstoffzufuhrkanäle vereinfacht werden.

[0015] Besonders vorteilhaft ist es, wenn vor dem Mischen des flüssigen Brennstoffes mit dem Trägerstrom eine Überhitzung des Trägerstromes herbeigeführt wird, da dadurch ein Verdampfen des flüssigen Brennstoffes erleichtert wird. Ein dampfförmiger Brennstoff lässt sich besonders gut mittels der für den gasförmigen Brennstoff vorgesehenen Zufuhröffnungen mit dem Oxidationsmittel mischen. Außerdem können Spitzentemperaturen so beim Verbrennen können besser vermieden werden.

[0016] Um eine Beeinflussung des Brennstoff-Oxidationsmittel-Verhältnisses bei der Verbrennung durch den Trägerstrom zu unterdrücken, ist es vorteilhaft, wenn der Trägerstrom weitgehend von molekularem Sauerstoff frei ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Trägerstrom überhaupt keinen molekularen Sauerstoff enthält. Als Gas oder Dampf für den Trägerstrom eignen sich insbesondere molekularer Stickstoff oder Wasserdampf.

[0017] Um eine gute Vermischung des flüssigen Brennstoffes mit dem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom zu erzielen, kann das Mischen des flüssigen Brennstoffes mit dem Trägerstrom durch ein Eindüsen des flüssigen Brennstoffes in den Trägerstrom erfolgen. Beim Eindüsen erfolgt ein feines Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes in den Trägerstrom.

[0018] Ein erfindungsgemäßer Brenner für fluidische Brennstoffe, in dem vor dem Verbrennen des fluidischen Brennstoffes ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel erfolgt und der insbesondere auch so ausgestaltet sein kann, dass er wahlweise mit einem gasförmigen oder einem flüssigen Brennstoff als fluidischem Brennstoff zu betreiben ist, umfasst

• eine Brennstoffzufuhr für flüssige Brennstoffe,
• eine Gaszufuhr, in die über eine oder mehrere Zerstäuber die Brennstoffzufuhr für flüssige Brennstoffe mündet,
• ein Oxidationsmittelzufuhr, in die über ein Gasdüsensystem die Gaszufuhr mündet,
• Drallschaufeln, die in der Oxidationsmittelzufuhr so angeordnet sind, dass im Betrieb der fluidische Brennstoff noch mindestens einen Teil der Drallschaufeln passiert und
• eine mit der Brennstoffzufuhr zum Zuführen flüssiger Brennstoffe, der Gaszufuhr und der Oxidationsmittelzufuhr mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehende Mischpassage, in der ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel erfolgt.

[0019] Der erfindungsgemäße Brenner zeichnet sich dadurch aus, dass die Brennstoffzufuhr zum Zuführen flüssiger Brennstoffe und die Gaszufuhr derart relativ zueinander angeordnet sind, dass vor dem Eintritt eines flüssigen Brennstoffes in die Mischpassage ein Mischen des flüssigen Brennstoffes mit einem mittels der Gaszufuhr zugeführten gas- oder dampfförmigen Trägerstrom erfolgen kann. Im erfindungsgemäßen Brenner dient die Gaszufuhr also sowohl zum Zuführen eines gasförmigen Brennstoffes (wenn der Brenner mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben wird) als auch zum Zuführen eines inerten gas- oder dampfförmigen Mediums, welches den gas- oder dampfförmigen Trägerstrom bildet (wenn der Brenner mit einem flüssigen Brennstoff betrieben wird).

[0020] Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht es insbesondere, einen flüssigen Brennstoff vor dem Eintritt in die Mischpassage mit einem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom zu mischen und dieses Gemisch anschließend zum Mischen mit dem Oxidationsmittel der Mischpassage zuzuführen. Mit der beschriebenen Ausgestaltung des Brenners lässt sich die Zahl der Zufuhrleitungen und insbesondere die Zahl der Eintrittsöffnungen in die Mischpassage vermindern, da dieselben Eintrittsöffnungen zur Mischpassage für den gasförmigen Brennstoff wie für den flüssigen Brennstoff (im Trägerstrom) Verwendung finden können. Gesonderte Eintrittsöffnungen für flüssige Brennstoffe können im erfindungsgemäßen Brenner daher wegfallen. Insbesondere gewährleisten die für den gasförmigen Brennstoff konzipierten Eintrittsöffnungen auch ein hohes räumliches Mischungspotential für das Mischen des den flüssigen Brennstoffes enthaltenden Trägerstroms mit dem Oxidationsmittel.

[0021] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners mündet die Brennstoffzufuhr für den flüssigen Brennstoff über einen oder mehrere Zerstäuber, bspw. Einspritzdüsen, in die Gaszufuhr. Die Zerstäuber ermöglichen ein Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes bei seinem einbringen in den Trägerstrom. Das Zerstäuben führt zu einer guten Vermischung und erleichtert außerdem aufgrund der geringen Abmessungen der beim Zerstäuben entstehenden Brennstofftröpfchen das Verdampfen des flüssigen Brennstoffes. Insgesamt kann so die maximal mögliche Verbrennungstemperatur- und damit der NO_x-Ausstoß vermindert werden.

[0022] In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brenners kann die Gaszufuhr über ein Gasdüsensystem in die Mischpassage münden. Mittels des Gasdüsensystems kann der gasförmige Brennstoff oder der Trägerstrom mit dem flüssigen Brennstoff räumlich sehr gut mit dem Oxidationsmittel vermischt werden.
Wenn das Gas bzw. der Dampf des Trägerstroms überhitzt ist, so erleichtert dies ein teilweises oder vollständiges Verdampfen des flüssigen Brennstoffes, wodurch sich Spitzentemperaturen besser vermeiden lassen.

[0023] Im Bereich der Mischpassage können Drallschaufeln zum Verwirbeln des Oxidationsmittels vorhanden sein, welche mit der Gaszufuhr in Verbindung stehende Hohlräume aufweisen. Wenigstens ein Teil der in die Mischpassagen mündenden Gasdüsen des Gasdüsensystems ist in diesem Fall mit den Hohlräumen der Drallschaufeln und damit mit der Gaszufuhr verbunden. Der Brennstoff kann so insbesondere in die mittels der Drallschaufeln erzeugte Wirbelzone eingebracht werden, was das Mischen des Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel fördert.

[0024] Alternativ können im Bereich der Mischpassage auch Düsenrohre vorhanden sein, welche mit der Gaszufuhr in Verbindung stehende Hohlräume aufweisen. Wenigstens ein Teil der in die Mischpassage mündenden Gasdüsen des Gasdüsensystems steht dann über die Hohlräume der Düsenrohre mit der Gaszufuhr in Verbindung.

[0025] Selbstverständlich ist es auch möglich, sowohl Drallschaufeln mit Gasdüsen als auch Röhrchen mit Gasdüsen im Bereich der Mischpassage anzuordnen.

[0026] Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden FIGen.

FIG 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brenner in einer schematischen Darstellung.

FIG 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brenner in einer schematischen Darstellung.

[0027] Ein erstes Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Brenner ist in FIG 1 in einer Schnittansicht dargestellt. Der erfindungsgemäße Brenner umfasst ein inneres Brennersystem 1, welches im folgenden Pilotbrennersystem 1 genannt wird, sowie ein konzentrisch um das Pilotbrennersystem 1 angeordnetes Hauptbrennersystem 3. Das Pilotbrennersystem 1 umfasst einen inneren Zufuhrkanal 5 für flüssige Brennstoffe, einen inneren Gaszufuhrkanal 7 für gasförmige Brennstoffe sowie einen inneren Luftzufuhrkanal 9. Der innere Gaszufuhrkanal 7 ist dabei konzentrisch um den inneren Zufuhrkanal 5 für die flüssigen Brennstoffe herum angeordnet. Der innere Luftzufuhrkanal 9 ist konzentrisch um den inneren Gaszufuhrkanal 7 herum angeordnet.

[0028] Der innere Zufuhrkanal 5 für flüssige Brennstoffe mündet über eine Düse 11 in die Brennkammer 13. Der innere Gaszufuhrkanal 7 mündet über Austrittsöffnungen 15 in den Luftzufuhrkanal 9, in welchem Drallschaufeln 17 angeordnet sind, die für eine Verwirbelung des durch den Eintritt des Gases in die Luft entstehenden Luft-Gasgemisches und damit für eine gute Vermischung der beiden Komponenten sorgen. Im oder am inneren Luftzufuhrkanal 9 kann ein geeignetes Zündsystem angeordnet sein, welches hier nicht dargestellt ist.

[0029] Das Pilotbrennersystem 1 dient der Aufrechterhaltung einer die Stabilität der Brennerflamme unterstützenden Pilotflamme und erlaubt prinzipiell den Betrieb des Brenners als Diffusionsbrenner oder fett (brennstoffreich) vorgemischtem Brenner, was jedoch aus Gründen des Schadstoffausstoßes im Allgemeinen nicht ausgenutzt wird.

[0030] Das konzentrisch um das Pilotbrennersystem 1 herum angeordnete Hauptbrennersystem 3 umfasst einen Gaszufuhrkanal 31, einen oder mehrere Zufuhrkanäle 33 zum Zuführen eines flüssigen Brennstoffes sowie mindestens einen Luftzufuhrkanal 35 als Oxidationsmittelzufuhrkanal. Als Oxidationsmittel dient im vorliegenden Ausführungsbeispiel Luft. Der Zufuhrkanal für flüssigen Brennstoff mündet über Düsen 43 in den Gaszufuhrkanal 31.

[0031] Im Luftzufuhrkanal 35 sind Drallschaufeln 37 angeordnet, die für eine Verwirbelung des durch den Luftzufuhrkanal 35 in Richtung Brennkammer 13 strömenden Luftstroms sorgen. Dieser Teil des Luftzufuhrkanals 35 bildet eine Mischpassage zum Mischen des Brennstoffes mit der Luft als Oxidationsmittel. Die Drallschaufeln 37 sind wenigstens teilweise hohl ausgebildet. Die Hohlräume der Drallschaufeln 37 stehen über Öffnungen 39 mit dem äußeren Gaszufuhrkanal 31 in Verbindung. An geeigneten Stellen weisen die Drallschaufeln 37 Auslassöffnungen 41 auf, durch welche ein über den Gaszufuhrkanal 31 zugeführtes Gas in den Luftzufuhrkanal 35 eintreten kann. Die Auslassöffnungen 41 sind als Düsen ausgebildet und derart angeordnet, dass das Gas zusammen mit der Luft noch mindestens einen Teil der Drallschaufeln 37 passiert und so zum Erzielen einer guten Vermischung mit der Luft verwirbelt wird.

[0032] Beim Betrieb des Brenners mit Gas erfolgt eine Zufuhr gasförmigen Brennstoffes, beispielsweise Erdgas, durch den äußeren Gaszufuhrkanal 31 in den Luftzufuhrkanal 35. Die im Luftzufuhrkanal 35 angeordneten Drallschaufeln 37 sorgen dabei für eine Vermischung des gasförmigen Brennstoffes mit der Luft, so dass der Brenner im Vormischbetrieb zu betreiben ist.

[0033] Wenn der Brenner mit einem flüssigen Brennstoff, beispielsweise Heizöl, betrieben werden soll, so wird der flüssige Brennstoff über den Zufuhrkanal 33 für flüssige Brennstoffe zugeführt und mittels Düsen 43 in den Gaszufuhrkanal 31 zerstäubt. Im Falle des Betriebes mit flüssigem Brennstoff erfolgt durch den Gaszufuhrkanal 31 eine Zufuhr eines Inertgases, beispielsweise molekularen Stickstoffes, oder die Zufuhr eines Dampfes, beispielsweise Wasserdampf. Durch das Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes beim Einspritzen in den Gaszufuhrkanal 31 entsteht eine Gas-Flüssigkeits-Mischung mit fein zerteilten Flüssigkeitströpfchen. Die Tröpfchen aus flüssigem Brennstoff verdunsten mindestens zum Teil, so dass ein Teil des Brennstoffes nach dem Zerstäuben in den Gaszufuhrkanal 31 in der Gasphase vorliegt. Der Übertritt des flüssigen Brennstoffes in die Gasphase kann durch ein Vorheizen des zugeführten Inertgases oder des zugeführten Dampfes und/oder des Brennstoffes gefördert werden. Auf diese Weise kann auch ein vollständiges Verdampfen des zerstäubten flüssigen Brennstofffes erreicht werden. Das Vorheizen des Trägermediums auf eine definierte Temperatur kann außerdem genutzt werden, um die Mischungsgüte der Mischung über den Impuls zu steuern.

[0034] Das Inertgas bzw. der Dampf dient als Trägerstrom für die Tröpfchen des flüssigen Brennstoffes bzw. den in die Gasphase übergehenden flüssigen Brennstoff. Der den Brennstoff enthaltende Trägerstrom strömt dann wie ein gasförmiger Brennstoff durch die Öffnungen 39 in die Hohlräume der Drallschaufeln 37 und wird von dort durch die Austrittsöffnungen 41 in den Luftzufuhrkanal 35 eingedüst. Die Drallschaufeln 37 sorgen dabei für eine Verwirbelung des Trägerstroms mit der Luft und so für eine gute Vermischung des im Trägerstrom enthaltenen Brennstoffes mit der Luft als Oxidationsmittel. Der Brenner ist also auch beim Betrieb mit flüssigem Brennstoff im Vormischmodus zu betreiben.

[0035] Im mit Bezug auf FIG 1 beschriebenen Brenner erfolgt das Eindüsen des Brennstoffes in den Luftzufuhrkanal 35 unabhängig von der Art des Brennstoffes - d.h. unabhängig davon, ob ein flüssiger Brennstoff oder ein gasförmiger Brennstoff Verwendung findet - mittels der Austrittsöffnungen 41, die bislang lediglich für das Eindüsen gasförmigen Brennstoffes Verwendung fanden. Ein flüssiger Brennstoff wird zuvor über die Düsen 43 in einen Trägerstrom eingedüst, welcher über den Gaszufuhrkanal 31 zugeführten wird. Der flüssige Brennstoff wird dann als verdampfter Brennstoff oder als in Form von Schwebetröpfchen fein verteilter Brennstoff vom Trägerstrom aufgenommen und durch die Austrittsöffnungen 41 in den Luftzufuhrkanal 35 eingedüst. Eine zusätzliche Auslassöffnung oder Einspritzdüse zum Zuführen flüssigen Brennstoffes in den Luftzufuhrkanal 35 ist im erfindungsgemäßen Brenner daher nicht nötig.

[0036] Ein zweites Ausführungsbeispiel für den erfindungsgemäßen Brenner ist in FIG 2 gezeigt. Der in FIG 2 gezeigte Brenner unterscheidet sich vom in FIG 1 gezeigten Brenner lediglich dadurch, dass die Drallschaufeln 137 keine Hohlräume aufweisen, d.h. die Drallschaufeln 137 sind nicht als Hohlschaufeln ausgebildet, und dass Düsenrohre 139 im Lufteinlasskanal 35 angeordnet sind. Die Düsenrohre 139 sind als Hohlrohre ausgebildet und grenzen mit einer offenen Stirnseite 143 an eine Auslassöffnung 145 des Gaszufuhrkanals 31 an. Jedes der Düsenrohre 139 weist eine Anzahl Düsen 141 auf, über die ein über den Gaszufuhrkanal 31 und den Hohlraum der Düsenrohre 139 zugeführter gasförmiger Brennstoff in den Luftzufuhrkanal 35 eingedüst wird, wenn der Brenner mit gasförmigen Brennstoff betrieben wird. Wird der Brenner hingegen mit einem flüssigen Brennstoff betrieben, so wird in analoger Weise ein Trägerstrom mit fein verteilten Brennstofftröpfchen oder mit verdampftem Brennstoff in den Luftzufuhrkanal 35 eingedüst. Das Eindüsen des flüssigen Brennstoffes in den Trägerstrom erfolgt dabei so, wie es mit Bezug auf FIG 1 beschrieben worden ist.

Ansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Brenners für fluidische Brennstoffe, bei dem vor dem Verbrennen des fluidischen Brennstoffes ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit einem Oxidationsmittel erfolgt, wobei beim Betreiben des Brenners mit gasförmigem Brennstoff als fluidischem Brennstoff der gasförmige Brennstoff durch einen Gaszufuhrkanal (31) über Auslassöffnungen (41) in eine Oxidationsmittelzufuhr (35) zum Mischen mit dem Oxidationsmittel zugeführt wird und dort zusammen mit dem Oxidationsmittel noch mindestens einen Teil von Drallschaufeln (37) passiert, die in der Oxidationsmittelzufuhr (35) angeordnet sind, wobei beim Betreiben des Brenners mit flüssigem Brennstoff ein als fluidischer Brennstoff Verwendung findender flüssiger Brennstoff vor dem Mischen mit dem Oxidationsmittel mit einem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom gemischt wird, indem ein Inertgas oder ein Dampf als Trägerstrom in den Gaszufuhrkanal (31) zugeführt wird und der flüssige Brennstoff über einen Zufuhrkanal (33) zugeführt und mittels Düsen (43) in den Gaszufuhrkanal (31) eingespritzt wird, wobei Tröpfchen aus flüssigem Brennstoff mindestens zum Teil verdunsten, und zum Mischen des fluidischen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel ein Mischen des den flüssigen Brennstoff enthaltenden Trägerstroms mit dem Oxidationsmittel erfolgt, indem flüssiger Brennstoff und Trägerstrom durch die Auslassöffnungen (41) in die Oxidationsmittelzufuhr (35) eingedüst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Mischen des flüssigen Brennstoffes mit dem Trägerstrom eine Überhitzung des Trägerstromes herbeigeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wahl des Massenstroms und/oder der Temperatur des Trägermediums die Mischungsgüte des flüssigen Brennstoffes im Trägerstrom eingestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder der Dampf für den Trägerstrom von molekularem Sauerstoff weitgehend frei ist.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas oder Dampf für den Trägerstrom molekularer Stickstoff bzw. Wasserdampf Verwendung findet.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Mischen des flüssigen Brennstoffes mit dem gas- oder dampfförmigen Trägerstrom ein Zerstäuben des flüssigen Brennstoffes in den Trägerstrom erfolgt.

7. Brenner für fluidische Brennstoffe, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, in dem vor dem Verbrennen des fluidischen Brennstoffes ein Mischen des fluidischen Brennstoffs mit einem Oxidationsmittel erfolgt, mit

- einer Brennstoffzufuhr (33) für flüssige Brennstoffe,

- einem Gaszufuhrkanal (31), in die über einen oder mehrere Zerstäuber (43) die Brennstoffzufuhr (33) für flüssige Brennstoffe mündet,

- einer Oxidationsmittelzufuhr (35), in die über ein Gasdüsensystem (41, 141) die Gaszufuhr (31) mündet,

- Drallschaufeln (37), die in der Oxidationsmittelzufuhr (35) so angeordnet sind, dass der fluidische Brennstoff noch mindestens einen Teil der Drallschaufeln (37) passiert und

- einer mit der Brennstoffzufuhr (33) zum Zuführen flüssiger Brennstoffe, dem Gaszufuhrkanal (31) und der Oxidationsmittelzufuhr (35) mittelbar oder unmittelbar in Verbindung stehende Mischpassage, in der ein Mischen des fluidischen Brennstoffes mit dem Oxidationsmittel erfolgt, wobei die Brennstoffzufuhr (33) zum Zuführen flüssiger Brennstoffe und der Gaszufuhrkanal (31) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass vor dem Eintritt eines flüssigen Brennstoffes in die Mischpassage ein Mischen des flüssigen Brennstoffes mit einem mittels dem Gaszufuhrkanal (31) zugeführten gas- oder dampfförmigen Trägerstrom erfolgen kann.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas bzw. der Dampf des Trägerstroms überhitzt ist.

9. Brenner nach einem der Ansprüche 7, oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Oxidationsmittelzufuhr (35) Drallschaufeln (37) vorhanden sind, welche mit dem Gaszufuhrkanal (31) in Verbindung stehende Hohlräume aufweisen, und dass wenigstens ein Teil der in die Mischpassage mündenden Gasdüsen (41) des Gasdüsensystems über die Hohlräume der Drallschaufeln (37) mit dem Gaszufuhrkanal (31) in Verbindung steht.

10. Brenner nach einem der Ansprüche 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Mischpassage Düsenrohre (139) vorhanden sind, welche mit dem Gaszufuhrkanal (31) in Verbindung stehende Hohlräume aufweisen, und dass wenigstens ein Teil der in die Mischpassage mündenden Gasdüsen (141) des Gasdüsensystems über die Hohlräume der Düsenrohre (139) mit dem Gaszufuhrkanal (31) in Verbindung steht.

11. Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er zum wahlweise Betreiben mit einem gasförmigen oder einem flüssigen Brennstoff als fluidischem Brennstoff ausgestaltet ist.

Claims

1. Method for operating a burner for fluid fuels, wherein prior to combustion of the fluid fuel the fluid fuel is mixed with an oxidising agent, wherein when operating the burner with gaseous fuel as a fluid fuel the gaseous fuel is supplied through a gas supply duct (31) via outlet openings (41) into an oxidising agent supply (35) for mixing with the oxidising agent and there, together with the oxidising agent, passes at least some of the swirler vanes (37) which are arranged in the oxidising agent supply (35), wherein when operating the burner with liquid fuel a liquid fuel used as a fluid fuel is mixed with a gaseous or vaporous carrier stream prior to mixing with the oxidising agent, by feeding an inert gas or a vapour into the gas supply duct (31) as a carrier stream and feeding the liquid fuel via a supply duct (33) and injecting it into the gas supply duct (31) by means of nozzles (43), wherein droplets of liquid fuel evaporate at least in part, and for mixing the fluid fuel with the oxidising agent the carrier stream containing the liquid fuel is mixed with the oxidising agent, by injecting liquid fuel and carrier stream into the oxidising agent supply (35) through the outlet openings (41).

2. Method according to claim 1, characterised in that, prior to the mixing of the liquid fuel with the carrier stream, superheating of the carrier stream is effected.

3. Method according to claim 1 or 2, characterised in that the mixing quality of the liquid fuel in the carrier stream is set by selecting the mass flow and/or the temperature of the carrier medium.

4. Method according to claim 1, 2 or 3, characterised in that the gas or vapour for the carrier stream is largely free of molecular oxygen.

5. Method according to one of the preceding claims, characterised in that molecular nitrogen or steam is used as the gas or vapour for the carrier stream.

6. Method according to one of the preceding claims, characterised in that for mixing of the liquid fuel with the gaseous or vaporous carrier stream, the liquid fuel is atomised into the carrier stream.

7. Burner for fluid fuels, for performance of the method according to claim 1, in which, prior to combustion of the fluid fuel, the fluid fuel is mixed with an oxidising agent, comprising

- a fuel supply (33) for liquid fuels,

- a gas supply duct (31), into which the fuel supply (33) for liquid fuels feeds via one or more atomisers (43),

- an oxidising agent supply (35), into which the gas supply (31) feeds via a gas nozzle system (41, 141),

- swirler vanes (37), which are arranged in the oxidising agent supply (35) such that the fluid fuel still passes at least some of the swirler vanes (37) and

- a mixing passage connected directly or indirectly to the fuel supply (33) for supplying liquid fuels to the gas supply duct (31) and to the oxidising agent supply (35), with mixing of the fluid fuel with the oxidising agent taking place in said mixing passage, wherein
the fuel supply (33) for supplying liquid fuels and the gas supply duct (31) are arranged relative to one another such that, prior to the entry of a liquid fuel into the mixing passage the liquid fuel can be mixed with a gaseous or vaporous carrier stream supplied by means of the gas supply duct (31).

8. Burner according to claim 7, characterised in that the gas or vapour of the carrier stream is superheated.

9. Burner according to one of claims 7 or 8, characterised in that in the region of the oxidising agent supply (35) there are provided swirler vanes (37) which have cavities connected to the gas supply duct (31), and that at least some of the gas nozzles (41) of the gas nozzle system which feed into the mixing passage are connected to the gas supply duct (31) via the cavities of the swirler vanes (37).

10. Burner according to one of claims 7, 8 or 9, characterised in that in the region of the mixing passage there are provided nozzle tubes (139) which have cavities connected to the gas supply duct (31), and that at least some of the gas nozzles (141) of the gas nozzle system which feed into the mixing passage are connected to the gas supply duct (31) via the cavities of the nozzle tubes (139).

11. Burner according to one of claims 7 to 10, characterised in that it is embodied to operate optionally with a gaseous or a liquid fuel as the fluid fuel.

Revendications

1. Procédé pour faire fonctionner un brûleur de combustibles fluides, dans lequel, avant la combustion du combustible fluide, on effectue un mélange du combustible fluide et d'un agent oxydant, dans lequel, lorsque le brûleur fonctionne avec du combustible gazeux comme combustible fluide, on apporte le combustible gazeux par un canal ( 31 ) d'apport de gaz par l'intermédiaire d'ouvertures ( 41 ) de sortie à un apport ( 35 ) d'agent oxydant pour le mélange à l'agent oxydant, et on l'y fait passer ensemble avec l'agent oxydant encore par au moins une partie de pales ( 37 ) de tourbillonnement, qui sont disposées dans l'apport ( 35 ) d'agent oxydant, dans lequel, lorsque le brûleur fonctionne avec du combustible liquide, on mélange un combustible liquide servant de combustible fluide, avant le mélange à l'agent oxydant à un courant porteur sous forme de gaz ou de vapeur, en apportant un gaz inerte ou une vapeur comme courant porteur au canal ( 31 ) d'apport de gaz, et on apporte le combustible liquide par un canal ( 33 ) d'apport et on le pulvérise dans le canal ( 31 ) d'apport de gaz au moyen de buses ( 43 ), des gouttelettes de combustible liquide étant volatilisées au moins en partie et, pour le mélange du combustible fluide à l'agent oxydant, un mélange du courant porteur contenant le combustible liquide à l'agent oxydant s'effectue en injectant du combustible liquide et du courant porteur par les ouvertures ( 41 ) de sortie dans l'apport ( 35 ) d'agent oxydant.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'avant le mélange du combustible liquide au courant porteur, on provoque une surchauffe du courant porteur.

3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en choisissant le courant massique et/ou la température de l'agent porteur, on règle la qualité du mélange du combustible liquide dans le courant porteur.

4. Procédé suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le gaz ou la vapeur pour le courant porteur est sensiblement exempt d'oxygène moléculaire.

5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise comme gaz ou comme vapeur pour le courant porteur de l'azote moléculaire ou de la vapeur d'eau.

6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour le mélange du combustible liquide au courant porteur sous forme de gaz ou de vapeur, il s'effectue une pulvérisation du combustible liquide dans le courant porteur.

7. Brûleur de combustibles fluides, pour effectuer le procédé suivant la revendication 1, dans lequel, avant la combustion du combustible fluide, il s'effectue un mélange du combustible fluide à un agent oxydant, comprenant

- un apport ( 33 ) de combustibles liquides,

- un canal ( 31 ) d'apport de gaz, dans lequel l'apport ( 33 ) de combustibles liquides débouche par l'intermédiaire d'un pulvérisateur ( 43 ) ou de plusieurs pulvérisateurs ( 43 ),

- un apport ( 35 ) d'agent oxydant, dans lequel l'apport ( 31 ) de gaz débouche par l'intermédiaire d'un système ( 41, 141 ) de buses pour du gaz,

- des pales ( 37 ) de tourbillonnement, qui sont mises dans l'apport ( 35 ) d'agent oxydant de manière à ce que le combustible fluide passe encore au moins sur une partie des pales ( 37 ) de tourbillonnement et

- un passage de mélange, en communication directement ou indirectement avec l'apport ( 33 ) de combustibles liquides, le canal ( 31 ) d'apport de gaz et l'apport ( 35 ) d'agent oxydant, passage dans lequel s'effectue un mélange du combustible fluide à l'agent oxydant, dans lequel

- l'apport ( 33 ) de combustibles liquides et le canal ( 31 ) d'apport de gaz sont disposés l'un par rapport à l'autre de manière à ce qu'il puisse s'effectuer, avant l'entrée d'un combustible liquide dans le passage de mélange, un mélange du combustible liquide à un courant porteur, sous forme de gaz ou de vapeur, apporté au moyen du canal ( 31 ) d'apport de gaz.

8. Brûleur suivant la revendication 7, caractérisé en ce que le gaz ou la vapeur du courant porteur est surchauffé.

9. Brûleur suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'il y a dans la partie de l'apport ( 35 ) d'agent oxydant des pales ( 37 ) de tourbillonnement, qui ont des cavités communiquant avec le canal ( 31 ) d'apport de gaz, et en ce qu'au moins une partie des buses ( 41 ) pour du gaz, débouchant dans le passage de mélange, du système de buses de gaz, communique avec le canal ( 31 ) d'apport de gaz par les cavités des pales ( 37 ) de tourbillonnement.

10. Brûleur suivant l'une des revendications 7, 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il y a, dans la partie du passage de mélange, des tubes ( 139 ) formant buses, qui ont des cavités communiquant avec le canal ( 31 ) d'apport de gaz, et en ce qu'au moins une partie des buses ( 141 ) pour du gaz, débouchant dans le passage de mélange, du système de buses pour du gaz, communique avec le canal ( 31 ) d'apport de gaz par les cavités des tubes ( 139 ) formant buses.

11. Brûleur suivant l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce qu'il est conformé pour fonctionner au choix avec un combustible gazeux ou un combustible liquide comme combustible fluide.

Zeichnung