Brennkammeranordnung

Abstract

 Diese Brenneranordnung weist einen in eine Brennkammer (1) einmündenden Hauptzuführungskanal (2) für ein Brennstoff-Luft­gemisch auf. In diesem Hauptzuführungskanal (2) ist ein mit Drallschaufeln (5) versehener Drallkörper vorgesehen, welcher von einer Brennerlanze (3) durchsetzt wird und in den Aus­trittsöffnungen für die Brennstoffzuführung einmünden.
Es soll eine Brenneranordnung geschaffen werden, bei welcher keine unerwünschten Zündungen des Brennstoff-Luftgemisches ausserhalb der Brennkammer (1) auftreten können. Dies wird da­durch erreicht, dass die Austrittsöffnungen als Düsen (9) aus­gebildet sind, welche in einen Bereich zwischen den Drall­schaufeln (5) einmünden. Zwischen zwei benachbarten Drall­schaufeln (5) wird dabei mindestens eine Düse vorgesehen.

Beschreibung

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die Erfindung geht aus von einer Brenneranordnung mit einem in eine Brennkammer mündenden Hauptzuführungskanal für ein Brenn­stoff-Luftgemisch. Im Verlauf des Hauptzuführungskanals ist ein mit Drallschaufeln bestückter Drallkörper vorgesehen, wel­cher von einer Brennerlanze durchsetzt ist. In den Hauptzufüh­rungskanal münden Austrittsöffnungen für die Brennstoffzufüh­rung ein.

STAND DER TECHNIK

[0002] Eine gattungsgemässe Brenneranordnung ist bekannt aus einer US Patentschrift (Appl. No. 07/129 172). Bei dieser Brenneranord­nung werden Brennstoff und Luft in einer Vorkammer gemischt und durch einen mit Drallschaufeln bestückten Drallkörper hin­durch in eine Brennkammer geleitet. Durch den Drallkörper wird eine intensivere Durchmischung von Brennstoff und Luft er­reicht, so dass in der Brennkammer ein einwandfreier, schadstoffarmer Verbrennungsvorgang stattfinden kann. Es ist jedoch möglich, dass bereits beim Eintritt in den Drallkörper Zündungen des Brennstoff-Luftgemisches auftreten, welche sich negativ auf die Standfestigkeit der Brenneranordnung auswirken können.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

[0003] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, löst die Aufgabe, eine Brenneranordnung zu schaffen, bei welcher keine uner­wünschten Zündungen ausserhalb der Brennkammer auftreten kön­nen.

[0004] Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentli­chen darin zu sehen, dass gleich gute Emissionswerte erreicht werden können wie mit einem herkömmlichen Vormischbrenner bei wesentlich höherer Lebensdauer der Brenneranordnung, zudem wird deren Störungsanfälligkeit herab- und deren Verfügbarkeit hinaufgesetzt. Besonders vorteilhaft wirkt es sich aus, dass infolge des Wegfallens der Vormischkammer die axiale Ausdeh­nung der Brenneranordnung vergleichsweise klein gehalten wer­den kann.

[0005] Die weiteren Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstände der abhängigen Ansprüche.

[0006] Die Erfindung, ihre Weiterbildung und die damit erzielbaren Vorteile werden nachstehend anhand der Zeichnung, welche le­diglich einen Ausführungsweg darstellt, näher erläutert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

[0007] Die einzige Figur zeigt einen stark vereinfachten Schnitt durch eine erfindungsgemässe Brenneranordnung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

[0008] Es wird nunmehr auf die einzige Figur Bezug genommen. In eine Brennkammer 1 mündet ein Hauptzuführungskanal 2 ein, welcher ein Brennstoff-Luftgemisch in die Brennkammer 1 führt. Ferner umgibt der Hauptzuführungskanal 2 eine Brennerlanze 3 konzentrisch, deren Kopf 4 etwas in die Brennkammer 1 hinein­ragt. Die Brennerlanze 3 durchsetzt einen im Hauptzuführungs­kanal 2 starr angeordneten Drallkörper mit in bekannter Weise gekrümmten Drallschaufeln 5. Von diesem Drallkörper sind nur die Drallschaufeln 5 dargestellt, deren Halterung wurde zur Vereinfachung weggelassen. Ebenso sind die Brennkammer 1, die Brennerlanze 3 und der Hauptzuführungskanal 2 nur ausschnitts­weise und stark vereinfacht dargestellt.

[0009] Pfeile 7 geben die Einströmrichtung der für die Verbrennung nötigen Luft in den Hauptzuführungskanal 2 und weiter in die Brennkammer 1 an. Brennstoff wird in der Brennerlanze 3 durch einen Zuführungskanal 8 zugeführt und durch Düsen 9 in den Hauptzuführungskanal 2 eingedüst, wie durch einen Pfeil 10 an­gedeutet wird. Die Düsen 9 sind so angeordnet, dass die Vermi­schung des Brennstoffes mit der Luft zu einem brennbaren Brennstoff-Luftgemisch zwischen den Drallschaufeln 5 erfolgt. Die Drallschaufeln 5 weisen in entgegen der Strömungsrichtung der Luft vorgezogene Nasen 5a auf, welche die Luftströmung ka­nalisieren. Die Düsen 9 sind so auf dem Umfang der Brenner­lanze 3 verteilt, dass pro Zwischenraum zwischen jeweils zwei Drallschaufeln 5 mindestens eine Düse 9 vorgesehen ist.

[0010] Zur Erläuterung der Wirkungsweise sei die Figur näher betrach­tet. Die Eindüsung des Brennstoffes führt zu einer intensiven Vermischung mit der im Hauptzuführungskanal 2 strömenden Luft. In den Strom des Brennstoff-Luftgemisches hineinragende Kanten können zur örtlichen Überhitzung und zu unerwünschten Zündun­gen des Gemisches ausserhalb der Brennkammer 1 führen. Wird nun der Brennstoff so eingedüst, dass vor den in Strömungs­richtung gesehenen Vorderkanten der Drallschaufeln 5, noch kein brennbares Gemisch auftreten kann, so ist damit eine Ur­sache für unerwünschte Zündungen beseitigt.

[0011] Zusätzliche Sicherheit bieten die entgegen der Strömungsrich­tung der Luft vorgezogenen Nasen 5a, welche den Luftstrom ka­nalisieren. An der Vorderkante der Nasen 5a ist keine Gemisch­bildung und damit auch keine Zündung möglich. Im Bereich zwi­schen den Drallschaufeln 5 wird die Strömung infolge der durch diese hervorgerufenen Querschnittverringerung zusätzlich be­schleunigt, so dass sich dort keine etwa auftretende Verbren­nung stabilisieren könnte.

[0012] Die Vermischung von Brennstoff und Luft im Bereich der Drall­schaufeln 5 ist genügend, um in der Brennkammer 1 eine gute Verbrennung zu gewährleisten, so dass nur vergleichsweise ge­ringe Mengen schädlicher Stoffe die Brennkammer 1 verlassen. Die Baulänge der Brenneranordnung wird infolge des Wegfalls der Vormischkammer vorteilhaft kurz, so dass eine vergleichs­weise kompakte Anordnung entsteht.

[0013] Eine derartige Brenneranordnung kann für den Betrieb mit gas­förmigem, flüssigem oder fluidisiertem staubförmigem Brenn­stoff vorgesehen sein. Sie ist vergleichsweise robust und we­nig verschleissanfällig und gewährleistet eine hohe betriebli­che Verfügbarkeit.

[0014] In der Regel wird der Brennstoff durch die Brennerlanze 3 zu­geführt. Es ist jedoch ohne weiteres möglich die Hauptmenge des Brennstoffs auch durch Düsen, welche in die Aussenwand des Hauptzuführungsrohres 2 eingesetzt sind, zwischen die Drall­schaufeln 5 einzudüsen. Die Brennerlanze 3, kann in diesem Fall mit geringerem Aussendurchmesser ausgeführt werden.

[0015] Die Düse 9 weist vorteilhaft eine Längsachse auf, die im rech­ten Winkel zur Längsachse der Brennerlanze 3 steht. Es ist je­ doch auch möglich die Längsachse der Düse 9 zur Brennkammer 1 hin zu neigen. Winkel im Bereich von 90° bis etwa 45° zur Längsachse der Brennerlanze 3 sind in diesem Fall vorzusehen. Auf diese Art wird sichergestellt, dass erst zwischen den Drallschaufeln 5 das Brennstoff-Luftgemisch entstehen kann.

[0016] Eine derartige Brenneranordnung allein lässt sich ohne Hilfsbrenner nur in sehr engen Grenzen regeln. Um den Regelungsbereich der Brenneranordnung zu erweitern und insbesondere um ein vollständiges Erlöschen der Flamme in der Brennkammer 1 bei Leerlauf der Brenneranordnung zu vermeiden, weist die Brennerlanze 3 sowohl einen Stützbrenner als auch einen Haltebrenner auf. Der Stützbrenner ist vorzugsweise als Diffusionsbrenner und der Haltebrenner als Vormischbrenner ausgebildet. Vorzugsweise findet eine Kombination beider Konzepte Verwendung.

[0017] Zur Ausbildung des Stützbrenners ist in der Brennerlanze 3 ein Brennstoffkanal 16 vorgesehen, welcher in der Nähe des Kopfes 4 der Brennerlanze 3 radial nach aussen führende Austrittsöff­nungen 17 aufweist.

[0018] Zur Ausbildung des Haltebrenners ist im Kopf 4 der Brenner­lanze 3 eine Vormischkammer 18 vorgesehen, in die ein Kanal für Verbrennungsluft 19 sowie der bereits genannte Brennstoff­kanal 16 münden und welche zur Brennkammer 1 hin axial ausge­richtete Austrittsöffnungen 20 aufweist. Die Vormischkammer 18 ist als Ringkammer ausgebildet. Die Austrittsöffnungen 20 kön­nen gleichmässig über ihren Umfang verteilt sein oder als Ringspalt ausgebildet sein.

[0019] Der Brennstoffanteil in dem aus den Austrittsöffnungen 20 der Vormischkammer 18 austretenden Brennstoff-Luftgemisch wird so eingestellt, dass das Gemisch direkt vor dem Kopf 4 der Bren­nerlanze 3 nicht brennbar ist. Es kann sich erst bei seinem Auftreffen auf eine in der Brennkammer 1 vorhandene Wirbel­rückstromzone 21, durch die es abgebremst wird, entzünden. Da­ durch bildet sich die vom Haltebrenner gestützte Flamme erst in einer sicheren Entfernung vom Kopf 4 der Brennerlanze 3 aus, wodurch auch ein Zurückschlagen der Flamme, insbesondere in die Vormischkammer 18 sicher verhindert wird.

[0020] Die Zufuhr für den Brennstoff und die Verbrennungsluft für den Stützbrenner und den Haltebrenner ist vorzugsweise regelbar ausgebildet. Dadurch besteht die Möglichkeit, diese Brenner beim normalen Betrieb der Brenneranordnung zu drosseln (Teillast) oder abzustellen (Vollast) und sie erst bei Bedarf, abhängig vom Betriebszustand der Brenneranordnung, in Betrieb zu nehmen.

BEZEICHNUNGSLISTE

[0021] 

1 Brennkammer

2 Hauptzuführungskanal

3 Brennerlanze

4 Kopf

5 Drallschaufeln

5a Nase

7 Pfeil

8 Zuführungskanal

9 Düse

10 Pfeil

16 Brennstoffkanal

17 Austrittsöffnungen

18 Vormischkammer

19 Kanal für Verbrennungsluft

20 Austrittsöffnungen

21 Wirbelrückstromzone

Ansprüche

1. Brenneranordnung mit einem in eine Brennkammer (1) mündenden Hauptzuführungskanal (2) für ein Brenn­stoff-Luftgemisch, mit mindestens einem im Verlauf des Hauptzuführungskanals (2) vorgesehenen mit Drall­schaufeln (5) bestückten Drallkörper, mit einer den mindestens einen Drallkörper durchsetzenden Brenner­lanze (3), mit in den Hauptzuführungskanal (2) ein­mündenden, als Düsen (9) ausgebildeten Austrittsöff­nungen für die Brennstoffzuführung, wobei die Düsen (9) so in einen Bereich zwischen den Drallschaufeln (5) einmünden, dass zwischen zwei benachbarten Drall­schaufeln (5) mindestens eine Düse (9) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass die Drallschaufeln (5) auf der der Brennkammer (1) abgewandten Seite eine als Nase (5a) ausgebildete Verlängerung aufweisen, und
- dass die Düsen (9) im Bereich der Nasen (5a) einmün­den.

2. Brennkammeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet,
- dass die Längsachsen der Düsen (9) in Richtung zur Brennkammer (1) hin geneigt sind, und
- dass dabei Winkel im Bereich von 90° bis etwa 45° zur Längsachse der Brennerlanze (3) vorgesehen sind.

3. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet,
- dass deren Regelungsbereich mit Hilfe mindestens eines Hilfsbrenners erweitert wird.

4. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet,
- dass sie mit gasförmigem, flüssigem oder fluidisiertem staubförmigem Brennstoff betreibbar ist.

5. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet,
- dass die Düsen (9) durch die Brennerlanze (3) hin­durch gespeist werden.

6. Brenneranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet,
- dass die Düsen (9) durch die Aussenwand des Hauptzu­führungsrohres (2) einmünden.

Zeichnung