DE19610930A1

DE19610930A1 - Burners for a heat generator

Info

Publication number: DE19610930A1
Application number: DE19610930A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr Sattelmayer; Martin Dr Valk
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1996-03-20
Filing date: 1996-03-20
Publication date: 1997-09-25
Also published as: EP0797051A3; DE59709292D1; JPH109515A; JP3904655B2; CN1111673C; EP0797051B1; EP0797051A2; TW334502B; ZA971931B; CN1174960A

Description

Technical field

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner gemäß Ober begriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a burner according to Ober Concept of claim 1.

State of the art

Alle Brenner, die als reine Vormischbrenner betrieben werden, liefern die niedrigsten NOx-Emissionen an Betriebspunkten, die sehr nahe an der mageren Löschgrenze liegen. Von daher wird die Luftverteilung beim Betrieb von Gasturbinen mit Vor mischbrennkammern so ausgelegt, daß sich ein möglichst ma gerer, aber noch sicher betreibbarer Betriebspunkt ergibt. Wird die Last unter die maximale Leistung abgesenkt, indem die Brennstoffmenge reduziert wird, resultiert ohne Regelein griff in den Kompressor ein Flammenlöschen, da die magere Löschgrenze überschritten wird. Kann in diesem Zusammenhang die Kompressorluftmenge moduliert werden, wie dies bei moder nen Gasturbinen der Fall ist, so kann das Flammenlöschen im Prinzip zwar durch die Reduzierung der Luftmenge verhindert werden, in dem Sinne, als die adiabate Flammentemperatur etwa konstant gehalten wird. Im allgemeinen steigt aber infolge des kleiner werdenden Turbinendruckverhältnisses die Tempera tur im Niederdruckteil der Turbine unzulässig an. Übliche Methoden dieses Problem zu umgehen sind:All burners that are operated as pure premix burners deliver the lowest NOx emissions at operating points, which are very close to the lean extinguishing limit. Therefore the air distribution when operating gas turbines with pre Mixing combustion chambers designed so that a ma as possible lower, but still safely operable operating point results. If the load is lowered below the maximum power by the amount of fuel is reduced results in no rule reached into the compressor to extinguish a flame as the lean one Deletion limit is exceeded. Can in this context the amount of compressor air is modulated, as is the case with moder NEN gas turbines is the case, the flame extinguishing in the Principle prevented by reducing the amount of air in the sense that the adiabatic flame temperature is about is kept constant. In general, however, increases as a result of the decreasing turbine pressure ratio the tempera in the low-pressure part of the turbine. Usual Methods to work around this problem are:

a) air bypass in the combustion chamber;
b) Shutting down the amount of fuel in part of the operating burner;
c) Switching to a diffusion level, as is more common as the standard method.

Die ersten zwei Methoden gemäß a) und b) bedingen komplexe Brennkammerkonstruktionen oder Brennstoffverteilsysteme. Die dritte Methode gemäß c) führt zu einem sprunghaften Anstieg der NOx-Emissionen, dergestalt, daß diese in den höheren Lastbereichen über die vom Gesetzgeber maximal festgelegten Werte fallen.The first two methods according to a) and b) require complex ones Combustion chamber designs or fuel distribution systems. The third method according to c) leads to a sudden increase of NOx emissions, so that these are in the higher Load ranges over the maximum specified by the legislator Values fall.

Aus EP-B1-0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender kegelförmiger Brenner, sogenannter Doppelkegelbrenner, zur Erzeugung einer geschlossenen Drallströmung im Kegelkopf be kanntgeworden, welche aufgrund des zunehmenden Dralls entlang der Kegelachse instabil wird und in eine annulare Drallströ mung mit Rückströmung im Kern übergeht. Brennstoffe, wie bei spielsweise gasförmige Brennstoffe, werden entlang der durch die einzelnen benachbarten Schalen gebildeten Kanäle, auch Lufteintrittsschlitze genannt, eingedüst und homogen mit der Luft vermischt, bevor die Verbrennung durch Zündung am Stau punkt der Rückströmzone oder Rückströmblase, welche als Flam menhalter benutzt wird, einsetzt. Flüssige Brennstoffe werden vorzugsweise über eine zentrale Düse am Brennerkopf eingedüst und verdampfen dann im Kegelhohlraum. Unter gasturbinentypi schen Bedingungen findet die Zündung dieser flüssigen Brenn stoffe schon früh in der Nähe der Brennstoffdüse statt, womit nicht zu umgehen ist, daß die NOx-Werte gerade aufgrund die ser mangelnden Vormischung kräftig ansteigen, was beispiels weise das Einspritzen von Wasser notwendig macht. Darüber hinaus mußte festgestellt werden, daß der Versuch, wasser stoffhaltige Gase ähnlich wie Erdgas zu verbrennen, zu Früh zündproblemen an den Gasbohrungen mit anschließender Überhitzung des Brenners geführt haben. Hiergegen hat man Abhilfe gesucht, indem am Brenneraustritt eine spezielle In jektionsmethode für solche gasförmige Brennstoffe eingeführt worden ist, deren Resultate aber nicht ganz zu befriedigen vermochten.EP-B1-0 321 809 describes a shell made of several shells conical burner, so-called double cone burner, for Generation of a closed swirl flow in the cone head became known, which due to the increasing swirl along the cone axis becomes unstable and into an annular swirl flow flow with reverse flow in the core. Fuels, as with for example gaseous fuels, are along the through the individual adjacent shells formed channels, too Called air inlet slots, injected and homogeneous with the Air mixes up before combustion by ignition at the traffic jam point of the backflow zone or backflow bubble, which as a flam menu holder is used. Liquid fuels will be preferably injected via a central nozzle on the burner head and then evaporate in the cone cavity. Among gas turbine types conditions, the ignition of this liquid burning takes place substances take place early near the fuel nozzle, with what it cannot be avoided that the NOx values precisely because of the This lack of premixing will increase sharply, which for example wise injecting water. About that It was also found that the attempt to water To burn substance-containing gases similar to natural gas, too soon ignition problems at the gas holes with subsequent Have caused the burner to overheat. You have against this Remedy sought, by a special In injection method for such gaseous fuels introduced the results of which have not been entirely satisfied were able to.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art Vor kehrungen vorzuschlagen, durch welche eine perfekte Vormi schung von Brennstoffen verschiedener Art erzielt und durch welche eine betriebssichere und optimale Flammenpositionie rung an erwünschter Stelle erreicht wird.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies on the basis of a procedure of the type mentioned at the beginning propose measures by which a perfect arrangement of fuels of various types achieved and by which is a reliable and optimal flame position tion is achieved at the desired location.

Zum einen beinhaltet der vorgeschlagene Brenner Vorkehrungen, welche kopfseitig und stromauf einer nachgeschalteten Misch strecke einen Drallerzeuger aufweist, der vorzugsweise dahin gehend ausgelegt werden kann, daß die aerodynamischen Grund prinzipien des sogenannten Doppelkegelbrenners nach EP-A1-0 321 809 benutzt werden. Grundsätzlich ist aber auch der Ein satz eines axialen oder radialen Drallerzeugers möglich. Die Mischstrecke selbst besteht vorzugsweise aus einem rohrförmi gen Mischelement, im folgenden Mischrohr genannt, welches ein wesentlich verbessertes Vormischen von Brennstoffen verschie dener Art gestattet.On the one hand, the proposed burner includes precautions, which on the head side and upstream of a downstream mixing route has a swirl generator, preferably there can be interpreted that the aerodynamic reason principles of the so-called double-cone burner according to EP-A1-0 321 809 can be used. Basically, however, is the one Axial or radial swirl generator possible. The Mixing section itself preferably consists of a tubular gene mixing element, hereinafter called mixing tube, which a significantly improved premixing of fuels permitted of its kind.

Die Strömung aus dem Drallerzeuger wird nahtlos in das Misch rohr eingeleitet: Dies geschieht durch eine Übergangsgeome trie, die aus Übergangskanälen besteht, welche in der An fangsphase dieses Mischrohres ausgenommen sind, und welche die Strömung in den anschließenden effektiven Durchfluß querschnitt des Mischrohres überführen. Diese verlustarme Strömungseinleitung zwischen Drallerzeuger und Mischrohr verhindert zunächst die unmittelbare Bildung einer Rückström zone am Ausgang des Drallerzeugers.The flow from the swirl generator is seamless into the mix pipe initiated: This happens through a transition geome trie, which consists of transition channels, which in the An capture phase of this mixing tube are excluded, and which the flow in the subsequent effective flow Transfer cross section of the mixing tube. This low loss Flow introduction between swirl generator and mixing tube initially prevents the immediate formation of a backflow zone at the exit of the swirl generator.

Zunächst wird die Drallstärke im Drallerzeuger über seine Geometrie so gewählt, daß das Aufplatzen des Wirbels nicht im Mischrohr, sondern weiter stromab am Brennkammereintritt erfolgt, wobei die Länge dieses Mischrohres so dimensioniert ist, daß sich eine ausreichende Mischungsgüte für alle Brennstoffarten ergibt. Ist beispielsweise der eingesetzte Drallerzeuger nach den Grundzügen des Doppelkegelbrenners aufgebaut, so ergibt sich die Drallstärke aus der Auslegung des entsprechenden Kegelwinkels, der Lufteintrittsschlitze und deren Anzahl.First, the swirl strength in the swirl generator is above its Geometry chosen so that the vertebra does not burst in the mixing tube, but further downstream at the combustion chamber inlet takes place, the length of this mixing tube dimensioned so is that there is sufficient mix quality for everyone Fuel types results. For example, is the one used Swirl generator according to the basic principles of the double-cone burner built up, the twist strength results from the design the corresponding cone angle, the air inlet slots and their number.

Im Mischrohr besitzt das Axialgeschindigkeits-Profil ein aus geprägtes Maximum auf der Achse und verhindert dadurch Rück zündungen in diesem Bereich. Die Axialgeschwindigkeit fällt zur Wand hin ab. Um Rückzündungen auch in diesem Bereich zu unterbinden, werden verschiedene Vorkehrungen vorgesehen: Beispielsweise zum einen läßt sich das gesamte Geschwindig keitsniveau durch Verwendung eines Mischrohres mit einem aus reichend kleinen Durchmesser anheben. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nur die Geschwindigkeit im Außenbereich des Mischrohres zu erhöhen, indem ein kleiner Teil der Verbren nungsluft über einen Ringspalt oder durch Filmlegungsbohrun gen stromab der Übergangskanäle in das Mischrohr einströmt.The axial speed profile has an off in the mixing tube embossed maximum on the axis and thereby prevents back ignitions in this area. The axial speed drops down to the wall. To reignite this area too prevent various measures are provided: For example, on the one hand, the entire speed can be reduced level by using a mixing tube with a raise sufficiently small diameter. Another possibility is just the speed outside the Increase mixing tube by a small part of the scorch air through an annular gap or through a filming hole flows into the mixing tube downstream of the transition channels.

Was die erwähnten Übergangskanäle zur Einleitung der Strö mung aus dem Drallerzeuger in das Mischrohr betrifft, so ist zu sagen, daß der Verlauf dieser Übergangskanäle spiralför mig verengend oder erweiternd ausgebildet sein kann, entspre chend dem effektiven anschließenden Durchflußquerschnitt des Mischrohres.As for the mentioned transition channels to initiate the flow tion from the swirl generator into the mixing tube is concerned to say that the course of these transition channels spiral can be narrowed or widened accordingly according to the effective subsequent flow cross-section of the mixing tube.

Ein Teil des allenfalls erzeugten Druckverlustes kann durch Anbringung eines Diffusors am Ende des Mischrohres wettge macht werden. In diesem Bereich oder stromauf kann auch eine Venturistrecke vorgesehen werden.Part of the pressure loss that may be generated can be caused by Attachment of a diffuser to the end of the mixing tube be made. In this area or upstream one can also Venturi range can be provided.

Am Ende des Mischrohres schließt sich die Brennkammer mit einem Querschnittssprung an. Hier bildet sich eine zentrale Rückströmzone, deren Eigenschaften die eines Flammenhalters sind.The combustion chamber closes at the end of the mixing tube a cross-sectional leap. A central one is formed here Backflow zone, the properties of which are those of a flame holder are.

Die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone erfordert eine ausreichend hohe Drallzahl im Mischrohr. Ist aber eine solche zunächst unerwünscht, so können stabile Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner, stark verdrallter Luftmengen, 5-20% der Gesamtluftmenge, am Rohrende erzeugt werden.The creation of a stable backflow zone requires one sufficiently high swirl number in the mixing tube. But it is one Initially undesirable, stable backflow zones can occur the supply of small, strongly swirled air volumes, 5-20% of the Total air volume generated at the end of the pipe.

In Verbindung mit dem erwähnten Querschnittssprung wird das Ende des Mischrohres mit einer Abrißkante ausgebildet, wel che der Rückströmzone eine hohe räumliche Stabilität ver leiht. Allgemein lassen sich durch die erwähnten Maßnahmen folgende Vorteile erzielen:In connection with the mentioned cross-sectional jump that will End of the mixing tube formed with a tear-off edge, wel surface in the backflow zone borrows. In general, the measures mentioned can achieve the following advantages:

a) Stable flame position;
b) Lower pollutant emissions (Co, UHC, NOx);
c) minimization of pulsations;
d) complete burnout;
e) Large operating area coverage;
f) Good cross-ignition between the different burners, ins especially with stepped load position, in which the Burners are operated interdependent with each other;
g) The flame can match the corresponding combustion chamber geometry be adjusted;
h) compact design;
i) Improved mixing of the flow media;
j) Improved "pattern factor" of the temperature distribution in the combustion chamber (= balanced temperature profile of the Combustion chamber flow).

Zum anderen kann dieser Brenner dergestalt erweitert werden, daß im Bereich des Querschnittsprunges, konzentrisch zum Mischrohr, eine Anzahl einzelner, in sich abgeschlossener Mi schelemente angeordnet sind, wobei jedes Mischelement die Ei genschaften eines Pilotbrenners zeigt, solange die Luftzahl entsprechend gewählt ist. Ein kleiner Teil der Verbrennungs luft wird vom Hauptluftstrom abgezweigt und strömt in die be sagten Mischelemente, wobei hier 2 bis 10% Verbrennungsluft ausreichend sind. Zu jedem Mischelement gehört mindestens eine Brennstoffdüse, wobei das hierin gebildete Gemisch über Eindüsungsöffnungen in der Frontwand in die Brennkammer ein gedüst wird. Bei einer Überlastung im Bereich der Verbren nungsluftzufuhr fördert das Mischelement praktisch nur Brenn stoff, wie dies bei einer normalen Diffusionsstufe der Fall ist. Dies ist von besonderer Bedeutung, da damit das Anforde rungsprofil des Brenners, nämlich minimale NOx-Emissionen und hoher Stabilitätsbereich der Flamme bei Leerlauf und Lastab wurf, erfüllt werden kann, ohne daß getrennte Brennstoffzu führungen zur Maschine notwendig sind. Eine solche Erweite rung mit Mischelementen vermag auch den Brenner gemäß EP-B1- 0 321 809 qualitativ zu steigern.On the other hand, this burner can be expanded in such a way that in the area of the cross-sectional jump, concentric to Mixing tube, a number of individual, self-contained Mi Sch elements are arranged, each mixing element, the egg features of a pilot burner as long as the air ratio is chosen accordingly. A small part of the combustion air is branched off from the main air flow and flows into the be said mixing elements, here 2 to 10% combustion air are sufficient. Each mixing element has at least one a fuel nozzle, the mixture formed therein via Injection openings in the front wall into the combustion chamber is sprayed. In the event of an overload in the area of consumption The mixing element practically only supports combustion air supply material, as is the case with a normal diffusion level is. This is of particular importance because it is the requirement burner profile, namely minimal NOx emissions and high stability range of the flame when idling and under load can be met without the need for separate fuel machine guides are necessary. Such an extension The burner according to EP-B1- 0 321 809 to increase quality.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen ge kennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the Invention according task solution are ge in the further claims indicates.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbei spiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel bare Verständnis der Erfindung unwesentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den verschie denen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.In the following, with reference to the drawings games of the invention explained in more detail. All for the immediate bare understanding of the invention are non-essential features been left out. The same elements are in the different which figures have the same reference numerals. The The direction of flow of the media is indicated by arrows.

Brief description of the drawings

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 einen Brenner mit anschließender Brennkammer, Fig. 1 shows a burner with subsequent combustion chamber,

Fig. 2 einen Drallerzeuger in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten, Fig. 2 is a swirl generator in a perspective view, cut, respectively,

Fig. 3 einen Schnitt durch den 2-Schalen-Drallerzeuger, nach Fig. 2, Fig. 3 a section through the 2-Shell swirl generator, according to Fig. 2,

Fig. 4 einen Schnitt durch einen 4-Schalen-Drallerzeuger, Fig. 4 shows a section through a 4-shell swirl generator,

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Drallerzeuger, dessen Scha len schaufelförmig profiliert sind, Figure 5 is a sectional view of a swirl generator, whose seed shells are profiled shovel-shaped.,

Fig. 6 eine Darstellung der Form der Übergangsgeometrie zwischen Drallerzeuger und Mischrohr und Fig. 6 shows the shape of the transition geometry between the swirl generator and mixing tube and

Fig. 7 eine Abrißkante zur räumlichen Stabilisierung der Rückströmzone. Fig. 7 is a tear-off edge for spatial stabilization of the backflow zone.

Ways of carrying out the invention, commercial usability

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Brenners. Anfänglich ist ein Drallerzeuger 100 wirksam, dessen Ausgestaltung in den nachfolgenden Fig. 2-5 noch näher gezeigt und beschrieben wird. Es handelt sich bei diesem Drallerzeuger 100 um ein ke gelförmiges Gebilde, das tangential mehrfach von einem tan gential einströmenden Verbrennungsluftstromes 115 beauf schlagt wird. Die sich hierein bildende Strömung wird anhand einer stromab des Drallerzeugers 100 vorgesehenen Übergangs geometrie nahtlos in ein Übergangsstück 200 übergeleitet, dergestalt, daß dort keine Ablösungsgebiete auftreten kön nen. Die Konfiguration dieser Übergangsgeometrie wird unter Fig. 6 näher beschrieben. Dieses Übergangsstück 200 ist ab strömungsseitig der Übergangsgeometrie durch ein Rohr 20 verlängert, wobei beide Teile das eigentliche Mischrohr 220, auch Mischstrecke genannt, des Brenners bilden. Selbstver ständlich kann das Mischrohr 220 aus einem einzigen Stück be stehen, d. h. dann, daß das Übergangsstück 200 und Rohr 20 zu einem einzigen zusammenhängenden Gebilde verschmolzen sind, wobei die Charakteristiken eines jeden Teils erhalten bleiben. Werden Übergangsstück 200 und Rohr 20 aus zwei Tei len erstellt, so sind diese durch einen Buchsenring 10 ver bunden, wobei der gleiche Buchsenring 10 kopfseitig als Ver ankerungsfläche für den Drallerzeuger 100 dient. Ein solcher Buchsenring 10 hat darüber hinaus den Vorteil, daß verschie dene Mischrohre eingesetzt werden können. Abströmungsseitig des Rohres 20 befindet sich die eigentliche Brennkammer 30, welche hier lediglich durch das Flammrohr versinnbildlicht ist. Das Mischrohr 220 erfüllt die Bedingung, daß stromab des Drallerzeugers 100 eine definierte Mischstrecke bereitge stellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung von Brenn stoffen verschiedener Art erzielt wird. Diese Mischstrecke, also das Mischrohr 220, ermöglicht des weiteren eine verlust freie Strömungsführung, so daß sich auch in Wirkverbindung mit der Übergangsgeometrie zunächst keine Rückströmzone bil den kann, womit über die Länge des Mischrohres 220 auf die Mischungsgüte für alle Brennstoffarten Einfluß ausgeübt wer den kann. Dieses Mischrohr 220 hat aber noch eine andere Ei genschaft, welche darin besteht, daß im Mischrohr 220 selbst das Axialgeschwindigkeitsprofil ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so daß eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer nicht möglich ist. Allerdings ist es richtig, daß bei einer solchen Konfiguration diese Axialgeschwindig keit zur Wand hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Be reich zu unterbinden, wird das Mischrohr 220 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmäßig oder unre gelmäßig verteilten Bohrungen 21 verschiedenster Quer schnitte und Richtungen gegenüber der Brennerachse 60 verse hen, durch welche eine Luftmenge in das Innere des Mischroh res 220 strömt, und entlang der Wand im Sinne einer Filmle gung eine Erhöhung der Geschwindigkeit induzieren. Eine andere Möglichkeit die gleiche Wirkung zu erzielen, besteht darin, daß der Durchflußquerschnitt des Mischrohres 220 ab strömungsseitig der Übergangskanäle 201, welche die bereits genannten Übergangsgeometrie bilden, eine Verengung erfährt, wodurch das gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb des Mischrohres 220 angehoben wird. In der Figur verlaufen diese Bohrungen 21 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Bren nerachse 60. Des weiteren fällt der Auslauf der Über gangskanäle 201 mit dem engsten Durchflußquerschnitt des Mischrohres 220 zusammen. Die genannten Übergangskanäle 201 überbrücken sonach den jeweiligen Querschnittsunterschied, ohne dabei die gebildete Strömung negativ zu beeinflussen. Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung der Rohrströmung 40 entlang des Mischrohres 220 einen nicht tolerierbaren Druckverlust auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am Ende des Mischrohres ein in der Figur nicht gezeigter Diffusor vorgesehen wird. Am Ende des Mischrohres 220 schließt sich eine Brennkammer 30 an, wobei zwischen den beiden Durchflußquerschnitten ein durch eine Frontwand 80 gebildeter Querschnittssprung 70 vorhanden ist. Erst hier bildet sich eine zentrale Rückströmzone 50, welche die Eigen schaften eines Flammenhalters aufweist. Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges 70 während des Betriebes eine strömungsmäßige Randzone, in welcher durch den dort vorherr schenden Unterdruck Wirbelablösungen entstehen, so führt dies zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone 50. Die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone 50 erfordert eine ausreichend hohe Drallzahl im betreffenden Rohr. Ist eine solche zunächst unerwünscht, so können stabile Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner stark verdrallter Luftströmungen am Rohrende, beispielsweise durch tangentiale Öffnungen, er zeugt werden. Dabei geht man hier davon aus, daß die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der Gesamtluftmenge be trägt. Fig. 1 shows the overall structure of a burner. Initially, a swirl generator 100 is effective, the design of which is shown and described in more detail in the following FIGS. 2-5. This swirl generator 100 is a cone-shaped structure which is struck tangentially several times by a tan-gently flowing combustion air flow 115 . The flow formed here is seamlessly transferred into a transition piece 200 using a transition geometry provided downstream of the swirl generator 100 , in such a way that no separation areas can occur there. The configuration of this transition geometry is described in more detail in FIG. 6. This transition piece 200 is extended from the flow side of the transition geometry by a tube 20 , both parts forming the actual mixing tube 220 , also called the mixing section, of the burner. Of course, the mixing tube 220 can be made from a single piece, ie then that the transition piece 200 and tube 20 are fused into a single coherent structure, the characteristics of each part being retained. If transition piece 200 and tube 20 are created from two parts, these are connected by a bushing ring 10 , the same bushing ring 10 serving as an anchoring surface for the swirl generator 100 on the head side. Such a bushing ring 10 also has the advantage that various mixing tubes can be used. The actual combustion chamber 30 is located on the outflow side of the tube 20 and is here only symbolized by the flame tube. The mixing tube 220 fulfills the condition that a defined mixing section is provided downstream of the swirl generator 100 , in which a perfect premixing of fuels of various types is achieved. This mixing section, that is, the mixing tube 220 , further enables loss-free flow guidance, so that initially no return flow zone can also be in operative connection with the transition geometry, which means that the length of the mixing tube 220 can influence the quality of the mixture for all types of fuel . This mixing tube 220 has yet another egg property, which consists in the fact that the axial velocity profile itself has a pronounced maximum on the axis in the mixing tube 220 , so that the flame cannot re-ignite from the combustion chamber. However, it is correct that with such a configuration this axial speed drops towards the wall. In order to prevent re-ignition in this area, the mixing tube 220 is in the flow and circumferential direction with a number of regularly or irregularly distributed holes 21 of various cross sections and directions with respect to the burner axis 60 , through which an amount of air into the interior of the mixing tube res 220 flows, and induce an increase in speed along the wall in the sense of a film. Another possibility to achieve the same effect is that the flow cross-section of the mixing tube 220 narrows from the flow side of the transition channels 201 , which form the transition geometry already mentioned, whereby the overall speed level within the mixing tube 220 is increased. In the figure, these bores 21 run at an acute angle with respect to the burner axis 60 . Furthermore, the outlet of the transition channels 201 coincides with the narrowest flow cross section of the mixing tube 220 . The aforementioned transition channels 201 thus bridge the respective cross-sectional difference without adversely affecting the flow formed. If the selected precaution triggers an intolerable pressure loss when guiding the pipe flow 40 along the mixing pipe 220 , this can be remedied by providing a diffuser (not shown in the figure) at the end of the mixing pipe. At the end of the mixing tube 220 there is a combustion chamber 30 , a cross-sectional jump 70 formed by a front wall 80 being present between the two flow cross sections. Only here does a central backflow zone 50 form , which has the properties of a flame holder. If a flow-like edge zone forms in this cross-sectional jump 70 during operation, in which vortex detachments arise due to the negative pressure prevailing there, this leads to an increased ring stabilization of the backflow zone 50 . The generation of a stable backflow zone 50 requires a sufficiently high number of swirls in the pipe in question. If this is initially undesirable, stable backflow zones can be created by supplying small, highly swirled air flows at the pipe end, for example through tangential openings. It is assumed here that the amount of air required for this carries about 5-20% of the total amount of air.

Was die Ausgestaltung der Abrißkante am Ende des Mischrohres 220 betrifft, wird auf die Beschreibung unter Fig. 7 verwie sen.As for the configuration of the tear-off edge at the end of the mixing tube 220 , reference is made to the description in FIG. 7.

Senkrecht oder quasi-senkrecht zur Frontwand 80 werden kon zentrisch zum Mischrohr 20 eine Anzahl Mischelemente 300 an geordnet, welche aus einem rohrförmigen Strömungskanal beste hen, wobei diese mit einem Teil 115a Verbrennungsluft durch strömt werden, in der Regel 2-10% der gesamthaft zur Verfü gung stehenden Verbrennungsluft 115. Das Mischelement weist an geeigneter Stelle mindestens eine Zuführung 301 zur Ein bringung eines Brennstoffes 303. Bei geeigneter Ausbildung sowohl des Mischelementes 300, dessen Lufteintrittsgeometrie als auch der Brennstoffeindüsung können hier sowohl flüssige als auch gasförmige Brennstoffe zum Einsatz gelangen. Die Größen der Lufteintrittsgeometrie und der Brennstoffeindü sung sind so ausgelegt, daß die volle Verbrennungsluft resp. Brennstoffmenge, die für einen gestützten Betrieb über den ganzen Lastbereich notwendig sind, in das Mischelement 300 eingebracht werden können. Bei Vollast werden die Brenn stoffmengen zwischen Hauptstufe (100) und Pilotstufe (300) etwa proportional zur Luftverteilung gewählt. Der brennkam merseitige Ausgang des im Mischelement 300 gebildeten Gemi sches 304 wird von einer Düse 31 übernommen, welche in die Frontwand 80 integriert ist. Die Anzahl der kranzförmig um das Mischrohr 20 angeordneten Mischelemente 300 ist der je weiligen Konfiguration des Brenners sowie dessen Betriebspa rametern angepaßt.Perpendicular or quasi-perpendicular to the front wall 80 , a number of mixing elements 300 are arranged in the center of the mixing tube 20 , which consist of a tubular flow channel, these being flowed through with a part 115 a of combustion air, generally 2-10% of the total Combustion air available 115 . The mixing element has at a suitable point at least one feeder 301 for introducing a fuel 303 . With a suitable design of both the mixing element 300 , its air inlet geometry and the fuel injection, both liquid and gaseous fuels can be used here. The sizes of the air inlet geometry and the Brennstoffindü solution are designed so that the full combustion air, respectively. Amount of fuel that is necessary for supported operation over the entire load range can be introduced into the mixing element 300 . At full load, the fuel quantities between main stage ( 100 ) and pilot stage ( 300 ) are chosen to be roughly proportional to the air distribution. The combustion chamber-side output of the mixture 304 formed in the mixing element 300 is taken over by a nozzle 31 which is integrated in the front wall 80 . The number of annular elements 300 arranged around the mixing tube 20 is adapted to the particular configuration of the burner and its operating parameters.

Es hat sich im Zusammenhang mit den Mischelementen 300 ge zeigt, daß man den Luftzahlbereich des hier auf Vormischung betreibbaren Brenners in Richtung magerer Gemische ein Stück weit erweitern kann, ohne daß erhöhte CO-Emissionen in Kauf genommen werden müssen, wenn sich in der direkten Nähe des Brenners eine starke Zündquelle befindet. Solcherart bildet sich eine Flammenfront, die sich durch das Gemisch fortpflanzt. Vorzugsweise wird daher mit fallender Last nur die Brennstoffmenge der Hauptstufe reduziert, wobei eine mä ßige Erhöhung der Brennstoffmenge der Pilotstufe, innerhalb deren Grenze hinsichtlich der NOx-Emissionen, zulässig ist, dergestalt, daß bei dieser Konfiguration eine Erhöhung der Zündwirkung gegeben ist.It has been shown in connection with the mixing elements 300 that the air ratio range of the burner, which can be operated here on premixing, can be extended somewhat towards leaner mixtures without having to accept increased CO emissions if it is in the immediate vicinity the burner has a strong ignition source. In this way, a flame front forms, which propagates through the mixture. Preferably, therefore, only the fuel quantity of the main stage is reduced with falling load, a moderate increase in the fuel quantity of the pilot stage being permissible, within its limit with regard to the NOx emissions, such that there is an increase in the ignition effect in this configuration.

Über eine gewisse Brennluftzahl, d. h. unter einer Grenzlast der Brennkammer 30, breitet sich die Flammenfront nicht mehr genügend schnell aus, so daß unverbrannter Brennstoff emi tiert wird. Hiergegen wird Abhilfe geschaffen, indem der Brennstoff 303 mehr und mehr nur dem als Pilotstufe betreib baren Mischelement 300 zugeführt wird. Da die Luftzahl hier bei sehr schnell sehr kleine Werte («1) annimmt, und die Luftströmung durch die Strömungskanäle infolge der großen Brennstoffmenge teilweise blockiert wird, unterscheidet sich diese Betriebsart der Pilotstufen nicht wesentlich von dem einer gewöhnlichen Diffusionsbrennstufe.Over a certain number of combustion air, ie under a limit load of the combustion chamber 30 , the flame front no longer spreads sufficiently quickly, so that unburned fuel is emitted. This is remedied by supplying the fuel 303 more and more only to the mixing element 300 which can be operated as a pilot stage. Since the air ratio takes on very small values («1) very quickly, and the air flow through the flow channels is partially blocked due to the large amount of fuel, this operating mode of the pilot stages does not differ significantly from that of an ordinary diffusion combustion stage.

Grundsätzlich zeigt das Mischelementes 300 die gleichen Ei genschaften eines Pilotbrenners, solange die Luftzahl ent sprechend gewählt ist. Bei Überlastung hinsichtlich der Ver brennungsluftmenge fördert das Mischelement 300 praktisch nur Brennstoff, wie dies eine normale Diffusionsbrennstufe auch tut. Dies ist von besonderer Bedeutung, da mithin die Anfor derungsprofile hinsichtlich minimierter NOx-Emissionen der Stützflamme im hohen Lastbereich der Brennkammer sowie des extrem hohen Stabilitätsbereichs der Stützflamme bei Leer lauf und Lastabwurf erfüllt werden, ohne daß getrennte Brennstoffzuführungen zur Brennkammer 30 notwendig sind.Basically, the mixing element 300 shows the same egg properties of a pilot burner, as long as the air ratio is chosen accordingly. When overloaded with regard to the amount of combustion air, the mixing element 300 delivers practically only fuel, as does a normal diffusion combustion stage. This is of particular importance since the requirement profiles with regard to minimized NOx emissions of the support flame in the high load range of the combustion chamber and the extremely high stability range of the support flame when idling and load shedding are met without the need for separate fuel supplies to the combustion chamber 30 .

Das Vorsehen der beschriebenen Mischelemente 300 ist nicht auf den hier gezeigten Brenner beschränkt. In ähnlicher Weise können diese Elemente auch bei einem Brenner gemäß EP-0 321 809 B1 im Bereich der dort beschrieben und gezeigten Frontwand vorgesehen werden. Diese Druckschrift bildet sonach integrierenden Bestandteil dieser Beschreibung.The provision of the mixing elements 300 described is not limited to the burner shown here. Similarly, these elements can also be provided in a burner according to EP-0 321 809 B1 in the region of the front wall described and shown there. This document therefore forms an integral part of this description.

Um den Aufbau des Drallerzeugers 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 2 mindestens Fig. 3 herangezogen wird. Des weiteren, um diese Fig. 2 nicht unnö tig unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die nach den Fig. 3 schematisch gezeigten Leitbleche 121a, 121b nur an deutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 2 nach Bedarf auf die genannten Figuren hingewiesen.In order to better understand the structure of the swirl generator 100 , it is advantageous if at least FIG. 3 is used at the same time as FIG. 2. Furthermore, in order not to make this FIG. 2 unnecessarily confusing, the baffles 121 a, 121 b shown schematically according to FIG. 3 have only been included in the figure . In the description of FIG. 2, reference is made below to the figures mentioned as required.

Der erste Teil des Brenners nach Fig. 1 bildet den nach Fig. 2 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 Fig. 4 und 5 zeigen; dies hängt jeweils, wie weiter unten noch näher zur Erläuterung kommen wird, von der Betrei bungsart des ganzen Brenners ab. Es ist bei bestimmten Be triebskonstellationen nicht ausgeschlossen, einen aus einer einzigen Spirale bestehenden Drallerzeuger vorzusehen. Die Versetzung der jeweiligen Mittelachse oder Längssymmetrieach sen 101b, 102b der kegeligen Teilkörper 101, 102 zueinander schafft bei der benachbarten Wandung, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Kanal, d. h. einen Luft eintrittsschlitz 119, 120 (Fig. 3), durch welche die Verbren nungsluft 115 in Innenraum des Drallerzeugers 100, d. h. in den Kegelhohlraum 114 desselben strömt. Die Kegelform der ge zeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimmten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Be triebseinsatz, können die Teilkörper 101, 102 in Strömungs richtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufwei sen, ähnlich einer Trompete resp. Tulpe. Die beiden letztge nannten Formen sind zeichnerisch nicht erfaßt, da sie für den Fachmann ohne weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 101a, 102a, die ebenfalls, analog den kegeligen Teilkörpern 101, 102, versetzt zueinander verlaufen, so daß die tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 über die ganze Länge des Drallerzeugers 100 vorhanden sind. Im Bereich des zylindrischen Anfangsteils ist eine Düse 103 vorzugsweise für einen flüssigen Brennstoff 112 untergebracht, deren Ein düsung 104 in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeligen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraumes 114 zusammenfällt. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Düse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Brenners. Selbstverständlich kann der Drallerzeu ger 100 rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 101a, 102a, ausgeführt sein. 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 Kegel hohlraum 114, plaziert, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Bei dem durch die Düse 103 herangeführten Brennstoff 112 handelt es sich, wie er wähnt, im Normalfall um einen flüssigen Brennstoff, wobei eine Gemischbildung mit einem anderen Medium ohne weiteres möglich ist. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 eingedüst. Aus der Düse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffspray 105, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die Konzentration des eingedüsten Brennstoffes 112 fortlaufend durch die ein strömenden Verbrennungsluft 115 zu einer Vermischung mit Ver dampfungsqualität abgebaut. Wird ein gasförmiger Brennstoff 113 über die Öffnungsdüsen 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 rückge führten Rauchgas oder Abgas angereichert, so unterstützt dies nachhaltig die Verdampfung des flüssigen Brennstoffes 112, bevor dieses Gemisch in die nachgeschaltete Stufe strömt. Die gleichen Überlegungen 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 Luftein trittsschlitze 119, 120 sind an sich enge Grenzen einzuhal ten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbren nungsluft 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 Draller zeugers begünstigt. Die Axialgeschwindigkeit innerhalb des Drallerzeugers 100 läßt sich durch eine entsprechende nicht gezeigte Zuführung eines axialen Verbrennungsluftstromes ver ändern. Eine entsprechende Drallerzeugung verhindert die Bil dung von Strömungsablösungen innerhalb des dem Drallerzeuger 100 nachgeschalteten Mischrohres. Die Konstruktion des Drall erzeugers 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 Überlappung derselben vorgesehen werden kann. Es ist des weiteren möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine ge genläufig drehende Bewegung spiralartig ineinander zu ver schachteln. 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 100 shown in FIG. 2. This consists of two hollow, conical partial bodies 101 , 102 which are nested in one another in a staggered manner. The number of conical partial bodies can of course be greater than two, as shown in FIGS. 4 and 5; This depends on the type of operation of the entire burner, as will be explained in more detail below. In certain operating constellations, it is not excluded to provide a swirl generator consisting of a single spiral. The offset of the respective central axis or longitudinal symmetry axes 101 b, 102 b of the conical partial bodies 101 , 102 to one another creates a tangential channel, ie an air inlet slot 119 , 120 ( FIG. 3), through which in the adjacent wall, in a mirror-image arrangement the combustion air 115 flows into the interior of the swirl generator 100 , ie into the cone cavity 114 of the same. The conical shape of the partial bodies 101 , 102 shown in the flow direction has a specific fixed angle. Of course, depending on Be operational use, the partial body 101 , 102 in the flow direction have an increasing or decreasing taper inclination, similar to a trumpet or. Tulip. The two last-mentioned forms are not included in the drawing, since they are readily understandable for the person skilled in the art. The two conical partial bodies 101 , 102 each have a cylindrical initial part 101 a, 102 a, which likewise, analogously to the conical partial bodies 101 , 102 , are offset from one another, so that the tangential air inlet slots 119 , 120 are present over the entire length of the swirl generator 100 . In the region of the cylindrical initial part, a nozzle 103 is preferably accommodated for a liquid fuel 112 , the nozzle 104 of which coincides approximately with the narrowest cross section of the conical cavity 114 formed by the conical partial bodies 101 , 102 . The injection capacity and the type of this nozzle 103 depend on the given parameters of the respective burner. Of course, the swirl generator 100 can be purely conical, that is to say without cylindrical starting parts 101 a, 102 a. The conical sub-bodies 101 , 102 further each have a fuel line 108 , 109 , which are arranged along the tangential air inlet slots 119 , 120 and are provided with injection openings 117 , through which a gaseous fuel 113 is preferably injected into the combustion air 115 flowing through there, such as arrows 116 symbolize this. These fuel lines 108 , 109 are preferably placed at the latest at the end of the tangential inflow, before entering the cone cavity 114 , in order to obtain an optimal air / fuel mixture. The fuel 112 fed through the nozzle 103 , as he thinks, is normally a liquid fuel, and it is readily possible to form a mixture with another medium. This fuel 112 is injected into the cone cavity 114 at an acute angle. A cone-shaped fuel spray 105 is thus formed from the nozzle 103 and is enclosed by the rotating combustion air 115 flowing in tangentially. In the axial direction, the concentration of the injected fuel 112 is continuously reduced by the flowing combustion air 115 to mix with the evaporation quality. If a gaseous fuel 113 is introduced via the opening nozzles 117 , the fuel / air mixture is formed directly at the end of the air inlet slots 119 , 120 . If the combustion air 115 is additionally preheated, or enriched, for example, with a recirculated flue gas or exhaust gas, this supports the evaporation of the liquid fuel 112 before this mixture flows into the downstream stage. The same considerations also apply if liquid fuels should be supplied via lines 108 , 109 . In the design of the tapered body 101 , 102 with respect to the cone angle and the width of the tangential air inlet slots 119 , 120 are narrow limits to be observed, so that the desired flow field of the combustion air 115 at the output of the swirl generator 100 can be set. In general, it can be said that a reduction in the tangential air inlet slots 119 , 120 favors the faster formation of a backflow zone in the area of the swirl generator. The axial speed within the swirl generator 100 can be changed by a corresponding supply, not shown, of an axial combustion air flow. A corresponding swirl generation prevents the formation of flow separations within the mixing tube downstream of the swirl generator 100 . The design of the swirl generator 100 is furthermore excellently suitable for changing the size of the tangential air inlet slots 119 , 120 , with which a relatively large operational bandwidth can be detected without changing the overall length of the swirl generator 100 . Of course, the partial bodies 101 , 102 can also be displaced relative to one another in another plane, as a result of which an overlap thereof can even be provided. It is also possible to interleave the partial bodies 101 , 102 in a spiral manner by a counter-rotating movement. It is thus possible to vary the shape, size and configuration of the tangential air inlet slots 119 , 120 as desired, with which the swirl generator 100 can be used universally without changing its overall length.

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

Fig. 4 zeigt gegenüber Fig. 3, daß der Drallerzeuger 100 nunmehr aus vier Teilkörpern 130, 131, 132, 133 aufgebaut ist. Die dazugehörigen Längssymmetrieachsen zu jedem Teilkör per sind mit der Buchstabe a gekennzeichnet. Zu dieser Konfi guration ist zu sagen, daß sie sich aufgrund der damit er zeugten, geringeren Drallstärke und im Zusammenwirken mit ei ner entsprechend vergrößerten Schlitzbreite bestens eignet, das Aufplatzen der Wirbelströmung abströmungsseitig des Drallerzeugers im Mischrohr zu verhindern, womit das Misch rohr die ihm zugedachte Rolle bestens erfüllen kann. Fig. 4 is compared to FIG. 3 that the swirl generator 100 now consists of four sub-bodies 130, 131, 132, 133 is constructed. The associated axes of longitudinal symmetry for each Teilkör by are marked with the letter a. To this confi guration it can be said that it is due to the he created, lower swirl strength and in cooperation with a correspondingly enlarged slot width ideal to prevent the swirling of the vortex flow downstream of the swirl generator in the mixing tube, so that the mixing tube intended for him Role.

Fig. 5 unterscheidet sich gegenüber Fig. 4 insoweit, als hier die Teilkörper 140, 141, 142, 143 eine Schaufelprofilform ha ben, welche zur Bereitstellung einer gewissen Strömung vorge sehen wird. Ansonsten ist die Betreibungsart des Drallerzeu gers die gleiche geblieben. Die Zumischung des Brennstoffes 116 in den Verbrennungsluftstromes 115 geschieht aus dem In nern der Schaufelprofile heraus, d. h. die Brennstoffleitung 108 ist nunmehr in die einzelnen Schaufeln integriert. Auch hier sind die Längssymmetrieachsen zu den einzelnen Teilkör pern mit der Buchstabe a gekennzeichnet. Fig. 5 differs from Fig. 4 insofar as here the partial body 140 , 141 , 142 , 143 ben a blade profile shape ben, which will be seen to provide a certain flow. Otherwise the mode of operation of the swirl generator has remained the same. The admixture of the fuel 116 in the combustion air flow 115 takes place from within the blade profiles, ie the fuel line 108 is now integrated into the individual blades. Here, too, the axes of longitudinal symmetry to the individual partial bodies are marked with the letter a.

Fig. 6 zeigt das Übergangsstück 200 in dreidimensionaler An sicht. Die Übergangsgeometrie ist für einen Drallerzeuger 100 mit vier Teilkörpern, entsprechend der Fig. 4 oder 5, aufgebaut. Dementsprechend weist die Übergangsgeometrie als natürliche Verlängerung der stromauf wirkenden Teilkörper vier Übergangskanäle 201 auf, wodurch die Kegelviertelfläche der genannten Teilkörper verlängert wird, bis sie die Wand des Rohres 20 resp. des Mischrohres 220 schneidet. Die glei chen Überlegungen gelten auch, wenn der Drallerzeuger aus einem anderen Prinzip, als den unter Fig. 2 beschriebenen, aufgebaut ist. Die nach unten in Strömungsrichtung verlau fende Fläche der einzelnen Übergangskanäle 201 weist eine in Strömungsrichtung spiralförmig verlaufende Form auf, welche einen sichelförmigen Verlauf beschreibt, entsprechend der Tatsache, daß sich vorliegend der Durchflußquerschnitt des Übergangsstückes 200 in Strömungsrichtung konisch erweitert. Der Drallwinkel der Übergangskanäle 201 in Strömungsrichtung ist so gewählt, daß der Rohrströmung anschließend bis zum Querschnittssprung 70 am Brennkammereintritt noch eine genü gend große Strecke verbleibt, um eine perfekte Vormischung mit dem eingedüsten Brennstoff zu bewerkstelligen. Ferner er höht sich durch die oben genannten Maßnahmen auch die Axial geschwindigkeit an der Mischrohrwand stromab des Drallerzeu gers. Die Übergangsgeometrie und die Maßnahmen im Bereich des Mischrohres bewirken eine deutliche Steigerung des Axial geschwindigkeitsprofils zum Mittelpunkt des Mischrohres hin, so daß der Gefahr einer Frühzündung entscheidend entgegenge wirkt wird. Fig. 6 shows the transition piece 200 in three-dimensional view. The transition geometry is constructed for a swirl generator 100 with four partial bodies, corresponding to FIG. 4 or 5. Accordingly, the transition geometry as a natural extension of the upstream partial body four transition channels 201 , whereby the conical quarter surface of the partial body is extended until it the wall of the tube 20 or. of the mixing tube 220 cuts. The same considerations also apply if the swirl generator is constructed from a principle other than that described under FIG. 2. The downward flow in the flow direction surface of the individual transition channels 201 has a spiral shape in the flow direction, which describes a crescent-shaped course, corresponding to the fact that in the present case the flow cross section of the transition piece 200 widens conically in the flow direction. The swirl angle of the transition channels 201 in the flow direction is selected such that the tube flow then remains a sufficiently large distance until the cross-sectional jump 70 at the combustion chamber inlet in order to achieve a perfect premixing with the injected fuel. Furthermore, he increases by the above measures, the axial speed on the mixing tube wall downstream of the swirl generator. The transition geometry and the measures in the area of the mixing tube bring about a significant increase in the axial speed profile towards the center of the mixing tube, so that the risk of early ignition is decisively counteracted.

Fig. 7 zeigt die bereits angesprochene Abrißkante, welche am Brenneraustritt gebildet ist. Der Durchflußquerschnitt des Rohres 20 erhält in diesem Bereich einen Übergangsradius 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 <9° be trägt. 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 an hand eines gekrümmten Verlaufs wieder auf Stufe Austrittse bene gebracht werden. Der Winkel β′, der sich zwischen Tan gente der Abrißkante A und Senkrechte zur Austrittsebene des Rohres 20 ausbreitet, ist gleich groß wie Winkel β. Auf die Vorteile dieser Ausbildung ist bereits oben unter dem Kapitel "Darstellung der Erfindung" näher eingegangen. Fig. 7 shows the tear-off edge already mentioned, which is formed at the burner outlet. The flow cross section of the tube 20 is given a transition radius R in this area, the size of which basically depends on the flow within the tube 20 . This radius R is chosen so that the flow is applied to the wall and the swirl number can increase sharply. The size of the radius R can be defined quantitatively so that it is <10% of the inner diameter d of the tube 20 . Compared to a flow without a radius, the backflow bubble 50 now increases enormously. This radius R extends to the exit plane of the tube 20 , the angle β between the beginning and end of the curvature being <9 °. The tear-off edge A runs along the one leg of the angle β into the interior of the tube 20 and thus forms a tear-off step S with respect to the front point of the tear-off edge A, the depth of which is <3 mm. Of course, the edge running parallel to the exit plane of the tube 20 can be brought back to the exit plane level by means of a curved course. The angle β ', which extends between the tangent of the tear-off edge A and perpendicular to the exit plane of the tube 20 , is the same size as the angle β. The advantages of this training have already been discussed in more detail above in the chapter "Representation of the Invention".

BezugszeichenlisteReference list

10 Buchenring,
20 Mischrohr, Mischstrecke
21 Bohrungen, Öffnungen
30 Brennkammer
31 Gemischdüse
40 Strömung, Rohrströmung im Mischrohr
50 Rückströmzone, Rückströmblase
60 Brennerachse
70 Querschnittssprung
80 Frontwand
100 Drallerzeuger
101, 102 Teilkörper
101a, 102b zylindrische Anfangsteile
101b, 102b Längssymmetrieachsen
103 Brennstoffdüse
104 Brennstoffeindüsung
105 Brennstoffspray (Brennstoffeindüsungsprofil)
108, 109 Brennstoffleitungen
112 Flüssiger Brennstoff
113 Gasförmiger Brennstoff
114 Kegelhohlraum
115 Verbrennungsluft (Verbrennungsluftstrom)
115a Teil Verbrennungsluft
116 Brennstoff-Eindüsung aus den Leitungen 108, 109
117 Brennstoffdüsen
119, 120 Tangentiale Lufteintrittsschlitze
121a, 121b Leitbleche
123 Drehpunkt der Leitbleche
130, 131, 132, 133 Teilkörper
131a, 131a, 132a, 133a Längssymmetrieachsen
140, 141, 142, 143 Schaufelprofilförmige Teilkörper
140a, 141a, 142a, 143a Längssymmetrieachsen
200 Übergangsstück
201 Übergangskanäle
220 Mischrohr
300 Mischelement, Pilotstufe
301 Brennstoffleitung
303 Brennstoff
304 Gemisch aus 115a und 303
d Innendurchmesser des Rohres 20
R Übergangsradius
T Tangentiale der Abrißkante
A Abrißkante
S Abrißstufe
β Übergangswinkel von R
β′ Winkel zwischen T und A 10 beech ring,
20 mixing tube, mixing section
21 holes, openings
30 combustion chamber
31 Mixing nozzle
40 flow, pipe flow in the mixing pipe
50 backflow zone, backflow bubble
60 burner axis
70 cross-sectional jump
80 front wall
100 swirl generators
101 , 102 partial body
101 a, 102 b cylindrical initial parts
101 b, 102 b axes of longitudinal symmetry
103 fuel nozzle
104 Fuel injection
105 fuel spray (fuel injection profile)
108 , 109 fuel lines
112 Liquid fuel
113 Gaseous fuel
114 cone cavity
115 combustion air (combustion air flow)
115 a part of combustion air
116 fuel injection from lines 108 , 109
117 fuel nozzles
119 , 120 Tangential air inlet slots
121 a, 121 b baffles
123 pivot point of the guide plates
130 , 131 , 132 , 133 partial body
131 a, 131 a, 132 a, 133 a longitudinal symmetry axes
140 , 141 , 142 , 143 vane-shaped partial body
140 a, 141 a, 142 a, 143 a axes of longitudinal symmetry
200 transition piece
201 transition channels
220 mixing tube
300 mixing element, pilot stage
301 fuel line
303 fuel
304 mixture of 115 a and 303
d inner diameter of the tube 20
R transition radius
T Tangent line of the tear-off edge
A tear-off edge
S demolition level
β transition angle of R
β ′ angle between T and A

Claims

1. Burner for a heat generator, essentially best consisting of a swirl generator for combustion air, means for injecting at least one fuel into the combustion air and from a mixer with the swirl generator in operative connection, which are arranged upstream of a combustion chamber, characterized by in which are that the area of the cut jump by a cross (70) characterized the transition Zvi rule swirl generator and mixing section (100, 220) and combustion chamber (30) concentric or quasi-concentric to the mixing zone a number of mixing elements (300) arranged, a mixture formation between a portion of combustion air ( 115 a) and a fuel ( 303 ) takes place, and that the mixing elements in operative connection with the mixing section are pilot stages of the combustion chamber.

2. Burner according to claim 1, characterized in that the swirl generator also mixes the burner is.

3. Burner according to claim 1, characterized in that the mixing section ( 220 ) is arranged downstream of the swirl generator ( 100 ), which within a first section part ( 200 ) extending in the flow direction transition channels ( 201 ) for transferring a swirl generator ( 100 ) formed Flow ( 40 ) in a mixing pipe ( 20 ) downstream of the transition channels ( 201 ).

4. Burner according to claim 3, characterized in that the mixing tube ( 20 ) in the region of the exit into the combustion chamber ( 30 ) with a tear-off edge (A) for stabilization and enlargement of a downstream backflow zone ( 50 ) is provided.

5. Burner according to claim 4, characterized in that the tear-off edge (A) consists of a transition radius (R) in the region of the outlet of the mixing tube ( 20 ) and a tear-off step (S) offset from the outlet of the mixing tube.

6. Burner according to claim 5, characterized in that the transition radius (R) is <10% of the inner diameter of the mixing tube ( 20 ), and that the tear-off step (S) has a depth of <3 mm.

7. Burner according to claim 3, characterized in that the number of transition channels ( 201 ) in the mixing section ( 220 ) corresponds to the number of partial streams formed by the swirl generator ( 100 ).

8. Burner according to claim 3, characterized in that the transition channels ( 201 ) downstream mixing tube ( 20 ) is provided in the flow and circumferential direction with openings ( 21 ) for injecting an air stream into the interior of the mixing tube ( 20 ).

9. Burner according to claim 8, characterized in that the openings ( 21 ) at an acute angle with respect to the burner axis ( 60 ) of the mixing tube ( 20 ).

10. Burner according to claim 3, characterized in that the flow cross section of the mixing tube ( 20 ) downstream of the transition channels ( 201 ) is smaller, the same size or larger than the cross section of the flow ( 40 ) formed in the swirl generator ( 100 ).

11. Burner according to claim 1, characterized in that in the region of the cross-sectional jump ( 70 ) a backflow zone ( 50 ) is effective.

12. Burner according to claim 1, characterized in that upstream of the cross-sectional jump ( 70 ) there is a diffuser and / or a venturi section.

13. Burner according to claim 1, characterized in that the swirl generator ( 100 ) from at least two hollow, ke gel-shaped, in the flow direction nested part bodies ( 101 , 102 ; 130 , 131 , 132 , 133 ; 140 , 141 , 142 , 143 ) there is that the respective longitudinal symetrical axes ( 101 b, 102 b; 130 a, 131 a, 132 a, 133 a; 140 a, 141 a, 142 a, 143 a) of these partial bodies run against each other, such that the neighboring ones Wan applications of the partial body in the longitudinal extent of tangent tial channels ( 119 , 120 ) for a combustion air flow meter ( 115 ), and that in the cone cavity formed by the partial bodies ( 114 ) at least one fuel nozzle ( 103 ) is arranged.

14. Burner according to claim 13, characterized in that in the region of the tangential channels ( 119 , 120 ) in their longitudinal extension further fuel nozzles ( 117 ) are angeord net.

15. Burner according to claim 13, characterized in that the partial bodies ( 140 , 141 , 142 , 143 ) have a blade-shaped profile in cross section.

16. Burner according to claim 13, characterized in that the partial body in the direction of flow a fixed cone angle, or an increasing taper, or a down have increasing taper.

17. Burner according to claim 13, characterized in that the partial bodies are nested in a spiral.