DE20009524U1

DE20009524U1 - Burner with swirl regulator

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Publication number: DE20009524U1
Application number: DE20009524U
Authority: DE
Original assignee: ERC EMISSIONS REDUZIERUNGS CON
Current assignee: ERC EMISSIONS REDUZIERUNGS CON
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2000-09-21
Anticipated expiration: 2010-05-27

Description

Brenner mit DrallreglerBurner with swirl regulator

Description

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Verbrennen von gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen mit einem in den Brennraum mündenden oder hineinragenden Brennkopf, der ein Kernrohr aufweist, durch das ein erster Teilstrom der Verbrennungsluft strömt und das von einem Mantelrohr umgeben wird, wodurch ein Ringkanal gebildet wird, durch den ein zweiter Teilstrom der Verbrennungsluft strömt, wobei ein Drallregister mit einer Vielzahl von Drallschaufeln im zweiten Teilstrom angeordnet ist.The invention relates to a burner for burning gaseous and/or liquid fuels with a combustion head which opens into or projects into the combustion chamber and which has a core tube through which a first partial flow of the combustion air flows and which is surrounded by a jacket tube, whereby an annular channel is formed through which a second partial flow of the combustion air flows, wherein a swirl register with a plurality of swirl vanes is arranged in the second partial flow.

Die Drallschaufeln des Drallregisters versetzen die Verbrennungsluft in Rotation, wodurch eine verbesserte Durchmischung der Verbrennungsluft mit den Brennstoffen bewirkt wird. Es ist beispielsweise aus der DE-41 19 278 C2 bekannt, die Drallschaufeln entlang dem Umfang eines außen offenen, ringförmigen Einströmbereichs anzuordnen. Die Drallschaufeln sind um eine axiale Achse verschwenkbar gelagert, so daß der Drall einstellbar ist.The swirl vanes of the swirl register cause the combustion air to rotate, which improves the mixing of the combustion air with the fuel. For example, it is known from DE-41 19 278 C2 to arrange the swirl vanes along the circumference of an externally open, ring-shaped inflow area. The swirl vanes are mounted so that they can pivot around an axial axis, so that the swirl can be adjusted.

Bei der vorbekannten Anordnung strömt die Verbrennungsluft in radialer Richtung durch die Drallschaufeln und wird nach der Drallerzeugung in eine axiale Strömungsrichtung zu dem Brennkopf im Brennraum umgelenkt. Es ist offensichtlich, daß durch diese 0 Umlenkung nach der Drallerzeugung unerwünschte Strömungsbedingungen entstehen können. Insbesondere wird durch die Umlenkung ein Teils des Dralls vernichtet.In the previously known arrangement, the combustion air flows in a radial direction through the swirl vanes and, after the swirl has been generated, is diverted into an axial flow direction to the combustion head in the combustion chamber. It is obvious that this diversion after the swirl has been generated can lead to undesirable flow conditions. In particular, part of the swirl is destroyed by the diversion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner 5 der eingangs geschilderten Art so auszubilden, daß eineThe invention is based on the object of designing a burner 5 of the type described above in such a way that a

stabile und reproduzierbare Drallerzeugung der Verbrennungsluft erfolgen kann.stable and reproducible swirl generation of the combustion air can take place.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Drallregister in einem Abschnitt des zweiten Teilstroms angeordnet ist, in dem dieser eine axiale Strömungsrichtung in Richtung auf die Austrittsöffnung besitzt. Dadurch wird erreicht, daß der zweite Teilstrom nach der Drallerzeugung keine weitere Umlenkung erfährt.The object is achieved according to the invention in that the swirl register is arranged in a section of the second partial flow in which the latter has an axial flow direction in the direction of the outlet opening. This ensures that the second partial flow does not undergo any further deflection after the swirl has been generated.

Der Drall bleibt daher bis zum Austreten des zweiten Teilstroms aus dem Ringkanal stabil aufrechterhalten.The swirl therefore remains stable until the second partial flow exits the annular channel.

In zweckmäßiger Weise ist das Drallregister zumindest teilweise innerhalb des Ringkanals angeordnet, und die Drallschaufeln erstrecken sich radial in dem Ringkanal um einen koaxialen Drall um das Kernrohr zu erzeugen. Damit kann ein kompakter Aufbau des Brenners erreicht werden.The swirl register is expediently arranged at least partially within the annular channel, and the swirl vanes extend radially in the annular channel to generate a coaxial swirl around the core tube. This allows a compact design of the burner to be achieved.

Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn der Drall einstellbar ist. Dazu können die Drallschaufeln um eine radiale Welle verschwenkbar sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Drallschaufeln über ein Getriebe miteinander verbunden, und es ist ein zentraler Antrieb für eine synchrone Verschwenkung der Drallschaufeln vorgesehen. Damit werden alle Drallschaufeln gleichartig verstellt, so daß eine gleichmäßige Drallerzeugung über dem gesamten Querschnitt bewirkt werden kann.Basically, it is useful if the swirl is adjustable. For this purpose, the swirl vanes can be pivoted about a radial shaft. According to a preferred embodiment of the invention, the swirl vanes are connected to one another via a gear and a central drive is provided for synchronous pivoting of the swirl vanes. This means that all swirl vanes are adjusted in the same way so that uniform swirl can be generated across the entire cross section.

0 Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als Seilzuggetriebe ausgebildet und umfaßt wenigstens einen Seilzug, insbesondere Drahtseilzug, der an den Wellen der Drallschaufeln angreift. Die Verwendung eines Seilzuges hat den Vorteil, daß dieses ohne weiteres 5 um die radial auch außen stehenden freien Enden der0 According to a preferred embodiment of the invention, the gear is designed as a cable drive and comprises at least one cable, in particular a wire cable, which engages the shafts of the swirl vanes. The use of a cable has the advantage that it can be easily wound around the radially outward free ends of the

Wellen oder daran befestigte Stellräder der Drallschaufeln geführt werden kann. Der konstruktive Aufbau der verstellbaren Drallschaufeln wird somit wesentlich erleichtert.
5Shafts or adjusting wheels attached to the swirl vanes can be used to guide the blades. This makes the structural design of the adjustable swirl vanes much easier.
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Es ist zweckmäßig, wenn das Getriebe außerhalb des Ringkanals angeordnet sind. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Getriebe und insbesondere die Seilzüge in einem geschlossenen Ringraum angeordnet sind, der sich außen um das Mantelrohr erstreckt. Dadurch wird erreicht, daß das Getriebe von äußeren Einflüssen geschützt ist. Der Ringraum kann als Kanal ausgebildet sein, der sich im Bereich des Drallregisters um das Mantelrohr erstreckt und in den die radial nach außen weisenden Wellen der Drallschaufeln hineinragen.It is practical if the gear is arranged outside the ring channel. It is particularly advantageous if the gear and in particular the cables are arranged in a closed ring space that extends around the outside of the casing tube. This ensures that the gear is protected from external influences. The ring space can be designed as a channel that extends around the casing tube in the area of the swirl register and into which the radially outward-pointing shafts of the swirl vanes protrude.

Der Antrieb für die Verstellung der Drallschaufeln kann eine Stellwelle umfassen, die die Seilzüge oder eine Welle einer Drallschaufel antreibt und sich bis außerhalb des Brennraums erstreckt. Damit wird eine Verstellung des Dralls während des Betriebs des Brenners ermöglicht. Die Einstellung des optimalen Dralls kann somit in einfacher Weise erfolgen.The drive for adjusting the swirl vanes can include an adjusting shaft that drives the cables or a shaft of a swirl vane and extends outside the combustion chamber. This allows the swirl to be adjusted while the burner is operating. The optimum swirl can therefore be set in a simple manner.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einen Brenner zeigt.The invention is explained in more detail below with reference to the schematic drawing, the only figure of which shows a longitudinal section through a burner.

Der in der Zeichnung dargestellte Brenner weist einen 0 Brennkopf 11 auf, der in den Brennraum 12 eines nicht gezeigten Kessels hineinragt. Der Brennkopf umfaßt ein sich axial erstreckendes Kernrohr 13, durch das ein erster Teilstrom 14 der Verbrennungsluft, die sogenannte Primär- oder Kernluft, zum Austrittsende 15 strömt. Das Kernrohr 13 wird koaxial von einem Mantelrohr 16 umgeben.The burner shown in the drawing has a combustion head 11 which projects into the combustion chamber 12 of a boiler (not shown). The combustion head comprises an axially extending core tube 13 through which a first partial flow 14 of the combustion air, the so-called primary or core air, flows to the outlet end 15. The core tube 13 is coaxially surrounded by a jacket tube 16.

Es wird so ein Ringkanal 17 gebildet, durch den ein zweiter Teilstrom 18 der Verbrennungsluft, die sogenannte Sekundär- oder Mantelluft, zu dem Austrittsende 19 des Ringkanals strömt. Ferner sind entlang dem Umfang um das Mantelrohr 16 herum eine Vielzahl von sich axial erstreckenden Stufenluftrohren 20 vorhanden, durch die ein dritter Teilstrom 21 der Verbrennungsluft, die sogenannte Tertiär- oder Stufenluft, strömt.In this way, an annular channel 17 is formed through which a second partial flow 18 of the combustion air, the so-called secondary or jacket air, flows to the outlet end 19 of the annular channel. Furthermore, along the circumference around the jacket pipe 16 there are a plurality of axially extending step air pipes 20 through which a third partial flow 21 of the combustion air, the so-called tertiary or step air, flows.

In dem Kernrohr 13 ist eine Öllanze 22 zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs koaxial angeordnet. Weiterhin umfaßt der Brenner mehrere Gaslanzen 23 zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs. Die Gaslanzen werden über einen Gasring 24 mit dem gasförmigen Brennstoff versorgt, der sich außerhalb des Brennraums befindet. Der gesamte Brenner wird über einen nicht näher gezeigten Anschlußflansch am Kessel gehalten. Insoweit weist der Brenner einen herkömmlichen Aufbau auf und bedarf daher keiner weiteren Erläuterung.An oil lance 22 for supplying the liquid fuel is arranged coaxially in the core tube 13. The burner also comprises several gas lances 23 for supplying the gaseous fuel. The gas lances are supplied with the gaseous fuel via a gas ring 24, which is located outside the combustion chamber. The entire burner is held on the boiler via a connection flange (not shown in detail). In this respect, the burner has a conventional structure and therefore requires no further explanation.

Die Mantelluft wird durch einen radial ausgerichteten Ansaugstutzen 25 zugeführt. Für die Verwirbelung der Mantelluft ist ein Drallregister 31 mit einer Vielzahl von Drallschaufeln 26 im zweiten Teilstrom 18 der 5 Verbrennungsluft vorgesehen. Im einzelnen ist die Anordnung so getroffen, daß die Drallschaufeln in dem Ringkanal 17 um eine radiale Welle 27 verschwenkbar gelagert sind. Je nach Stellung des Drallschaufeln zur Strömungsrichtung kann der Drall erhöht oder erniedrigt werden. Die Drallschaufeln zur Drallerzeugung befinden sich demnach in einem Strömungsabschnitt der Mantelluft, in dem diese bereits die endgültige axiale Strömungsrichtung aufweist. Anschließend erfolgt keine Umlenkung der Mantelluft mehr, so daß der Drall stabil aufrechterhalten bleibt.The jacket air is supplied through a radially aligned intake port 25. A swirl register 31 with a large number of swirl vanes 26 is provided in the second partial flow 18 of the combustion air to swirl the jacket air. In detail, the arrangement is such that the swirl vanes are pivotably mounted in the ring channel 17 about a radial shaft 27. Depending on the position of the swirl vanes in relation to the flow direction, the swirl can be increased or decreased. The swirl vanes for generating swirl are therefore located in a flow section of the jacket air in which it already has the final axial flow direction. After this, the jacket air is no longer deflected, so that the swirl is maintained at a stable level.

Zur Verstellung der Drallschaufeln sind die radial nach außen weisenden Wellenenden 28 jeweils mit einem Stellrad 29 versehen, um das ein nicht näher gezeigter Drahtseilzug 33 geführt ist. Damit sind alle Drallschaufeln miteinander verbunden, und eine Verdrehung einer Drallschaufel bewirkt eine gleichartige und gleich große Verdrehung der anderen Schaufeln. Es ist eine nicht näher dargestellte Stellwelle 3 0 vorhanden, die an einer Drallschaufel beziehungsweise dessen Stellrad, beispielsweise über ein Schneckenradgetriebe, angreift und nach außen geführt ist. Der Verlauf der Stellwelle ist in der Zeichnung gestrichelt gezeigt. Eine Verstellung des Dralls ist somit während des Betriebs und von außen möglich.To adjust the swirl vanes, the shaft ends 28 pointing radially outward are each provided with an adjusting wheel 29 around which a wire cable 33 (not shown in detail) is guided. This connects all swirl vanes to one another, and a rotation of one swirl vane causes a similar and equally large rotation of the other vanes. There is an adjusting shaft 30 (not shown in detail) which engages a swirl vane or its adjusting wheel, for example via a worm gear, and is guided outwards. The course of the adjusting shaft is shown in dashed lines in the drawing. The swirl can therefore be adjusted during operation and from the outside.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform wird der Ringkanal im Bereich des Drallregisters 31 von einem weiteren geschlossenen Ringraum 32 umgeben, in den die freien Enden 28 der Drallschaufeln hineinragen. Der Seilzug 33 verläuft ebenfalls in diesem äußeren Ringraum 32. Die beweglichen Teile sind daher gegenüber äußeren Einflüssen geschützt, so daß ein zuverlässiger Betrieb möglich ist. Es kann vorgesehen werden, daß sich das 5 Mantelrohr 16 in Strömungsrichtung hinter der Drallerzeugung in Richtung auf die Austrittsöffnung 19 konisch verjüngt. Dadurch wird die Mantelluft beschleunigt. Die Austrittsöffnung kann in eine Hülse 34 mit größerem Durchmesser münden oder in diese 0 hineinragen, wodurch ein Ringspalt 35 in Form einer Injektordüse gebildet wird. Damit wird ein Unterdruck zum Ansaugen von Abgas aus dem Brennraum 12 erzeugt. Das angesaugte Abgas vermischt sich mit der Mantelluft und wird der Flamme zugeführt. Dadurch kann die Schadstoffemission verringert werden.In the embodiment shown in the drawing, the ring channel in the area of the swirl register 31 is surrounded by a further closed annular space 32 into which the free ends 28 of the swirl vanes protrude. The cable 33 also runs in this outer annular space 32. The moving parts are therefore protected from external influences, so that reliable operation is possible. It can be provided that the jacket pipe 16 tapers conically in the direction of flow behind the swirl generation in the direction of the outlet opening 19. This accelerates the jacket air. The outlet opening can open into a sleeve 34 with a larger diameter or protrude into this, forming an annular gap 35 in the form of an injector nozzle. This creates a negative pressure for sucking in exhaust gas from the combustion chamber 12. The sucked in exhaust gas mixes with the jacket air and is fed to the flame. This can reduce pollutant emissions.

Claims

1. Burner for burning gaseous and/or liquid fuels with a combustion head ( 11 ) which opens into or projects into the combustion chamber and has a core tube ( 13 ) through which a first partial flow of the combustion air flows and which is surrounded by a jacket tube ( 16 ), whereby an annular channel ( 17 ) is formed through which a second partial flow of the combustion air flows, wherein a swirl register ( 31 ) with a plurality of swirl vanes ( 26 ) is arranged in the second partial flow in order to set the combustion air in rotation, characterized in that the swirl register ( 31 ) is arranged in a flow section of the second partial flow ( 18 ) in which it has an axial flow direction in the direction of the outlet opening ( 19 ).

2. Burner according to claim 1, characterized in that the swirl register ( 31 ) is arranged at least partially within the annular channel ( 17 ) and the swirl vanes extend radially in the annular channel.

3. Burner according to claim 1 or 2, characterized in that the swirl vanes ( 26 ) can each be pivoted about a radial shaft ( 27 ).

4. Burner according to claim 3, characterized in that the swirl vanes are connected to one another via a gear ( 28 , 29 , 33 ), and that a central drive ( 30 ) is provided for a synchronous pivoting of the swirl vanes.

5. Burner according to claim 4, characterized in that the gear is designed as a cable drive and comprises at least one cable ( 33 ), in particular a wire cable, which engages the shafts ( 28 ) or the adjusting wheels ( 29 ) of the swirl vanes mounted thereon in a rotationally fixed manner.

6. Burner according to claim 4 or 5, characterized in that the gear is arranged outside the annular channel ( 17 ).

7. Burner according to one of claims 4 to 6, characterized in that the gear and in particular the cables are arranged in a closed annular space ( 32 ) which extends outside around the jacket tube ( 17 ) at least in the region of the swirl register ( 31 ).

8. Burner according to one of claims 4 to 7, characterized in that the drive comprises a shaft ( 30 ) which drives the cable or a shaft of a swirl vane ( 26 ) and extends outside the combustion chamber ( 12 ).

9. Burner according to one of claims 1 to 8, characterized in that the annular channel ( 17 ) tapers in the flow direction behind the swirl vanes.