[go: up one dir, main page]

EP0908671B1 - Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner - Google Patents

Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner Download PDF

Info

Publication number
EP0908671B1
EP0908671B1 EP19970810752 EP97810752A EP0908671B1 EP 0908671 B1 EP0908671 B1 EP 0908671B1 EP 19970810752 EP19970810752 EP 19970810752 EP 97810752 A EP97810752 A EP 97810752A EP 0908671 B1 EP0908671 B1 EP 0908671B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
swirl generator
fuel
medium
burner
swirl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19970810752
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0908671A1 (de
Inventor
Klaus Dr. Döbbeling
Timothy Dr. Griffin
Dieter Winkler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Priority to EP19970810752 priority Critical patent/EP0908671B1/de
Priority to DE59710093T priority patent/DE59710093D1/de
Priority to CNB981245854A priority patent/CN1154799C/zh
Priority to JP28641498A priority patent/JP4155638B2/ja
Publication of EP0908671A1 publication Critical patent/EP0908671A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0908671B1 publication Critical patent/EP0908671B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36—Details
    • F23D11/40—Mixing tubes; Burner heads
    • F23D11/402—Mixing chambers downstream of the nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2209/00—Safety arrangements
    • F23D2209/10—Flame flashback

Definitions

  • the invention relates to a method for the combustion of Fuels in a burner with a swirl generator according to the preamble of claim 1. Furthermore, the invention relates to a burner for Implementation of the method in accordance with the general concept of claim 7.
  • Burner systems for a heat generator are preferred for gas turbine operation designed.
  • fuels for Dual burners are used, also preferably medium or low calorific To use fuels (Mbtu or LBtu fuels) that are as it were conventional Fuels should be burned with low emissions.
  • Mbtu resp. LBtu fuels for example as gases from coal or heavy oil gasification originate, have large amounts of hydrogen and carbon monoxide, the ' The calorific value of MBtu fuels is only about a third - about 15 MJlkg - of which of natural gas.
  • a generic burner is known from document DE-A1-44 09 918 or from EP-A1-0 610 722 to operate a combustion chamber, of which the invention, as in the preamble of the independent Claims is characterized, goes out.
  • a premix burner is also known from the document EP-A2-0 777 082, which from the aspect optimized flow conditions.
  • the invention is based on the idea of using gaseous fuels, for example Natural gas, liquid fuels such as petroleum, as well as medium or low calorific Fuels, so-called Mbtu resp. LBtu fuels in one burner burn together with a swirl generator by the latter Fuel is injected axially and / or coaxially into the burner or swirl generator. These fuels are preferably injected into the interior of the swirl generator near the injector for the liquid fuel that injected in State within the swirl generator or burner the shape of a conical Liquid fuel column. This ensures that in addition to the finely atomized liquid fuel inside the swirl generator injected medium or low calorific fuels sufficiently well this is mixed.
  • gaseous fuels for example Natural gas, liquid fuels such as petroleum, as well as medium or low calorific Fuels, so-called Mbtu resp. LBtu fuels in one burner burn together with a swirl generator by the latter Fuel is injected axially and / or coaxially into the burner or swirl generator.
  • the feeding of medium or low calorific fuels upstream in the area of the liquid fuel injector also leads to a good mixing with the injected fuels and with the combustion air flow injected into the swirl generator.
  • the long mixing section leads to premix combustion, which has comparable good NO x emission values that can be achieved with natural gas premix combustion.
  • the burner according to the invention which is used to carry out the invention Method is designed as an extension to that described in the above German published patent application DE 195 47 913 A1 described dual burner view and points in addition to the fuel systems according to the invention for natural gas and liquid fuel, a third fuel system for feeding a medium or low calorie fuel in the swirl generator. So it ends preferably near the area of the central injector through which liquid fuel is injected into the interior of the swirl generator through the swirl shells of the swirl generator, through which medium or low calorie Fuel is injected into the interior of the swirl generator and atomized. The injection of the medium respectively. low-calorific fuel takes place axially and / or coaxially with the injection of the liquid fuel or to the axis of symmetry of the swirl generator. Medium or low calorific gas can come from coal or heavy oil gasification be won.
  • the burner shown in Fig. 1 consists of a swirl generator 1 and one Mixing section 2, which adjoins the swirl generator 1 in the direction of flow.
  • a conical structure that is tangential several times from a tangentially flowing combustion air flow 3 (see Fig. 2) is applied.
  • Shape and shape of the swirl generator 1 and by the shape of the swirl generator-generated flow is detailed in the German Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 with reference to FIGS. 1 to 5 to which express reference is made here.
  • the formation of the swirl generator 1 adjacent mixing section 2 which consists of a transition piece 21 with transition channels 22 and a directly adjacent transition tube 23 is.
  • the mention of these burner components is only for the complete Representation of the burner unit for feeding in the combustion process required fuels.
  • an injection nozzle 4 for the introduction of liquid fuel into the interior of the Swirl generator 1 is provided.
  • Feed lines 5 are coaxial around the injection nozzle 4 the supply of medium or low calorific fuel is provided (see arrow representations), which penetrate the swirl generator shells 6, 7.
  • Via appropriate injection nozzles 8 also arrives at the air flow which forms inside the swirl generator 1 (not shown in Fig. 1) finely divided medium or low calorific fuel axially or coaxially in the swirl generator 1 and mixes with it.
  • feed lines 9 are provided for the gaseous fuel tangentially from the outside together with the combustion air flow into the swirl generator 1 is fed (see Fig. 2).
  • the additional coaxial feed compared to the prior art medium or low calorie fuel leads to an increase in the axial component of the Flow that after passage through the transition piece 21, in the preferably the transition channels 22 are introduced, and after passing through the mixing tube 23 leads to the so-called "swirl breakdown” (backflow bubble), which occurs at known dual burners in the area of the combustion chamber 10 in the immediate vicinity the mixing tube 23 forms, is literally blown away.
  • a highly efficient feeding of the medium or low calorific fuel is preferably carried out by coaxially introduced into the swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' Fuel nozzle openings.
  • Medium or low calorific fuel is injected via one or more injection nozzles 8 per swirl generator shell 6, 6 ', 7, 7'.
  • FIG. 2 shows a cross section through a swirl generator 1 designed according to the invention.
  • the injection nozzle 4 for liquid fuel is provided, around which several swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are arranged.
  • Combustion air 3 is introduced tangentially into the interior of the swirl generator 1 tangentially between the respectively adjacent swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7', which is mixed with natural gas with the aid of separate feed lines 9 with corresponding inlet nozzles.
  • the swirl generator shells 6, 6 ', 7, 7' are each penetrated by an injection nozzle 8 for medium or low-calorific fuel.
  • a plurality of injection nozzles 8 can also be provided per swirl generator shell 6, 6 ', 7, 7', so that the amount of medium or low-calorific fuel fed coaxially into the burner can be varied over wide ranges.
  • the addition of nitrogen or water vapor is dispensed with in order to reduce the NO x emissions. This has the advantage that the deterioration in the efficiency of the entire gas turbine plant associated with the dilution is avoided.
  • Medium or low-calorific gas can be obtained from coal or heavy oil gasification.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pressure-Spray And Ultrasonic-Wave- Spray Burners (AREA)

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen in einem Brenner mit einem Drallerzeuger gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner bezieht sich die Erfindung auf einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens gemäss den Obergebriff des Anspruchs 7.
Stand der Technik
Aus der DE 195 47 913 A1 geht ein gattungsgemäßer Brenner für einen Wärmeerzeuger hervor, der gemäß Fig. 1 der Druckschrift einen Drallerzeuger vorsieht. in den axial flüssiger Brennstoff durch eine Brennstoffdüse in Art eines kegelförmigen Flüssigbrennstoffsstrahls eingedüst wird. Tangential und angulär zu dem Flüssigbrennstoffstrahl werden zwischen den Drallschalen des Drallerzeugers Verbrennungsluftströme in den Drallerzeuger eingeleitet, die über entsprechende Auslaßdüsenöffnungen vorzugsweise mit gasförmigem Brennstoff vermischt werden können. Die Düsenöffnungen werden hauptsächlich zur Eindüsung von Erdgas, also Brennstoff mit einem hohen Heizwert, der typischerweise bei 46 MJ/kg liegt, benutzt. Bezüglich aller weiteren konstruktiven Einzelheiten des mit zwei Brennstoffarten zu betreibenden Brenners, wird ausdrücklich auf die vorstehend genannte deutsche Offenlegungsschrift verwiesen. Ein solcher Brenner wird auch als Dualbrenner bereichnet.
Brennersysteme für einen Wärmeerzeuger, wie sie beispielsweise aus der vorstehend genannten Druckschrift entnehmbar sind, sind bevorzugt für den Gasturbinenbetrieb ausgelegt. Gerade auf dem Gebiet der Gasturbinenanwendungen besteht in Zukunft die Anforderung, zusätzlich zu Erdgas und Heizöl, die als Brennstoffe für Dualbrenner eingesetzt werden, auch vorzugsweise mittel- oder niederkalorische Brennstoffe (Mbtu- resp. LBtu-Bennstoffe) zu verwenden, die gleichsam den herkömmlichen Brennstoffen schadstoffarm verbrannt werden sollen. Diese Mbtu-resp. LBtu-Brennstoffe, die beispielsweise als Gase aus Kohle- oder Schwerölvergasung entstammen, weisen große Wasserstoff- und Kohlenmonoxyd-Anteile auf, wobei der ' Heizwert bei MBtu-Brennstoffen nur bei etwa einem Drittel - etwa 15 MJlkg - dessen von Erdgas liegt.
Zwar ist es grundsätzlich möglich, gasförmige mittelkalorische Brennstoffe analog dem Erdgas durch die tangentialen Eindüsungsöffnungen dem Verbrennungsluftstrom beizumengen, doch hätte dies zur Folge, daß aufgrund des damit verbundenen höheren Volumenstromes im Drallerzeuger ein sehr hoher lokaler Druckverlust entsteht, der die Strömungsstabilität der sich ausbildenden Luftstrahlströmung nachhaltig beeinflußt. Femer würde der hohe Wasserstoffanteil des beigemischten mittelkalorischen Brennstoffes, der eine hohe Reaktionsfähigkeit aufweist, ein großes Gefahrenpotential für ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner darstellen. Derartige Irritationen im Strömungsfluß führen zur einer anormalen Verbrennung der eingespeisten Brennstoffe, wodurch sich die Emissionswerte des Verbrennungsvorganges deutlich verschlechtern würden, beispielsweise durch einen deutlichen Anstieg des NOx-Anteils in den Abgasen. Schließlich führt ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner zu einer Überhitzung des selben, wodurch einzelnen Brennerbauteile starken thermischen Belastungen ausgesetzt sind und nahe an ihre thermische Belastungsgrenzen stoßen.
Selbst bei Eindüsung von MBtu-Brennstoffen nahe des Brenneraustrittes würde zwar die Stabilität der Luftdrallströmung nicht wesentlich beeinflussen und auch weitgehend ein Rückschlagen der Flamme in den Brenner vermeiden, doch wäre die Mischung zwischen MBtu-Brennstoff und Verbrennungsluft aufgrund der nur kurzen Mischstrecke unvollständig, was zu einer diffusionsähnlichen Verbrennung mit überaus hohen NOx-Emissionen führen würde. Zwar könnten die NOx-Emissionen durch entsprechend hohe Beimischung des mittelkalorischen Brennstoffes mit Stickstoff oder Wasserdampf verringert werden, doch führt eine derartige Verdünnung des Brennstoffes zu einer Wirkungsgradverminderung der Gasturbinenanlage. Die gleichen Überlegungen gelten im vermehrten Masse auch beim Einsatz eines LBtu-Brennstoffes.
Aus dem Dokument DE-A1-44 09 918 oder aus EP-A1-0 610 722 geht ein gattungsgemässer Brenner zum Betrieb einer Brennkammer hervor, von dem die Erfindung, wie sie im Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche gekennzeichnet ist, ausgeht.
Auch aus der Druckschrift EP-A2-0 777 082 ist ein Vormischbrenner bekannt, der unter dem Aspekt optimierter Strömungsbedingungen konzipiert ist.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie einen Brenner zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen mit einem Drallerzeuger, in dem flüssiger Brennstoff in Art einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule zerstäubt wird, die von einem tangential in den Drallerzeuger einströmenden rotierenden Verbrennungsluftstrom umschlossen wird, derart weiterzubilden, daß eine Verbrennung der vorstehend genannten Brennstoffarten gemäß der folgenden Gesichtspunkte unter Einsatz eines einzigen Brenners erfolgen kann:
  • a) Deutliche Reduzierung von, die Umwelt belastenden Emissionswerten, insbesondere Herabsetzung der NOx- und CO-Emissionen,
  • b) Stabilisierung der sich im Drallerzeuger ausbildenden Strömungsverhältnisse, insbesondere Verminderung bzw. Beseitigung der Flammenrückschlaggefahr in den Brenner,
  • c) Gewährleistung der Flammenstabilität,
  • d) Steigerung des Energiegewinns durch vollständige Verbrennung der Brennstoffe, sowie
  • e) Steigerung des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage durch unverdünntes Eindüsen eines mittelkalorischen Brennstoffes in den Brenner.
    • Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist für das erfindungsgemässe Verfahren im Anspruch 1 angegeben. Ein nach dem Verfahren arbeitender erfindungsgemäßer Brenner ist Gegenstand des Anspruchs 6.
    Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche.
    Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, gasförmige Brennstoffe, wie beispielsweise Erdgas, flüssige Brennstoffe, wie beispielsweise Erdöl, sowie auch mittel- oder niederkalorische Brennstoffe, sogenannte Mbtu- resp. LBtu-Brennstoffe in einem Brenner mit einem Drallerzeuger zusammen zu verbrennen, indem die letztgenannten Brennstoffe axial und/oder koaxial in den Brenner bzw. Drallerzeuger eingedüst weden. Das Eindüsen dieser Brennstoffe in das Innere des Drallerzeugers erfolgt vorzugsweise nahe der Einspritzdüse für den flüssigen Brennstoff, der im eingedüsten Zustand innerhalb des Drallerzeugers respektive Brenners die Gestalt einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule annimmt. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß der zusätzlich zu dem fein zerstäubten flüssigen Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüste mittel- oder niederkalorische Brennstoffe ausreichend gut mit diesen vermischt wird.
    Die axiale bzw. koaxiale Eindüsung des mittel- resp. niederkalorischen Brennstoffes innerhalb des Drallerzeugers führt zu einer signifikanten Änderung des Brennerströmungsfeldes, dessen axialer Strömungsanteil durch die zusätzliche Eindüsung des mittelkalorischen Brennstoffes vergrößert wird und dessen Drallanteil in nahezu gleicher Weise verkleinert wird. Eine Verkleinerung des Drallanteils führt jedoch in an sich bekannter Weise, wie es beispielsweise aus der vorstehend zitierten deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1, insbesondere aus Spalte 4, Zeilen 55-66, hervorgeht, zu einer Destabilisierung der sogenannten Rückströmblase, die sich zur Stabilisierung der Flamme in der Rückströmzone ausbildet.
    Im Unterschied zum vorstehend beschriebenen Dualbrennerprinzip bläst die Strömung aufgrund ihres erhöhten axialen Strömungsanteils die sich in der Rückströmzone der Brennkammer ausbildende Rückströmblase regelrecht weg, so daß auf diese Weise die Gefahr eines Rückschlages der Flamme in den Brenner erheblich vermindert wird.
    Da mittel- resp. niederkalorische Brennstoffe, wie bereits einleitend erwähnt, hohe Anteile an Wasserstoff aufweisen und daher über eine hohe Reaktionsfähigkeit verfügen, garantieren diese Brennstoffe dennoch die für die Verbrennung erforderliche Flammenstabilität, da sich eine stabile Flamme auch ohne aktive Ausbildung einer Rückströmzone bildet.
    Auch führt die Einspeisung von mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen stromauf im Bereich der Flüssigbrennstoff-Einspritzdüse zu einer guten Vermischung mit den eingedüsten Brennstoffen, sowie mit dem in den Drallerzeuger eingedüsten Verbrennungsluftstrom. Auf diese Weise kommt es aufgrund der langen Mischstrecke zu einer Vormischverbrennung, die vergleichbar gute NOx-Emissionswerte aufweist, die bei Erdgasvormischverbrennungen erzielt werden können.
    Auch kann auf das zusätzliche Beimischen von Stickstoff oder Wasserdampf zur Reduzierung entsprechender Emissionswerte verzichtet werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die mit der Verdünnung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades der gesamten Gasturbinenanlage vermieden wird.
    Der erfindungsgemäße Brenner, der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist, ist als Erweiterung zu dem in der vorstehend beschriebenen deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 beschriebenen Dualbrenner anzusehen und weist erfindungsgemäß zusätzlich zu den Brennstoffsystemen für Erdgas und Flüssigbrennstoff ein drittes Brennstoffsystem zur Einspeisung eines mittel- oder niederkalorischen Brennstoffes in den Drallerzeuger auf. So münden vorzugsweise nahe dem Bereich der zentralen Einspritzdüse, durch die Flüssigbrennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüst wird, durch die Drallschalen des Drallerzeugers Einspritzdüsen, durch welche mittel- oder niederkalorischer Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers eingedüst und zerstäubt wird. Die Eindüsung des mittel- resp. niederkalorischen Brennstoffes erfolgt axial und/oder koaxial zur Eindüsung des Flüssigbrennstoffes respektive zur Symmetrieachse des Drallerzeugers. Mittel- oder niederkalorischer Gas kann aus kohle- oder Schwerölvergasung gewonnen werden.
    Kurze Beschreibung der Erfindung
    Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch. Es zeigen:
  • Fig. 1 schematisierter Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Brenner und
  • Fig. 2 schematisierter Querschnitt durch einen Drallerzeuger mit Eindüsung eines MBtu-Brennstoffes.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
    Der in Fig. 1 dargestellte Brenner besteht aus einem Drallerzeuger 1 sowie einer Mischstrecke 2, die sich am Drallerzeuger 1 in Strömungsrichtung anschließt. Bei dem Drallerzeuger 1 handelt es sich um ein kegelförmiges Gebilde, das tangential mehrfach von einem tangential einströmenden Verbrennungsluftstrom 3 (siehe Fig. 2) beaufschlagt wird. Ausformung und Gestalt des Drallerzeugers 1 sowie die durch die Form des Drallerzeugers erzeugbare Strömung ist ausführlich in der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 47 913 A1 in bezug auf die Figuren 1 bis 5 beschrieben, auf die an dieser Stelle ausdrücklich Bezug genommen wird. Auch ist nicht Gegenstand dieser Erfindung, die Ausbildung der von dem Drallerzeuger 1 angrenzende Mischstrecke 2, die aus einem Übergangsstück 21 mit Übergangskanälen 22 sowie einem unmittelbar daran angrenzenden Übergangsrohr 23 zusammengesetzt ist. Die Erwähnung dieser Brennerkomponenten dient lediglich der vollständigen Darstellung der Brennereinheit zur Einspeisung der für den Verbrennungsvorgang erforderlichen Brennstoffe.
    Im oberen Bereich des kegelförmig ausgebildeten Drallerzeugers 1 ist mittig axial eine Einspritzdüse 4 für das Einbringen von Flüssigbrennstoff in das Innere des Drallerzeugers 1 vorgesehen. Koaxial um die Einspritzdüse 4 sind Zuleitungen 5 für die Zufuhr von mittel- oder niederkalorischen Brennstoff ( siehe Pfeildarstellungen) vorgesehen, die die Drallerzeugerschalen 6, 7 durchsetzen. Über entsprechende Einspritzdüsen 8 gelangt zusätzlich zu der sich im Inneren des Drallerzeugers 1 ausbildenden Luftströmung (nicht in der Fig. 1 dargestellt) feinstverteilter mittel- oder niederkalorischen Brennstoff axial bzw. koaxial in den Drallerzeuger 1 und vermischt sich mit diesem.
    Ebenso sind Zuleitungen 9 für den gasförmigen Brennstoff vorgesehen, der tangential von Außen zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom in den Drallerzeuger 1 eingespeist wird (siehe Fig. 2).
    Die vergleichsweise zum Stand der Technik zusätzliche koaxiale Einspeisung von mittel- oder niederkalorischen Brennstoff führt zu einer Verstärkung der axialen Komponente der Strömung, die nach Durchgang durch das Übergangsstück 21, in der vorzugsweise die Übergangskanäle 22 eingebracht sind, sowie nach Passieren des Mischrohres 23 dazu führt, daß der sogenannte "Drall-Breakdown" (Rückströmblase), der sich bei bekannten Dualbrennem im Bereich der Brennkammer 10 in unmittelbarer Nähe des Mischrohrs 23 ausbildet, regelrecht weggeblasen wird.
    Eine höchst effiziente Einspeisung des mittel- oder niederkalorischen Brennstoffes erfolgt vorzugsweise durch koaxial in den Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' eingebrachten Brennstoffdüsenöffnungen. Die Eindüsung von mittel- oder niederkalorischen Brennstoff erfolgt über eine oder mehrere Einspritzdüsen 8 pro Drallerzeugerschale 6, 6', 7, 7'.
    Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Drallerzeuger 1. Axial zum Drallerzeuger 1 ist die Einspritzdüse 4 für flüssigen Brennstoff vorgesehen, um die angulär mehrere Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' angeordnet sind. Tangential zwischen den jeweils benachbarten Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' wird Verbrennungsluft 3 tangential in das Innere des Drallerzeugers 1 eingebracht, die mit Hilfe gesonderter Zuleitungen 9 mit entsprechenden Einlaßdüsen mit Erdgas vermischt wird. Die Drallerzeugerschalen 6, 6', 7, 7' werden im gezeigten Beispiel mit jeweils einer Einspritzdüse 8 für mittel oder niederkalorischem Brennstoff durchsetzt. Je nach Anwendungsfall können auch mehrere Einspritzdüsen 8 pro Drallerzeugerschale 6, 6', 7, 7' vorgesehen werden, so daß die Menge des koaxial in den Brenner eingespeisten, mittel- oder niederkalorischem Brennstoffes über weite Bereiche variiert werden kann. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird zur Redurzierung der NOx-Emissionen auf die Zugabe von Stickstoff oder Wasserdampf verzichtet. Das hat den Vorteil, dass die mit der Verdünnung verbundene Verschlechterung des Wirkungsgrades der gesamten Gasturbinenanlage vermieden wird Mittel- oder niederkalorisches Gas kann bei der Kohle- oder Schwerölvergasung gewonnen werden.
    Bezugszeichenliste
    1
    Drallerzeuger
    2
    Mischstrecke
    21
    Übergangsstück
    22
    Übergangskanal
    23
    Übergangsrohr, Mischrohr
    3
    Verbrennungsluft
    4
    Einspritzdüse f. flüssigen Brennstoff
    4'
    kegelförmige Flüssigbrennstoffsäule
    5
    Zuleitung f. mittelkalorischen Brennstoff
    6,6',7,7'
    Drallerzeugerschalen
    8
    Einspritzdüse f. mittelkalorischen Brennstoff
    9
    Zuleitung f. gasförmigen Brennstoff
    10
    Brennkammer

    Claims (10)

    1. Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen, sowie von mittel- oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner mit einem Drallerzeuger (1), in dem ein flüssiger Brennstoff zentral zerstäubt wird und sich in Form einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule (4') innerhalb des Drallerzeugers (1) ausbreitet, die von einem tangential in den Drallerzeuger (1) einströmenden rotierenden Verbrennungsluftstrom (3) umschlossen wird, in dem zusätzlich ein gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff eingedüst wird,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      innerhalb des Drallerzeugers (1) ein mittel- oder niederkalorischer Brennstoff axial und/oder koaxial zur Achse des Drallerzeugers (1) eingedüst wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der mittel- oder niederkalorische Brennstoff unverdünnt ohne Zugabe von Zusatzstoffen eingedüst wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      innerhalb des Drallerzeugers (1) der eingedüste mittel- oder niederkalorische Brennstoff mit dem flüssigen und gasförmigen Brennstoff sowie der Verbrennungsluft (3) vermischt wird.
    4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      das sich axial im Brenner ausbreitende Strömungsfeld bestehend aus Brennstoffen und Verbrennungsluft (3) eine derart große axiale Strömungskomponente aufweist, daß dadurch eine Flammenrückschlaggefahr vermindert bzw. vermieden wird.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      mittel- oder niederkalorischer Brennstoff Gas ist und bei der Kohle- oder Schwerölvergasung hergestellt wird.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der mittel- oder niederkalorische Brennstoff beim Eindüsen in den Drallerzeuger zerstäubt wird.
    7. Brenner für einen Wärmeerzeuger zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 - 5, mit einem Drallerzeuger (1) für einen Verbrennungsluftstrom (3) und Mitteln zur Eindüsung von Brennstoffen, mit wenigstens einer ersten Eindüsungsvorrichtung (4) für flüssigen Brennstoff, der zentral in dem Drallerzeuger (1) zerstäubt wird und sich in Form einer kegelförmigen Flüssigbrennstoffsäule (4') im Drallerzeuger (1) ausbreitet, sowie wenigstens einer zweiten Eindüsungsvorrichtung (9) für gasförmigen undloder flüssigen Brennstoff, der zusammen mit dem Verbrennungsluftstrom (3) tangential in den Drallerzeuger (1) eingedüst wird,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      in dem Drallerzeuger (1) mindestens eine dritte Eindüsungsvorrichtung (8) vorgesehen ist, durch die axial und/oder koaxial zur Achse des Drallerzeugers (1) mittel- oder niederkalorischer Brennstoff in das Innere des Drallerzeugers (1) einbringbar ist.
    8. Brenner nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      die dritte Eindüsungsvorrichtung (8) stromauf im Drallerzeuger (1) vorgesehen ist.
    9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      der Drallerzeuger (1) aus einzelnen Drallschalen (6.6',7,7') besteht und die mindestens eine dritte Eindüsungsvorrichtung (8) zur Eindüsung des mittel- oder niederkalorischen Brennstoffes an den Drallschalen (6,6',7,7') befestigt ist.
    10. Brenner nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, daß
      pro Drallschale (6,6',7,7') mehrere dritte Eindüsungsvorrichtungen (8) vorgesehen sind.
    EP19970810752 1997-10-08 1997-10-08 Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner Expired - Lifetime EP0908671B1 (de)

    Priority Applications (4)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    EP19970810752 EP0908671B1 (de) 1997-10-08 1997-10-08 Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner
    DE59710093T DE59710093D1 (de) 1997-10-08 1997-10-08 Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner
    CNB981245854A CN1154799C (zh) 1997-10-08 1998-10-07 在燃烧器中燃烧气态液态以及中卡路里或低卡路里燃料的方法
    JP28641498A JP4155638B2 (ja) 1997-10-08 1998-10-08 バーナ内でガス状、液状並びに中カロリー又は低カロリーの燃料を燃焼する方法と該方法を実施するための熱発生器用のバーナ

    Applications Claiming Priority (1)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    EP19970810752 EP0908671B1 (de) 1997-10-08 1997-10-08 Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0908671A1 EP0908671A1 (de) 1999-04-14
    EP0908671B1 true EP0908671B1 (de) 2003-05-14

    Family

    ID=8230421

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP19970810752 Expired - Lifetime EP0908671B1 (de) 1997-10-08 1997-10-08 Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner

    Country Status (4)

    Country Link
    EP (1) EP0908671B1 (de)
    JP (1) JP4155638B2 (de)
    CN (1) CN1154799C (de)
    DE (1) DE59710093D1 (de)

    Cited By (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    WO2006058843A1 (de) * 2004-11-30 2006-06-08 Alstom Technology Ltd Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von wasserstoff in einem vormischbrenner

    Families Citing this family (14)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE19859829A1 (de) 1998-12-23 2000-06-29 Abb Alstom Power Ch Ag Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers
    FR2792393B1 (fr) * 1999-04-16 2001-06-29 Pillard Chauffage Bruleur a plusieurs combustibles
    DE59907942D1 (de) 1999-07-22 2004-01-15 Alstom Switzerland Ltd Vormischbrenner
    EP1070915B1 (de) * 1999-07-22 2004-05-19 ALSTOM Technology Ltd Vormischbrenner
    US6769903B2 (en) 2000-06-15 2004-08-03 Alstom Technology Ltd Method for operating a burner and burner with stepped premix gas injection
    DE10029607A1 (de) * 2000-06-15 2001-12-20 Alstom Power Nv Brenner mit gestufter Vormischgas-Eindüsung
    DE10064259B4 (de) 2000-12-22 2012-02-02 Alstom Technology Ltd. Brenner mit hoher Flammenstabilität
    US6986311B2 (en) * 2003-01-22 2006-01-17 Joel Vatsky Burner system and method for mixing a plurality of solid fuels
    EP1568942A1 (de) * 2004-02-24 2005-08-31 Siemens Aktiengesellschaft Vormischbrenner sowie Verfahren zur Verbrennung eines niederkalorischen Brenngases
    EP1614967B1 (de) * 2004-07-09 2016-03-16 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vormischverbrennungssystem
    US9593625B2 (en) * 2008-02-13 2017-03-14 Nigel A. Buchanan Internal combustion engines
    CN102563646B (zh) * 2012-02-08 2014-05-07 王爱洁 低热值气体燃料燃烧装置
    JP6769370B2 (ja) 2017-03-27 2020-10-14 株式会社Ihi 燃焼装置及びガスタービン
    DE102018114870B3 (de) 2018-06-20 2019-11-28 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Brennersystem und Verfahren zur Erzeugung von Heißgas in einer Gasturbinenanlage

    Family Cites Families (6)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US4859173A (en) * 1987-09-28 1989-08-22 Exxon Research And Engineering Company Low BTU gas staged air burner for forced-draft service
    RU2079049C1 (ru) * 1991-04-25 1997-05-10 Сименс А.Г. Устройство горелки
    DE4304213A1 (de) * 1993-02-12 1994-08-18 Abb Research Ltd Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder Feuerungsanlage
    DE4409918A1 (de) * 1994-03-23 1995-09-28 Abb Management Ag Brenner zum Betrieb einer Brennkammer
    DE19545036A1 (de) * 1995-12-02 1997-06-05 Abb Research Ltd Vormischbrenner
    DE19547913A1 (de) 1995-12-21 1997-06-26 Abb Research Ltd Brenner für einen Wärmeerzeuger

    Cited By (1)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    WO2006058843A1 (de) * 2004-11-30 2006-06-08 Alstom Technology Ltd Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von wasserstoff in einem vormischbrenner

    Also Published As

    Publication number Publication date
    JP4155638B2 (ja) 2008-09-24
    JPH11190504A (ja) 1999-07-13
    EP0908671A1 (de) 1999-04-14
    DE59710093D1 (de) 2003-06-18
    CN1214430A (zh) 1999-04-21
    CN1154799C (zh) 2004-06-23

    Similar Documents

    Publication Publication Date Title
    EP0908671B1 (de) Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner
    EP0276696B1 (de) Hybridbrenner für Vormischbetrieb mit Gas und/oder Öl, insbesondere für Gasturbinenanlagen
    EP0610722B1 (de) Brenner zum Betrieb einer Brennkraftmaschine, einer Brennkammer einer Gasturbogruppe oder Feuerungsanlage
    EP0902233B1 (de) Kombinierte Druckzerstäuberdüse
    EP0638769B1 (de) Brennstofflanze für flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe sowie Verfahren zu deren Betrieb
    EP1817526B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von wasserstoff in einem vormischbrenner
    EP1436546B1 (de) Brenner für synthesegas
    EP0719983B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zuleiten eines gasförmigen Brennstoffs in einen Vormischbrenner
    EP2058590A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brenners
    EP0849532B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Brenners
    EP1213536B1 (de) Vormischbrenneranordnung mit katalytischem Pilotbrenner
    EP0801268A2 (de) Gasturbinenbrennkammer
    EP0911583A1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners
    DE19905996A1 (de) Brennstofflanze zum Eindüsen von flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffen in eine Brennkammer
    EP1213541B1 (de) Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu
    EP1754002B1 (de) Gestufter vormischbrenner mit einem injektor für flüssigbrennstoff
    DE3116376A1 (de) Brennstaub-feuerungsvorrichtung
    EP0718550B1 (de) Einspritzdüse
    EP0394800A1 (de) Vormischbrenner für die Heissgaserzeugung
    EP0911582B1 (de) Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners und Vormischbrenner
    EP0276397A1 (de) Brennkammer für Gasturbine
    EP0483554B1 (de) Verfahren zur Minimierung der NOx-Emissionen aus einer Verbrennung
    EP1754937B1 (de) Brennkopf und Verfahren zur Verbrennung von Brennstoff
    EP0807787A2 (de) Brenner
    DE19535370B4 (de) Verfahren zur schadstoffarmen Vormischverbrennung in Gasturbinenbrennkammern

    Legal Events

    Date Code Title Description
    PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

    AK Designated contracting states

    Kind code of ref document: A1

    Designated state(s): DE FR GB IT

    17P Request for examination filed

    Effective date: 19990906

    AKX Designation fees paid

    Free format text: DE FR GB IT

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: ALSTOM

    17Q First examination report despatched

    Effective date: 20020409

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

    Owner name: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD

    GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

    Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

    GRAA (expected) grant

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

    AK Designated contracting states

    Designated state(s): DE FR GB IT

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: FG4D

    Free format text: NOT ENGLISH

    REF Corresponds to:

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Date of ref document: 20030618

    Kind code of ref document: P

    GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)
    ET Fr: translation filed
    PLBE No opposition filed within time limit

    Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

    STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

    Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

    26N No opposition filed

    Effective date: 20040217

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R082

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Representative=s name: UWE ROESLER, DE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: 732E

    Free format text: REGISTERED BETWEEN 20120802 AND 20120808

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R082

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE

    Effective date: 20120713

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R081

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

    Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD., BADEN, CH

    Effective date: 20120713

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R081

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., CH

    Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD., BADEN, CH

    Effective date: 20120713

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: TP

    Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., CH

    Effective date: 20120918

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 19

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R082

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Representative=s name: ROESLER, UWE, DIPL.-PHYS.UNIV., DE

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R081

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

    Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: PLFP

    Year of fee payment: 20

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: CD

    Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD, CH

    Effective date: 20161110

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: DE

    Payment date: 20161020

    Year of fee payment: 20

    Ref country code: FR

    Payment date: 20161020

    Year of fee payment: 20

    Ref country code: GB

    Payment date: 20161020

    Year of fee payment: 20

    PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: IT

    Payment date: 20161024

    Year of fee payment: 20

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: 732E

    Free format text: REGISTERED BETWEEN 20170824 AND 20170830

    REG Reference to a national code

    Ref country code: DE

    Ref legal event code: R071

    Ref document number: 59710093

    Country of ref document: DE

    REG Reference to a national code

    Ref country code: FR

    Ref legal event code: TP

    Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH

    Effective date: 20170914

    REG Reference to a national code

    Ref country code: GB

    Ref legal event code: PE20

    Expiry date: 20171007

    PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

    Ref country code: GB

    Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

    Effective date: 20171007