DE102015218677A1 - Burner arrangement with resonator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung (1) mit einer Brennkammer (2) und einem der Brennkammer (2) vorgelagerten Ringraum (3), der zwischen einer rohrförmigen Außenwand (4), einer radial von der Außenwand (4) beabstandet angeordneten rohrförmigen Innenwand (5), einer stromaufwärts angeordneten ersten ringförmigen Stirnplatte (6) und einer stromabwärts angeordneten, der Brennkammer zugewandten, zweiten ringförmigen Stirnplatte (7) definiert ist, mit einem von der rohrförmigen Innenwand (5) umgebenen Pilotbrenner (8), einer Vielzahl von um den Pilotbrenner (8) herum im Ringraum (3) angeordneten und in die Brennkammer (2) mündenden Vormischkanälen (9), welche von den Stirnplatten (6, 7) aufgenommen und/oder fortgesetzt werden und in denen während des bestimmungsgemäßen Betriebs eingeleitete Verbrennungsluft und eingeleiteter Brennstoff gemischt werden, und mit mehreren Resonatoren (10), deren Luftkanäle (11) sich durch zumindest eine der Stirnplatten (7) erstrecken und deren Resonatorvolumina (12) durch zumindest einen Teil des Ringraums (3) gebildet sind, wobei in radialer Richtung von der Innenwand (5) zur Außenwand (4) mindestens eine Resonatortrennwand (13) vorgesehen ist, die zwei Resonatorvolumina (12) voneinander trennt. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Kühlen von Resonatoren (10) einer Brenneranordnung (1).The invention relates to a burner arrangement (1) having a combustion chamber (2) and an annular space (3) disposed upstream of a tubular outer wall (4), a tubular inner wall (5) spaced radially from the outer wall (4) ), a first annular end plate (6) disposed upstream, and a second annular end plate (7) located downstream facing the combustion chamber, with a pilot burner (8) surrounded by the tubular inner wall (5), a plurality of around the pilot burner (8) arranged around in the annular space (3) and into the combustion chamber (2) premixing channels (9) which are received and / or continued by the end plates (6, 7) and in which initiated during normal operation combustion air and introduced fuel are mixed, and with a plurality of resonators (10) whose air channels (11) extend through at least one of the end plates (7) and un d whose Resonatorvolumina (12) are formed by at least a part of the annular space (3), wherein in the radial direction from the inner wall (5) to the outer wall (4) at least one Resonatortrennwand (13) is provided which separates two Resonatorvolumina (12) from each other , The invention further relates to a method for cooling resonators (10) of a burner arrangement (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung sowie ein Verfahren zum Kühlen von Resonatoren einer Brenneranordnung. The invention relates to a burner arrangement and to a method for cooling resonators of a burner arrangement.
Bei einer Verbrennung entstehen thermoakustische Schwingungen, die je nach Frequenz und Intensität zu starker Vibration der Bauteile bis hin zu deren Versagen führen können. Gerade im Bereich von Kraftwerksgasturbinen mit enormen Massenströmen sind diese Schwingungen besonders kritisch und müssen gedämpft werden. Combustion produces thermoacoustic vibrations which, depending on their frequency and intensity, can lead to severe vibration of the components and even their failure. Especially in the field of power plant gas turbines with enormous mass flows, these vibrations are particularly critical and must be damped.
Es ist bekannt, dass durch Hinzufügen von Helmholtz-Resonatoren, welche nach dem „Feder-Masse-Prinzip“ arbeiten, die im Verbrennungsprozess auftretenden akustischen Schwingungen gedämpft werden können. Die Elastizität der Luft in einem Hohlraum führt zusammen mit der Massenträgheit der Luft zu bestimmten Resonanzfrequenzen. Dabei ist der Helmholtz-Resonator ein teilweise offener Hohlraumresonator, bei dem die Luft im Hohlraum über Bohrungen mit dem schwingendem Fluid in der Brennkammer verbunden ist. It is known that by adding Helmholtz resonators which operate according to the "spring-mass principle", the acoustic vibrations occurring in the combustion process can be damped. The elasticity of the air in a cavity leads, together with the inertia of the air, to certain resonance frequencies. In this case, the Helmholtz resonator is a partially open cavity resonator, in which the air in the cavity is connected via bores with the oscillating fluid in the combustion chamber.
So offenbart beispielsweise die Druckschrift
Auch ist es bekannt, Resonatoren direkt am Umfang der Brennkammerwand zu platzieren. Dies ermöglicht eine effektive Dämpfung im Bereich der Wärmefreisetzung. Jedoch müssen derartige Resonatoren mit einem großen Kühlluftvolumenstrom gekühlt werden. Diese Luft steht dem Verbrennungsprozess nicht mehr direkt zur Verfügung, was zu höheren NOx-Emissionen führt. It is also known to place resonators directly on the circumference of the combustion chamber wall. This enables effective damping in the area of heat release. However, such resonators must be cooled with a large cooling air volume flow. This air is no longer directly available to the combustion process, resulting in higher NOx emissions.
Zur Verringerung dieses Problems schlägt die
Die Druckschrift
Ein weiterer Stand der Technik ist in
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Brenneranordnung bereitzustellen, bei der die Gefahr der Rissbildung im Vergleich zum Stand der Technik vermindert ist, zugleich aber nicht zur Erhöhung von NOx-Emissionen führt. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zum Kühlen von Resonatoren einer solchen Brenneranordnung anzugeben. The object of the invention is to provide an improved burner assembly in which the risk of cracking compared to the prior art is reduced, but at the same time does not lead to an increase in NOx emissions. Another object of the invention is to provide a corresponding method for cooling resonators of such a burner arrangement.
Die Erfindung löst die auf eine Brenneranordnung gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Brenneranordnung mit einer Brennkammer und einem der Brennkammer vorgelagerten Ringraum, der zwischen einer rohrförmigen Außenwand, einer radial von der Außenwand beabstandet angeordneten rohrförmigen Innenwand, einer stromaufwärts angeordneten ersten ringförmigen Stirnplatte und einer stromabwärts angeordneten, der Brennkammer zugewandten, zweiten ringförmigen Stirnplatte definiert ist, mit einem von der rohrförmigen Innenwand umgebenen Pilotbrenner, einer Vielzahl von um den Pilotbrenner herum im Ringraum angeordneten und in die Brennkammer mündenden Vormischkanälen, welche von den Stirnplatten aufgenommen und/oder fortgesetzt werden und in denen während des bestimmungsgemäßen Betriebs eingeleitete Verbrennungsluft und eingeleiteter Brennstoff gemischt werden, und mit mehreren Resonatoren, deren Luftkanäle sich durch zumindest eine der Stirnplatten erstrecken und deren Resonatorvolumina durch zumindest einen Teil des Ringraums gebildet sind, in radialer Richtung von der Innenwand zur Außenwand mindestens eine Resonatortrennwand vorgesehen ist, die zwei Resonatorvolumina voneinander trennt. The invention solves the task directed to a burner assembly by providing that in such a burner assembly with a combustion chamber and an annular chamber upstream of the annular space between a tubular outer wall, a radially spaced from the outer wall disposed tubular inner wall, an upstream arranged first annular Front plate and a downstream, the combustion chamber facing, second annular end plate is defined, with a surrounding of the tubular inner wall pilot burner, a plurality of around the pilot burner around in the annulus arranged and opening into the combustion chamber Vormischkanälen which received from the end plates and / or be continued and mixed in which initiated during normal operation combustion air and fuel introduced, and with a plurality of resonators whose air ducts erstre by at least one of the end plates bridges and whose Resonatorvolumina are formed by at least a portion of the annulus, at least one resonator partition is provided in the radial direction from the inner wall to the outer wall, which separates two resonator volumes from each other.
Damit das Heißgas nicht mehr über den vollen Radius der Stirnplatte durch die Resonatoren strömt, wird erfindungsgemäß die radiale Länge der Resonatoren im Vergleich zum in
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen der stromaufwärts angeordneten Stirnplatte und der stromabwärts angeordneten Stirnplatte zumindest eine ringförmige Trennplatte vorgesehen, welche die Vormischkanäle aufnehmende Durchgangsöffnungen aufweist und den Ringraum in Teilringräume unterteilt. Mit einer solchen Trennplatte kann das Resonatorvolumen der Resonatoren eingestellt werden. In an advantageous embodiment of the invention, at least one annular separating plate is provided between the upstream end plate and the downstream end plate, which has the Vormischkanäle receiving through holes and divides the annulus in Teilringräume. With such a partition plate, the resonator volume of the resonators can be adjusted.
Gemäß einer vorteilhaften Variante der vorliegenden Erfindung sind die Resonatortrennwände in Umfangsrichtung angeordnet. Die Anordnung erfolgt zweckmäßiger Weise so, dass die maximale Druckdifferenz über die radiale Länge der Resonatoren am geringsten ist, d.h. in etwa auf der Hälfte der Strecke von der Innen- zur Außenwand. According to an advantageous variant of the present invention, the resonator partition walls are arranged in the circumferential direction. The arrangement is suitably such that the maximum pressure differential across the radial length of the resonators is lowest, i. in about half way from the inside to the outside wall.
Alternativ bilden die Resonatortrennwände ein Wabenmuster. Die Form der gebildeten Waben kann untereinander abweichen. Hier können die Eigenfrequenzen des Bauteils besonders positiv beeinflusst werden. Alternatively, the resonator partitions form a honeycomb pattern. The shape of the honeycomb formed may differ from each other. Here, the natural frequencies of the component can be influenced particularly positive.
Die Anordnung der Vormischkanäle in mindestens zwei Ringen um den Pilotbrenner ist im Hinblick auf Verbrennungsstabilität und Emissionen besonders vorteilhaft. Die Fläche der ringförmigen Stirnplatte wird in radialer Richtung gegenüber einem einfachen Ring vergrößert. Die Erfindung kompensiert diese Vergrößerung aber mit entsprechend angeordneten Resonatortrennwänden. The arrangement of the premixing channels in at least two rings around the pilot burner is particularly advantageous in terms of combustion stability and emissions. The surface of the annular end plate is enlarged in the radial direction relative to a simple ring. The invention compensates for this magnification but with appropriately arranged resonator partitions.
Die auf ein Verfahren zum Kühlen von Resonatoren einer Brenneranordnung gerichtete Aufgabe, wird dadurch gelöst, dass radial unterschiedlich angeordnete Resonatoren unterschiedlich gekühlt werden. Dadurch lässt sich der Bedarf an Kühlluft so gering wie möglich halten, was sich auf die Vermeidung von NOx-Emissionen positiv auswirkt. The object directed to a method for cooling resonators of a burner arrangement is achieved in that differently radially arranged resonators are cooled differently. As a result, the need for cooling air can be kept as low as possible, which has a positive effect on the prevention of NOx emissions.
Mit der Erfindung sind Resonatoren nicht nur notwendige, aber ansonsten eigentlich unerwünschte Komponenten einer Brenneranordnung, sondern verbessern die Bauteilstabilität. With the invention resonators are not only necessary, but otherwise actually undesirable components of a burner assembly, but improve the component stability.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Shown schematically and not to scale:
Die
Die Brenneranordnung
In radialer Richtung verlaufende Resonatortrennwände
Die Erfindung sieht daher vor, dass, wie in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 1481195 B1 [0007] EP 1481195 B1 [0007]
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