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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Der
hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft Brenner für
eine Hochtemperaturgasturbine und insbesondere Brennergehäuse
zur Verwendung mit einen geringen BTU-Gehalt aufweisendem Brennstoffgas.
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Unsicherheiten
bei den Kosten und der Verfügbarkeit von Erdöl-basierenden
Brennstoffen und Erdgas, gekoppelt mit dem Wunsch, alle verfügbaren Brennstoffquellen
zu nutzen, haben zu einem kommerziellen Interesse an der Nutzung
von Gasbrennstoffen mit sehr niedrigem Heizwert zum Betrieb von Gasturbinen
geführt. Verschiedene Konstruktionen wurden bereits für
die Verwendung von Gasen mit niedrigem Heizwert vorgeschlagen, wie
z. B. solche, die Heizwerte von nur 5802 kJ/kg (2500 BTU/lbm) haben
und im Allgemeinen aus Adaptationen von bestehenden Brennerkonstruktionen
bestanden.
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Ein
Beispiel ist
US 4498288 ,
das eine Brennerkonstruktion beschreibt, wodurch ein Teil eines Gasbrennstoffes
mit niedrigem BTU-Wert durch eine Brennstoffdüse herkömmlicher
Art in eine Primärverbrennungszone eingespritzt wird und
der Rest des Gasbrennstoffs mit niedrigem BTU-Wert durch ein sekundäres
Rohr in eine Hauptverbrennungszone eingespritzt wird. Dieser Brennerkonstruktion
berücksichtigt oder befriedigt den Bedarf nach großen
Strömungsquerschnittsflächen stromaufwärts
vor der Verbrennung nicht.
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Ein
weiteres Beispiel,
EP 03 103
327 A3 , beschreibt eine Brennerkonstruktion, die zu der
in dem vorstehenden
US 4498288 beschriebenen
dahin gehend ähnlich ist, dass der Rest des Brennstoffgases mit
niedrigem BTU-Wert durch einen sekundären Kanal injiziert
wird. Jedoch führen in diesem Fall sowohl die primären
als auch sekundären Injektionskanäle in nur eine
Verbrennungszone. Dieser Brennerkonstruktion berücksichtigt
oder befriedigt ebenfalls nicht die Notwendigkeit nach großen
Strömungsquerschnittsflächen stromaufwärts
vor der Verbrennung.
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Noch
ein weiteres Beispiel,
US 6201029 , enthält
einen weiteren Lösungsansatz zur Verbrennung von Gasbrennstoffen
mit niedrigem BTU-Wert, der wiederum die stromabwärts befindliche
Einspritzung eines Teils des Brennstoffgases mit niedrigem BTU-Wert
beinhaltet. Diese Brennerkonstruktion berücksichtigt oder
befriedigt ebenfalls nicht den Bedarf nach großen Strömungsquerschnittsflächen
stromaufwärts vor der Verbrennung.
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Noch
ein weiteres Beispiel,
US 2007/0275337 ,
beschreibt einen Brenner, in welchem eine schraubenförmige
Luftdrallerzeugungseinrichtung so modifiziert ist, dass sie eine
Brennstoffeinspritzung in die Drallluftdurchtritte enthält,
und zeigt, dass eine derartige Einspritzung gut für die
Verbrennung von Synthesegas mit niedrigem BTU-Wert geeignet ist,
und dass ein derartiger Brenner in einem Vormisch- oder Diffusionsmodus
arbeiten kann und niedrige oder hohe Werte eines Brennstoffheizwertes mit
unterschiedlichen Brennstoffeinspritzkreisen handhaben kann. Die
radialen Luftdurchtritte sind in Bezug auf die herkömmlichen
Brennstoffkanäle relativ groß, so dass Querschnittsfläche
für die Einspritzung von Gas mit niedrigem BTU-Wert zur
Verfügung steht. Diese Brennerkonstruktion berücksichtigt
oder befriedigt ebenfalls nicht den Bedarf nach gro ßen Strömungsquerschnittsflächen
stromaufwärts vor der Verbrennung.
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Sobald
der Brennwert (BTU) oder Energiegehalt, oder untere Heizwert (LHV)
von Gasbrennstoffen verringert ist, nimmt die erforderliche Strömungsrate
zu. Dieses führt zu einem erhöhten Druckverlust
durch ursprünglich für Brennstoffe mit höherem
Energiegehalt ausgelegte Kanäle. Dieser Druckverlust hat
einen hohen Preis für den Turbinenzyklus-Wirkungsgrad,
wenn der Brennstoffverdichter durch die Gasturbine angetrieben wird.
Dieses Problem ist in Brennstoffgasen mit einem sehr niedrigen Brennwert,
wie z. B. denen verschärft, die einen Brennwert von weniger
als 5802 kJ/kg (2500 BTU/lbm) haben. Es wird sogar noch weiter verschärft,
sobald die für Gas mit sehr niedrigem Energiegehalt verwendete
Anzahl getrennter Einlässe vergrößert
wird, um die für die Verbrennung erforderliche Menge eines
derartigen Gases zu liefern. Die Gasgeschwindigkeiten in Brennstoffströmungskanälen
können ebenfalls hoch sein, was zu einer erhöhten
Wärmeübertragung von den Metallwänden
an das Brennstoffgas oder umgekehrt führt. Dieses kann lokale
Wärmegradienten in dem Brenner bewirken, die zu erhöhten
zyklischen thermischen Beanspruchungen und der Möglichkeit
einer Degradation oder eines Ausfalls der verschiedenen Brennerkomponenten
führen. Die Konstruktion, Entwicklung, Bearbeitung und
weitere Herstellungsprozesse, die zur Erzeugung mehrerer Brennstoffdurchflusskanäle
in der Brenner oder Brenneraum eingesetzt werden, tragen zur Komplexität
und den Kosten für Systeme bei, welche mehrere Kanäle
einsetzen.
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Daher
ist es wünschenswert, die Druckverluste in Verbindung mit
der Nutzung von Brennstoffen mit sehr niedrigem Wärmegehalt
zu verringern, um somit den Systemwirkungsgrad zu verbessern. Es
ist auch wünschenswert, die Gasgeschwindigkeit zu verringern,
um Wärmegradienten und zugeordnete thermische Beanspruchungen
insbesondere dort zu verringern, wo das Brennstoffgas den Brenner
durch die Düse verlässt, da dieses der Hochtemperaturabschnitt
des Brenners ist. Es ist auch wünschenswert, die Brennerkonstruktion
zu vereinfachen, insbesondere soweit sie den Einbau mehrerer Brennstoffleitungen
in der Brenner betrifft, um die Komplexität und die Kosten
der Brenner zu verringern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung enthält ein Brennergehäuse
eine Einlassabdeckplatte mit einem zentralen Einlass, der für
die Aufnahme einer Zufuhr von einem von Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt
oder Luft konfiguriert ist, und mit wenigstens einem in radialem
Abstand angeordneten peripheren Brennstoffeinlass, der für
die Aufnahme einer Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt
konfiguriert ist. Es enthält auch eine Auslassabdeckplatte
mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren
Brennstoffauslass. Das Brennergehäuse enthält
auch eine Umfangsseitenwand, die die Einlassabdeckung und die Auslassabdeckung
verbindet und einen Sammelraum einschließt, wobei sich
der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass durch die Einlassabdeckplatte
hindurch in den Sammelraum öffnet und der wenigstens eine
Brennstoffauslass von dem Sammelraum aus durch die Auslassabdeckplatte
hindurch öffnet. Der zentrale Einlass öffnet sich
in wenigstens eine Leitung, welche sich von dem zentralen Einlass
weg erstreckt und sich in wenigstens eine Leitung für Brennstoff
mit hohem BTU-Wert oder eine Luftzuführungsleitung öffnet,
die axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass ausgerichtet
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen
eines Brennergehäuses die Bereitstellung einer Einlassabdeckplatte
mit einem zentralen Einlass, der für die Aufnahme einer
Zufuhr von einem von Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder Luft konfiguriert
ist, und wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren
Brennstoffeinlass, der für die Aufnahme einer Zufuhr von
Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt konfiguriert ist, wobei die
Einlassabdeckplatte und eine in einem Stück damit ausgebildete
Umfangsseitenwand teilweise einen Sammelraum einschließen.
Der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass öffnet
sich durch die Einlassabdeckplatte hindurch in den Sammelraum. Der
zentrale Einlass öffnet sich in wenigstens in eine Leitung,
welche sich von dem zentralen Einlass weg erstreckt und sich in wenigstens
eine Leitung für Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder Luftzuführungsleitung öffnet.
Das Verfahren beinhaltet auch die Bereitstellung einer Auslassabdeckplatte
mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren
Brennstoffauslass, der sich von dem Sammelraum aus durch die Auslassabdeckplatte
hindurch öffnet. Ferner beinhaltet das Verfahren die Befestigung
der Auslassabdeckplatte an der Umfangsseitenwand, um einen Sammelraum
einzuschließen, wobei die wenigstens eine Brennstoffleitung
für hohen BTU-Gehalt oder Luftzuführungsleitung
axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass ausgerichtet ist.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum
Herstellen eines Brennergehäuses die Bereitstellung einer
Auslassabdeckplatte mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten
peripheren Brennstoffauslass und mit einer in einem Stück
damit ausgebildeten Umfangsseitenwand, die teilweise einen Sammelraum
einschließen. Es beinhaltet auch die Bereitstellung einer
Einlassabdeckplatte mit einem zentralen Einlass, der für
die Aufnahme einer Zufuhr von einem von Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt
oder Luft konfiguriert ist, und mit wenigstens einem in radialem
Abstand angeordneten peripheren Brennstoffeinlass, der dafür
konfiguriert ist, eine Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt
aufzunehmen, wobei sich der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass
in den Sammelraum öffnet, der zentrale Einlass sich in wenigstens
eine Leitung öffnet, welche sich von dem zentralen Einlass
weg erstreckt und sich in wenigstens eine Leitung für Brennstoff
mit hohem BTU-Wert oder Luftzuführungsleitung öffnet.
Das Verfahren beinhaltet auch die Befestigung der Einlassabdeckplatte
an der Umfangsseitenwand, um den Sammelraum einzuschließen,
wobei die wenigstens eine Leitung für Brennstoff mit hohem
BTU-Wert oder Luftzuführungsleitung axial zu dem wenigstens
einen Brennstoffauslass ausgerichtet ist, wobei sich der Brennstoffauslass
aus dem Sammelraum durch die Auslassabdeckplatte hindurch öffnet.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum
Nutzen eines Brenners die Bereitstellung eines Brennergehäuses, das
aufweist: eine Einlassabdeckplatte mit einem zentralen Einlass,
der für die Aufnahme einer Zufuhr von einem von Brennstoff
mit hohem BTU-Gehalt oder Luft konfiguriert ist, und mit wenigstens
einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffeinlass,
der für die Aufnahme einer Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem
BTU-Gehalt konfiguriert ist; eine Auslassabdeckplatte mit wenigstens
einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffauslass;
und eine Umfangsseitenwand, die die Einlassabdeckplatte und die
Auslassabdeckplatte verbindet und einen Sammelraum einschließt,
wobei sich der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass in den
Sammelraum öffnet und sich der wenigstens eine Brennstoffauslass
aus den Sammelraum durch die Auslassabdeckplatte hindurch öffnet,
der zentrale Einlass sich in wenigsten eine Leitung öffnet,
welche sich von dem zentralen Einlass weg erstreckt und sich in
wenigstens eine Leitung für Brennstoff mit hohem BTU-Wert
oder eine Luftzuführungsleitung öffnet, die axial
zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass ausgerichtet ist. Das
Verfahren beinhaltet auch die Zufuhr von gasförmigem Brennstoff
mit einem BTU-Gehalt von weniger als 5802 kJ/kg (2500 BTU/lbm) an
den wenigstens einen in radialem Abstand angeordneten peripheren
Brennstoffeinlass, wobei der gasförmige Brennstoff in den
Sammelraum eintritt und an den wenigstens einen in radialem Abstand
angeordneten peripheren Brennstoffauslass verteilt wird.
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Diese
und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachstehenden Beschreibung
in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Der
zugrunde liegende Gegenstand, welcher als die Erfindung betrachtet
wird, wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der
Beschreibung dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden
und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht einer exemplarischen Ausführungsform
eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Gehäuses
von 1;
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3 eine
Querschnittsansicht des Brennergehäuses von 2 entlang
des Querschnitts 3-3 ist;
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4 eine
Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen Ausführungsform
des hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
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5 eine
Querschnittsansicht einer dritten exemplarischen Ausführungsform
eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
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6 eine
Querschnittsansicht einer vierten exemplarischen Ausführungsform
eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
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7 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform
einer hierin offengelegten Teilbaugruppe des Brenners ist;
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8 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform
einer hierin offengelegten Brennerbaugruppe ist;
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9 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen
Ausführungsform einer hierin offengelegten Brennerbaugruppe
ist;
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10 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform
eines hierin offengelegten Einlasses und zugeordneter Flansche und
Rohre ist; und
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11 eine
perspektivische Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen
Ausführungsform eines hierin offengelegten Einlasses und
zugeordneter Flansche und Rohre ist.
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Die
detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen
der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines
Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Es
wird ein Brenner, der für die Zufuhr großer Mengen
von Gasbrennstoff mit sehr niedrigem BTU-Gehalt zu einem Gasturbinenverbrennungssystem
mit minimalem Druckverlust, gleichmäßiger Verteilung
des Brennstoffgases und verbesserter Materialhaltbarkeit ausgelegt
ist, offengelegt. Der Brenner beinhaltet ein Brennergehäuse,
das nur einen Brennstoffzuführungssammelraum beherbergt,
der dafür angepasst ist, Brennstoff durch mehrere Einlässe aus
mehreren Brennstoffzuführungsleitungen aufzunehmen. Der
Sammelraum ist aus einem Metallkörper ausgebildet, der
zur Verbindung mit einer oder mehreren Brennstoffdüsen
stromabwärts und mit einem oder mehreren Brennstoffzuführungsrohren stromaufwärts
konfiguriert ist. Die offengelegten exemplarischen Ausführungsformen
beinhalten ein zylindrisches Metallgehäuse, in welchem
ein Gasverteiler oder Sammelraum innerhalb einer Umfangsseitenwand
ausgebildet ist und das in seinem Basisabschnitt entweder einen
oder mehrere Brennstoffauslässe oder Brennstoffeinlässe
enthalten kann. Dieses Gehäuse enthält auch eine
Abdeckplatte, welche einen oder mehrere Brennstoffeinlässe
bzw. Brennstoffauslässe enthält. Die Einlässe
sind konfiguriert, eines oder mehrere Einlasszuführungsrohre
für die Lieferung von Brennstoffgasen mit niedrigem BTU-Gehalt
aufzunehmen und sind insbesondere zur Verwendung von Brennstoffen
mit sehr niedrigem BTU-Gehalt geeignet. Die Einlassseite des Gehäuses
kann auch dafür konfiguriert sein, Luft sowie Startbrennstoffe
mit höherem Energiegehalt aufzunehmen. Die Gasbrennstoffe
mit sehr niedrigem BTU-Gehalt werden in den Sammelraum geliefert und
dadurch an eine oder mehrere Düsen, die über Auslässen
auf der Auslassseite der Brenner angeordnet sind, zur Lieferung
an die und Verbrennung in der Brenner verteilt. Die Luft, Startbrennstoffe
oder beides werden durch die Mitte des Gehäuses und in die
Düse zur Zündung des durch die Düse strömenden
Brennstoffgases mit sehr niedrigem BTU-Gehalt geführt.
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Der
Sammelraum ist dafür ausgelegt, eine große Strömungsquerschnittsfläche
bereitzustellen, um eine niedrige Strömungsgeschwindigkeit
des Brennstoffs mit sehr niedrigem BTU-Gehalt zu erzeugen und um
den Druckverlust an dem Brenner zu minimieren. Die Verbindung zwischen
dem Sammelraum und der bzw. den stromabwärts befindlichen Düse(n)
ist so ausgelegt, dass ein 360-Grad Raum, wie z. B. ein Ringraum,
von dem Sammelraum in jede Düse bereitgestellt wird. Die
stromaufwärts befindliche oder Einlassseite des Gehäuses
ist so ausgelegt, dass eine vergrößerte Fläche
für die Befestigung der Brennstoffzuführungsrohre
zur Verfügung steht. Dieser Brenner dient als der Brennstoffeinlass
und die Verbrennungsquelle für ein Gasturbinenverbrennungssystem,
welches mit Brennstoffen mit einem sehr großen Bereich
von Heizwerten arbeiten kann, während gleichzeitig Druckverlust
und Nichtgleichmäßigkeit der Gasströme
selbst bei sehr hohen Gasströmungsraten, die für
die Verwendung von Gasbrennstoffen mit sehr niedrigem BTU-Gehalt
erforderlich sind, minimiert werden. Die hierin offenbarten Brenner
sind für viele gasförmige Brennstoffe einschließlich
Brennstoffe mit niedrigem BTU-Gehalt mit einem BTU-Gehalt bis zu
etwa 5802 kJ/kg (2500 BTU/lbm) geeignet, sind aber besonders zur
Verwendung mit gasförmigen Brennstoffen mit sehr niedrigem
BTU-Gehalt von weniger als 5802 kJ/kg (2500 BTU/lbm) und ganz besonders
für Brennstoffe mit sehr niedrigem BTU-Gehalt von etwa
1856 bis 3481 kJ/kg (800 bis 1500 BTU/lbm) und sogar noch besser um
etwa 2321 kJ/kg (1000 BTU/lbm) geeignet. Die Abschnitte des hierin
beschriebenen Gehäuses können dicht mittels verschiedener
Verbindungstechniken verbunden sein, wie z. B. verschiedene Schweißprozesse
oder Befestigungseinrichtungen wie z. B. mehrere Gewindebolzen.
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In
den 1–3 ist eine
erste exemplarische Ausführungsform eines Brennergehäuses 10 dargestellt.
Das Brennergehäuse 10 besitzt eine Einlassabdeckplatte 12 auf
einer Einlassseite 14, eine Auslassabdeckplatte 16 auf
einer Auslassseite 18 und eine Umfangsseitenwand 20.
In dieser Ausführungsform sind die Einlassabdeckplatte 12 und
die Seitenwand 20 aus einer einteiligen Metallplatte ausgebildet.
Das Brennergehäuse 10 kann jede geeignete Form
oder Größe haben und kann aus jedem geeigneten
Hochtemperaturmaterial hergestellt sein. In der Ausführungsform
der 1–3 liegt
das Brennergehäuse 10 in der Form eines Zylinders
mit einem Durchmesser zwischen etwa 30,5 cm–91,15 cm (1,0–3,0
ft) vor und insbesondere etwa 45,75 cm (1,5 ft) und einer Dicke
von etwa 10,16–12,7 cm (4 bis 5 inches). Das Brennergehäuse 10 kann
unter Verwendung jedes geeigneten Materials hergestellt werden,
da dafür angepasst ist, bei Betriebstemperaturen von bis
zu etwa 600°C zu arbeiten, einschließlich verschiedener
Stahlarten, wie z. B. rostfreiem Stählen, wie verschiedenen
Ni-basierenden, Fe-basierenden, Co-basierenden und anderen Hochtemperaturmetalllegierungen
und Materialien. Die Herstellung der in einem Stück ausgebildeten
Einlassabdeckplatte 12 und Seitenwand 20 kann
unter Anwendung eines geeigneten Verfahrens einschließlich
der Anwendung einer spanenden Bearbeitung, Schleifen oder dergleichen
durchgeführt werden.
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Gemäß Darstellung
in den 3 und 7–10 besitzt
die Einlassabdeckplatte 12 einen zentralen Einlass 22,
bevorzugt in der Form einer zylindrischen Bohrung, wobei jedoch
auch andere Einlassformen möglich sind. Der zentrale Einlass 22 ist
dafür konfiguriert, eine Zuführung von einem von Startbrennstoffen
mit relativ höherem BTU-Gehalt oder Luft durch ein Zu führungsrohr 24 aufzunehmen. Der
zentrale Einlass 22 kann auch einen darauf für die
Befestigung des Zuführungsrohres 24 angeordneten
Befestigungsflansch 26 haben, kann aber auch eine andere
geeignete Befestigungseinrichtung zur Befestigung des Zuführungsrohres 24 für
Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder Luft enthalten. Das Zuführungsrohr 24 und
der Befestigungsflansch 26 können mittels Schweißnähten
gemäß Darstellung in 9 oder mittels
anderer geeigneter Befestigungseinrichtungen befestigt sein.
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Die
Einlassabdeckplatte 12 enthält auch wenigstens
einen in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffeinlass 30.
Der periphere Brennstoffeinlass 30 kann jede geeignete
Form oder Größe haben. Insbesondere kann der Brennstoffeinlass
die Form einer zylindrischen Bohrung mit einem Bohrungsdurchmesser
im Rahmen eines nicht einschränkenden Beispiels von etwa
7,62 bis 12,7 cm (3 bis 5 inches) haben. So wie hierin verwendet
sollte ”in radialem Abstand angeordnet” und ”peripher” generell
als Hinweis verstanden werden, dass das betroffene Element, in diesem
Falle der wenigstens eine Brennstoffeinlass 30, im Wesentlichen
von dem Mittelpunkt des Objektes, auf welchem er sich befindet, in
diesem Falle der Einlassabdeckplatte 12, entfernt positioniert
ist, und dass es in Bezug auf andere Öffnungen, die sich
durch das Objekt in einer ähnlichen Weise erstrecken können,
radial in Abstand angeordnet ist. Es besteht keine Einschränkung
bezüglich des Abstands von dem Mittelpunkt oder des radialen Abstandes
in dem Falle von Einlässen in Bezug auf andere Einlässe
oder Öffnungen oder in dem Falle von Auslässen,
von anderen Auslässen oder Öffnungen. Obwohl nur
ein Brennstoffeinlass 30 enthalten sein kann, ist die Einlassabdeckplatte 12 besonders dafür
geeignet, mehrere Brennstoffeinlässe 30 gemäß Darstellung
in den 1–3, 7 und 8 zu
enthalten. Der Brennstoffeinlass 30 ist dafür konfiguriert,
eine Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt durch ein oder
mehrere Zuführungsrohre 32 für Brennstoff
mit niedrigem BTU-Gehalt gemäß Darstellung in
den 7 und 8 aufzunehmen. Das Zuführungsrohr 32 für
Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt und ein zugeordneter Befestigungsflansch 34 können
durch Schweißnähte 36 gemäß Darstellung
in 9 oder mittels weiterer geeigneter Befestigungseinrichtungen
einschließlich der Verwendung von Gewindebolzen befestigt
sein. Die stromaufwärts befindliche oder Einlassseite des Brennergehäuses 10 ist
so ausgelegt, dass eine große Fläche für
die Befestigung von mehreren Brennstoffzuführungsrohren
gemäß Darstellung in 9 zur Verfügung
steht, und es insbesondere erwünscht ist, wenn Brennstoffe
mit sehr niedrigem BTU-Gehalt, wie z. B. Hochofengase verwendet
werden.
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Das
Brennergehäuse 10 enthält eine Umfangsseitenwand 20,
welche die Einlassabdeckplatte 12 und die Auslassabdeckplatte 16 verbindet.
Die Umfangsseitenwand 20 kann jede geeignete Größe und
Form haben. In den hierin dargestellten Ausführungsformen
hat die Umfangsseitenwand 20 im Wesentlichen eine zylindrische
Form mit dem hierin beschriebenen Bereich von Durchmessern und Dicken. Die
Dicke der Seitenwand 20 wird zur Anpassung an die Drücke
in Verbindung mit dem Strom der Brennstoffgase mit niedrigem BTU-Gehalt
in das Brennergehäuse 10 wie hierin beschrieben,
jedoch im Wesentlichen mit etwa 7,62 bis 20,32 cm (3 bis 8 inches) gewählt.
In der in den 3, 7–10 dargestellten
Ausführungsform ist die Umfangsseitenwand 20 in
einem Stück mit der Einlassabdeckplatte 12 ausgebildet
und kann wie vorstehend angemerkt mittels jedes geeigneten Herstellungsprozesses
einschließlich spanabhebender Bearbeitung oder Schleifen
hergestellt werden.
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Die
Umfangsseitenwand 20 schließt einen Sammelraum 38 oder
Hohlraum ein. Der Sammelraum 38 kann jede geeignete Größe
oder Form haben. In den hierin dargestellten Ausführungsformen ent hält
der Sammelraum 38 einen im Wesentlichen zylindrischen oder
schlüsselförmigen Hohlraum. Der periphere Brennstoffeinlass 30 oder
die Einlässe öffnen sich in die Einlassseite 37 des
Sammelraums 38 (siehe 7). Wenigstens
ein in radialem Abstand angeordneter Umfangsbrennstoffauslass 40 öffnet sich
aus dem Sammelraum 38 auf der Verbrennungsseite 41 des
Sammelraums 38 zu der (nicht dargestellten) Brennkammer
nach außen, und es können mehrere Umfangsbrennstoffauslässe 40 abhängig von
den Auslegungsanforderungen, insbesondere der aus der Brenner erforderlichen
Energieabgabe, verwendet werden. Der Sammelraum 38 ist
dafür ausgelegt, eine vergrößerte Strömungsquerschnittsfläche
stromaufwärts vor der Brenner bereitzustellen, um eine
niedrige Strömungsgeschwindigkeit der großen Mengen
des Brennstoffs mit sehr niedrigem BTU-Gehalt zu erzeugen und den
Druckverlust an dem Brenner zu reduzieren. In der Ausführungsform der 1–3 ist
der Sammelraum 38 im Wesentlichen zylindrisch mit einem
Durchmesser von etwa 63,5 cm (25 inches) und einer Tiefe oder Dicke
in dem radial äußeren Abschnitt des Sammelraums,
wo er am weitesten offen ist, von etwa 7,62 cm (3 inches). Gegenüber
der Einlassabdeckplatte 12 definieren der Sammelraum 38 und
die Umfangsseitenwand 20 eine Öffnung 39,
die dafür konfiguriert ist, die Auslassabdeckplatte 16 aufzunehmen.
Die Öffnung 39 besitzt im Wesentlichen eine zylindrische Form
und einen Durchmesser in dem Bereich von 38,1 cm bis 50,8 cm (15
bis 20 inches) und insbesondere 45,72 cm (18 inches).
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Gemäß Darstellung
in den 1–3 enthält
die Einlassabdeckplatte 12 auch mehrere hervorstehende
Vorsprünge 42, die in den Sammelraum 38 zu
der Auslassabdeckplatte 16 hin vorstehen. Die hervorstehenden
Vorsprünge 42 können auf einem erhöhten
Abschnitt 44 der Einlassabdeckplatte 12 gemäß Darstellung
in den 1–3 angeordnet sein.
Der erhöhte Abschnitt 44 stellt eine verbesserte Festigkeit
und Steifigkeit an der Mit te der Einlassabdeckplatte 12 bereit,
wo sich die radial in Abstand angeordneten peripheren hervorstehenden
Vorsprünge 42 befinden. In der Ausführungsform
der 1–3 hat der
erhöhte Abschnitt 44 einen Durchmesser von etwa
5,08 bis 12,7 cm (2 bis 5 inches) und steht in den Sammelraum 38 etwa
5,08 cm (2 inches) vor. Die hervorstehenden Vorsprünge 42 können
jede geeignete Breite, Höhe und Form haben und eine beliebige
Anzahl kann enthalten sein. In der Ausführungsform der 1–3 sind
sechs hervorstehende Vorsprünge 42 vorhanden.
Sie haben eine kegelförmige zylindrische Basis 46 und
einen im Wesentlichen zylindrischen oberen Abschnitt 48 mit einem
Durchmesser von etwa 2,54 bis 5,08 cm (1 bis 2 inches) und eine
Höhe über der Oberfläche des erhöhten
Abschnittes 44 von etwa 2,54 cm (1 inch) so, dass sie sich
im Wesentlichen vollständig über den erhöhten
Abschnitt 44 erstrecken. Jede geeignete Anzahl und jedes
Muster der hervorstehenden Vorsprünge 42 kann
abhängig von den speziellen Auslegungsanforderungen für
das Brennergehäuse 10 verwendet werden. In den
hierin dargestellten Ausführungsformen sind insgesamt sechs
hervorstehende Vorsprünge 42 vorhanden. Die hervorstehenden Vorsprünge 42 können
sowohl in ihrer Größe, Gestalt oder Funktion identisch
oder unterschiedlich sein. In der Ausführungsform der 1–3 gibt
es einen zentralen hervorstehenden Vorsprung 50 oder Ausrichtungsvorsprung,
der sich von den hervorstehenden Vorsprüngen 42 unterscheidet.
Der zentrale hervorstehende Vorsprung 50 hat eine Höhe,
die größer als die der anderen hervorstehenden
Vorsprünge 42 ist, und ist dafür konfiguriert,
eine Ausrichtungsfunktion für die Auslassabdeckplatte 16 durch
Zusammenwirken mit einem darin angeordneten zentralen Ausrichtungsloch 52 bereitzustellen.
Der Vorsprung 50 und das Ausrichtungsloch 52 positionieren
die Auslassabdeckplatte 16 in der Öffnung 39 und
bewirken auch die radiale Ausrichtung der hervorstehenden Vorsprünge 52 und
der Brennstoffauslässe 40. Beispielsweise kann
durch Drehen der Auslassabdeckplatte 16 um den Vorsprung 50 der
Mittelpunkt der zylindrischen Brennstoffauslässe 40 zu
dem Mittelpunkt der hervorstehenden Vorsprünge 42 so
ausgerichtet werden, dass sie konzentrisch um eine Längsachse 43 (3)
ausgerichtet sind. Der zentrale hervorstehende Vorsprung 50 ist
dafür konfiguriert, sich durch das zentrale Ausrichtungsloch
in der Nähe der Außenoberfläche der Auslassabdeckplatte 16 zu
erstrecken. In der Ausführungsform der 1–3 beinhalten
die weiteren hervorstehenden Vorsprünge in radialem Abstand
angeordnete Umfangvorsprünge 42. Sie sind radial
zur konzentrischen axialen Ausrichtung mit in radialem Abstand angeordneten
peripheren Brennstoffauslässen 40 in Abstand angeordnet.
Die Anzahl der hervorstehenden Vorsprünge 42 entspricht
bevorzugt der Anzahl der Brennstoffauslässe 40.
In der Ausführungsform der 1–3 erstrecken
sich Kanäle 54 durch in radialem Abstand angeordnete
periphere hervorstehende Vorsprünge 42, den erhöhten
Abschnitt 44 und die Einlassabdeckplatte 12. Die
Kanäle 54 können jede geeignete Form
und Größe einschließlich der dargestellten
axial ausgerichteten zylindrischen Bohrungen haben, die konzentrisch
zu den Brennstoffauslässen 40 sind. Die Kanäle 54 sind
dafür konfiguriert, eine Brennstoffleitung 56 für
eine Quelle von Brennstoff mit hohem Energiegehalt, wie z. B. Dieselbrennstoff
aufzunehmen, der zur Zündung der Brenner und des Brennstoffs
mit niedrigem BTU-Gehalt verwendet wird. Gemäß 8 kann
die Brennstoffzuführungsleitung 56 dafür
konfiguriert sein, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 58 für
eine kontrollierte Freisetzung von Brennstoff mit hohem Energiegehalt
aufzunehmen, welche dann wiederum mit einer Brennstoffleitung 60 verbunden
ist, die durch ein Zuführungsrohr 62 für
Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt versorgt wird. Gemäß nochmaliger
Bezugnahme auf 8, in welcher der Brennstoff
mit hohem BTU-Gehalt Dieselbrennstoff ist, kann der Kanal 54 auch
eine Luftzuführungsleitung 64 enthalten, um die notwendige
Verbrennungsluft zur Kombination mit und Zündung des Dieselbrennstoffs
zu liefern. Die Luftzuführungsleitung 64 ist für
die Aufnahme von Luft aus wenigstens einer in radialem Abstand angeordneten
Leitung 66 konfiguriert, die sich von dem zentralen Einlass 22 weg
erstreckt. Eine Leitung 66 öffnet sich zu dem
zentralen Einlass 22 an einem Ende, welcher wiederum für
eine Befestigung an der Versorgungsleitung 24 (7 und 8)
konfiguriert ist, und welche in dieser Ausführungsform
ein Luftzuführungsrohr ist. Am anderen Ende öffnen
sich die Leitung oder die Leitungen 66 in den Kanal 54 und sind
für eine Fluidkopplung mit der Luftzuführungsleitung 64 konfiguriert.
Diese kann auch mehrere Luftzuführungsleitungen 64 und
eine entsprechende Vielzahl von in radialem Abstand angeordneten Brennstoffzuführungsleitungen 56 in
beliebiger Anzahl beinhalten, wobei die Anzahl bevorzugt so gewählt
ist, dass sie der Anzahl der Brennstoffauslässe 40 entspricht.
Die Brennstoffleitungen 56 sind bevorzugt in der Zuführungsleitung 64 und
im Abstand so angeordnet, dass die Außenoberfläche
der Brennstoffleitung 56 und die Innenoberfläche
der Luftzuführungsleitung 64 einen Raum definieren,
durch welchen Luft aus der Leitung 66 zugeführt
werden kann. In einer bevorzugten Anordnung ist die Brennstoffleitung 56 zylindrisch
und ist konzentrisch in der Luftzuführungsleitung 64 angeordnet,
sodass ein Ringraum entlang der Länge dieser Leitungen
für den Kanal von Luft durch den Raum an dem Brennende
bereitgestellt wird. Der beschriebene Luftzuführungspfad und
der Pfad für den Brennstoff mit hohem Energiegehalt enthalten
bevorzugt dichte Verbindungen an den verschiedenen hierin beschriebenen
Verbindungsstellen. Die Kanäle 54 können
mittels jedes geeigneten Herstellungsverfahrens, einschließlich
Bohren, hergestellt sein.
-
Alternativ
können gemäß Darstellung in der Ausführungsform
von 8 die hervorstehenden Vorsprünge 42 einen
Kanal 54 oder mehrere Kanäle 54 enthalten,
die sich nur teilweise durch die Dicke des hervorstehenden Vorsprungs 42 von
dem Sammelraum 38 weg erstrecken, sodass sie sich mit der in
radialem Abstand angeordneten Leitung 66 überschneiden
und eine Fluidkopplung bilden. Der Kanal 54 ist in dieser
Anordnung dafür konfiguriert, eine (nicht dargestellte)
Brennstoffzuführungsleitung aufzunehmen. Die Brennstoffzuführungsleitung
kann in dieser Anordnung auch eine Brennstoffeinspritzvorrichtung
oder eine andere (nicht dargestellte) Gas-dosierungs- oder Ventilvorrichtung,
wie z. B. ein Gasventil, enthalten. Diese Konfiguration kann beispielsweise
verwendet werden, wenn der zentrale Einlass 22 für
die Aufnahme von Brennstoff mit hohem Energiegehalt, wie z. B. Erdgas,
konfiguriert ist und es nicht erforderlich ist, Luft durch die Einlassabdeckplatte 12 zuzuführen.
-
Das
Brennergehäuse 10 enthält auch eine Auslassabdeckplatte 16 auf
der Auslassseite 18 mit wenigstens einem in radialem Abstand
angeordneten peripheren Brennstoffauslass 40. Die Auslassabdeckplatte 16 kann
jede geeignete Form oder Größe haben und kann
aus jedem geeigneten Hochtemperaturmaterial einschließlich
Materialien bestehen, die sich von denen unterscheiden, die für
die Umfangsseitenwand 20 und die Einlassabdeckplatte 12 verwendet
werden. Zusätzlich kann die Auslassabdeckplatte 16 aus
einem Material geformt sein, das für die Verwendung bei
höheren Temperaturen als denen für die Seitenwand 20 und
die Einlassabdeckplatte 12 geeignet ist, da sie in engerer
Nähe zu der Brennkammer angeordnet und höheren
Temperaturen ausgesetzt ist. Sie kann unter Verwendung eines beliebigen
geeigneten Materials hergestellt werden, das dafür angepasst
ist, bei Betriebstemperaturen bis zu etwa 600°C zu arbeiten,
einschließlich verschiedener Stahlarten, wie z. B. rostfreien
Stählen sowie verschiedenen Ni-basierenden, Fe-basierenden,
Co-basierenden oder anderen Hochtemperaturmetalllegierungen und
Materialien. In der Ausführungsform der 1–3 ist
die Auslassabdeckplatte 16 zylindrisch mit einem Durchmesser
zwischen etwa 38,1 bis 63,5 cm (15 bis 25 inches) und insbesondere
etwa 55,88 cm (22 inches) und hat eine Dicke von etwa 1,27 cm (0,5
inches). Die Herstellung der Auslassabdeckplatte 16 kann
unter Anwendung irgendeines geeigneten Herstellungsverfahrens, einschließlich der
Anwendung von spanender Bearbeitung, Schleifen und dergleichen hergestellt
werden. Die Auslassabdeckplatte 16 ist für eine
feste Anbringung an der Seitenwand 20 konfiguriert, um
so den Sammelraum 38 abzudecken und einzuschließen.
Gemäß den 1–3 ist
die Auslassabdeckplatte 16 für einen eng anliegenden
Formschluss mit der Öffnung 39 bemessen, wobei
die Auslassoberfläche 21 der Seitenwand 20 unmittelbar
an der Öffnung 39 und die Außenoberfläche
der Auslassabdeckplatte 16 im Wesentlichen zueinander bündig
sind. Diese Positionierung kann durch die Verwendung eines Ausrichtungsvorsprungs 50 und
eines Ausrichtungsloches 52 bewirkt werden. Ferner kann
der Ausrichtungsvorsprung 50 eine kegelig geformte Basis
haben, und die Höhe des Kegels kann so gesteuert sein,
dass sie die vertikale Position der Auslassabdeckplatte 16 vorgibt,
indem sie die Tiefe begrenzt, bis zu welcher die Platte in den Sammelraum 39 eingeführt
werden kann. Ferner kann eine Ausrichtung durch die Bereitstellung
entsprechender Flansche, wie z. B. eines Seitenwandflansches 45 und
eines Auslassabdeckflansches 47 gemäß Darstellung
in den 1 und 3, erreicht werden. Sobald die
Auslassabdeckplatte 16 in der Öffnung 39 in
der beschriebenen Weise platziert worden ist, wird sie an der Umfangsseitenwand
beispielsweise durch Verschweißen oder mittels irgendeines
anderen geeigneten Metallverbindungsprozesses befestigt.
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Der
Auslass 40 kann jede beliebige geeignete Form oder Größe
haben und kann mehrere Brennstoffauslässe 40 beinhalten.
Insbesondere kann der Auslass 40 die Form einer zylindrischen
Auslassbohrung mit einem Bohrungsdurchmesser gemäß einem nicht
einschränkenden Beispiel von etwa 2,54 bis 7,62 cm (1 bis
3 inches) haben. Ferner sind in der exemplarischen Ausführungs form
der 1–3 sechs
Auslässe 40 vorhanden. Der in radialem Abstand
angeordnete Auslass 40 oder mehrere Auslässe 40 sind
für die Aufnahme einer Zufuhr von Brennstoffgas mit niedrigem
BTU-Gehalt aus dem Sammelraum 38 sowie eine Zufuhr von
Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt aus einer Leitung für Brennstoff
mit hohem BTU-Gehalt konfiguriert, wie es hierin weiter beschrieben
wird. Der Auslass 40 oder die Brennstoffauslässe 40 können
für die Aufnahme von Luft durch eine Luftleitung angepasst
sein, wie es hierin weiter beschrieben wird. Gemäß den 1–3 ist der
hervorstehend Vorsprung 42 nahe an der oder in der Einlassseite
des Auslasses 40 positioniert, um so eine Begrenzung auszubilden,
welche den Strom des Brennstoffs mit niedrigem BTU-Gehalt durch
den Auslass 40 begrenzt, indem ein Kanal 68 oder
ringförmiger Raum zwischen diesen definiert wird, durch welche
der den Auslass 40 verlassende gasförmige Brennstoff
strömen muss. Dieser Abstand kann zusammen mit der Berücksichtigung
der verschiedenen Brennstoffeingänge in den Sammelraum 38 ausgelegt
sein, um die gewünschten Strömungseigenschaften
(z. B. Strömungsrate) durch den Auslass 40 zu
erzeugen. Der Auslass 40 kann auch einen Auslassflansch 49 enthalten,
welcher auch dazu verwendet werden kann, eine Düse aufzunehmen,
wie es hierin beschrieben wird.
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Gemäß 8 enthält
ein Brenner 100 ein Brennergehäuse 10.
Der Brenner 100 enthält auch wenigstens eine Brennstoffdüse 70,
die auf der Auslassabdeckplatte 16 nächst dem
Auslass 40 angeordnet ist. Der aus dem Auslass 40 strömende Brennstoff
mit niedrigem BTU-Gehalt strömt durch die Düse 70 und
in die (nicht dargestellte) Brennkammer. Die Brennstoffdüse 70 ist
im Wesentlichen zylindrisch und dafür angepasst, den Strom
des Brennstoffs in die Brennkammer einschließlich des Brennstoffstromungsmusters
zu steuern, wenn der Brennstoff die Düse 70 verlässt.
Die Brennstoffdüse 70 hat ein Gehäuseende 72 mit
einer Einlassöffnung 74. Die Brennstoffdüse 70 kann
bündig auf der Außenoberfläche der Auslassabdeckplatte 16 befestigt
sein, wobei die Einlassöffnung 74 um den Auslass 40 herum angeordnet
ist. Alternativ kann das Gehäuseende 72 zur Einführung
in den Auslass 40 angepasst sein und einen Befestigungsflansch 76 enthalten,
der die Tiefe, bis zu welcher das Gehäuse 72 eingeführt
wird, durch Anstoßen an dem Auslassflansch 49 steuert.
In dieser Anordnung dient das Gehäuseende 72 der Düse 70 auch
dazu, den Kanal 68 zwischen der Einlassöffnung 74 der
Düse nächst dem Gehäuseende 72 und
dem äußeren Ende des hervorstehenden Vorsprungs 42 zu
beeinflussen. Die Düse 70 kann auf der Auslassabdeckplatte 16 mittels
jeder geeigneten Befestigungseinrichtung einschließlich
Schweißen, wie z. B. durch Anwendung einer Umfangsschweißung,
angeordnet sein. Eine Zündquelle wie z. B. ein elektrischer
Zünder, der eine Zündkerze enthält, kann
nächst der Düse 70 zur Zündung
des die Düse in die (nicht dargestellte) Brennkammer verlassenden
Brennstoffs positioniert sein. Die Düse oder Düsen 70 haben
im Wesentlichen eine zylindrische Düsenbohrung 77 und
ein Düsenende 78. Das Düsenende 78 kann
eine Begrenzung 80 enthalten, die dazu genutzt wird, den
Durchfluss des Brennstoffs mit niedrigem BTU-Gehalt durch die Düse 70 zu
steuern.
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Gemäß Darstellung
in 8 erstrecken sich sowohl die Leitung 56 für
Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt als auch die Leitung 64 für
die Luftzufuhr in der Form einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
axial von der Auslassabdeckplatte 16 weg zu dem Düsenende 78.
Insbesondere kann sich die Brennstoffeinspritzvorrichtung 58 innerhalb
der Düsenbohrung 77 zu einer Position unmittelbar
an der Begrenzung 80 erstrecken. Der radiale Zwischenraum 82 zwischen
der Begrenzung 80 und der Brennstoffeinspritzvorrichtung 58 definiert
einen Auslasszwischenraum oder Kanal 82, durch welchen
der Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt hindurchtreten muss, um die
Austrittsdüse 70 und das Brennergehäuse 10 zu verlassen.
Dieser Auslasszwi schenraum 82 definiert eine Düsenöffnung
zum Steuern des Durchflusses des Brennstoffs aus der Düse.
Der Zwischenraum 82 kann so ausgelegt sein, dass die gewünschten Durchflusseigenschaften
aus dem Brenner erzielt werden, und kann ein ringförmiger
Zwischenraum oder Kanal gemäß Darstellung in 8 sein.
Der Zwischenraum 82 ist eine hindernisfreier 360-Grad Strömungspfad
oder Kanal. Ein derartiger Strömungspfad ist erwünscht,
da er ein gleichmäßiges Strömungsmuster
des die Düse verlassenden Brennstoffes sicherstellt und
Behinderungen in dem Strömungspfad in dem Raum zwischen
der Einspritzeinrichtung und der Düsenbohrung über
die gesamte Länge der Düse beseitigt.
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Eine
zweite exemplarische Ausführungsform des Brennergehäuses 10' ist
in 4 dargestellt. Diese Ausführungsform
enthält dieselben Elemente wie vorstehend unter Bezugnahme
auf die 3 diskutiert in einer etwas
anderen Konfiguration, wobei die Änderungen nachstehend
diskutiert sind. In der Ausführungsform von 4 hat
die Auslassabdeckplatte 16' eine größere
Abmessung, wie z. B. einen größeren Durchmesser,
sodass sie sich wenigstens teilweise und insbesondere vollständig über
die Auslassoberfläche der Seitenwand 20' hinweg
erstreckt, statt dass sie in die Öffnung 39' eingesetzt
ist. Im Vergleich zu der Ausführungsform von 3 kann
die Dicke der Seitenwand 20' etwas dünner sein,
sodass die hervorstehenden Vorsprünge 42' in Bezug
auf die Brennstoffauslässe 40 angeordnet sind,
wie es hierin beschrieben wird. Der zentrale Vorsprung 50 von 3 ist
in dieser Ausführungsform nicht erforderlich, und somit
kann der zentrale Vorsprung weggelassen werden, um dadurch den zentralen
Abschnitt des Sammelraums 38' zu öffnen und mehr
nutzbares Volumen in dem Sammelraum 38' bereitstellen.
Alternativ kann der zentrale Vorsprung 50 durch einen (nicht
dargestellten) zentralen hervorstehenden Vorsprung 42' und
eine (nicht dargestellte) entsprechende Düse 70 ersetzt
sein, sodass ein (nicht dargestellter) zentraler Auslass ebenfalls
in die Auslassabdeckplatte 16' einbezogen sein kann. Die
Auslassabdeckplatte 16' kann an der Umfangsseitenwand 20' durch
jede geeignete Befestigungseinrichtung, wie z. B. mehrere in radialem
Abstand angeordnete Gewindebolzen oder eine Umfangsschweißnaht
oder dergleichen, befestigt sein. Ebenso kann das Brennergehäuse 10' aus
denselben Materialien bestehen wie den für das Brennergehäuse 10 von 3 beschriebenen
und kann verschiedene Rohre, Flansche, Düsen, Brennstoffleitungen,
Brennstoffeinspritzvorrichtungen und andere Komponenten derart enthalten, wie
sie unter Bezugnahme auf das Brennergehäuse 10' zur
Bildung eines Brenners beschrieben sind.
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Eine
dritte exemplarische Ausführungsform eines Brennergehäuses 10'' ist
in 5 dargestellt. Diese Ausführungsform
enthält dieselben Elemente wie die vorstehend unter Bezugnahme
auf die Ausführungsform von 3 diskutierten
in etwas anderer Konfiguration, wobei die Änderungen nachstehend
diskutiert sind. In der Ausführungsform von 5 sind
die Auslassabdeckplatte 16'' und Brennstoffauslässe 40'' in
einem Stück mit einer Seitenwand 20'' ausgebildet.
Es wird angenommen, dass diese Anordnung eine größere
strukturelle Steifigkeit für die Verbrennungsseite des
Brennergehäuses während des Betriebs des Brenners
und der Turbine bereitstellen kann und jede Möglichkeit
von Ausfällen oder anderen Betriebsverhaltensproblemen
in Verbindung mit der Befestigungseinrichtung, wie z. B. einer zum
Befestigen der Auslassabdeckplatte 16 in der Ausführungsform
von 3 verwendeten Schweißnaht, während
des Betriebs beseitigt. Die Seitenwand 20'' ist in ähnlicher
Weise verändert, um eine Öffnung 39'' mit ähnlicher
Abmessung wie der der Öffnung 39 von 3,
jedoch auf dem gegenüberliegenden Ende der Seitenwand 20'' angeordnet, bereitzustellen.
In der Ausführungsform von 5 ist die
Einlassabdeckplatte 12'' als eine getrennte Komponente
hergestellt und an der Seitenwand 20'' wie dargestellt
befestigt. Ansonsten kann die Einlassabdeckplatte 12'' alle
anderen in der Einlassabdeckplatte 12 von 3 enthaltenen
Merkmale, wie z. B. die hervorstehenden Vorsprünge 42'',
den erhöhten Abschnitt 44'', den zentralen hervorstehenden
Vorsprung 50'', die in radialem Abstand angeordneten peripheren
Brennstoffeinlässe 30'', den zentralen Einlass 22'' und
die verschiedenen hierin beschriebenen Leitungen und Kanäle
enthalten. Die Einlassabdeckplatte 12'' kann in die Öffnung 39'' eingesetzt und
in einer analogen Weise zu der in Bezug auf die Auslassabdeckplatte 16 von 3 beschriebenen befestigt
sein. Ebenso kann das Brennergehäuse 10'' aus
denselben Materialien wie den für das Brennergehäuse 10 beschriebenen
hergestellt sein und kann verschiedene Rohre, Flansche, Düsen,
Brennstoffleitungen, Brennstoffeinspritzvorrichtungen und weitere
Komponenten der Typen und in der Weise enthalten, die unter Bezugnahme
auf das Brennergehäuse 10' beschrieben ist.
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Eine
vierte exemplarische Ausführungsform eines Brennergehäuses 10''' ist
in 6 dargestellt. Diese Ausführungsform
enthält dieselben Elemente wie die vorstehend unter Bezugnahme
auf die Ausführungsform von 5 diskutierten
in etwas anderer Konfiguration, wobei die Änderungen nachstehend
diskutiert sind. In der Ausführungsform von 6 hat
die Einlassabdeckplatte 12'' eine größere Abmessung,
wie z. B. einen größeren Durchmesser, sodass sie
sich wenigstens teilweise, und bevorzugter vollständig, über
die Einlassoberfläche 23''' der Seitenwand 20''' erstreckt,
statt in die Öffnung 39''' eingeführt
zu sein. Der zentrale Vorsprung 50''' ist in dieser Ausführungsform
nicht erforderlich, und somit kann der zentrale Vorsprung 50''' von 5 weggelassen
werden, um dadurch den zentralen Abschnitt des Sammelraums 38''' zu öffnen
und mehr nutzbares Volumen in dem Sammelraum 38''' bereitstellen. Alternativ
kann der zentrale Vorsprung 50'' der Ausführungsform
von 5 durch einen (nicht dargestellten) zentralen
hervorstehenden Vorsprung 42''' und eine (nicht dargestellte)
entsprechende Düse 70 ersetzt sein, sodass ein
(nicht dargestellter) zentraler Auslass und eine (nicht dargestellte)
Düse ebenfalls in die Auslassabdeckplatte 16' einbezogen
sein können. Die Einlassabdeckplatte 12''' kann
an der Umfangsseitenwand 20''' durch eine geeignete Befestigungseinrichtung,
wie z. B. mehrere in radialem Abstand angeordnete Gewindebolzen
oder eine Umfangsschweißnaht oder dergleichen, befestigt
sein.
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10 stellt
den Brennstoffeinlass 30 von 3 dar, wie
er sich in den Sammelraum 38 öffnet. Der durch
den Sammelraum 38 erzeugte Mischbereich bietet ein großes
Volumen für die Aufnahme der erheblichen Volumeneingangsmenge
des Brennstoffgases mit niedrigem BTU-Gehalt bei hohen Strömungsraten
aus den mehreren Brennstoffeinlässen 30. Diese
Anordnung ist insbesondere dahin gehend vorteilhaft, dass sie einen
niedrigen Druckabfall pro individuellen Brennstoffeinlass 30 und
somit einen niedrigen Gesamtdruckabfall in Verbindung mit der Summe
aller Brennstoffeinlässe 30 bietet. 11 veranschaulicht
die Einlassanordnung in Verbindung mit dem Brennstoffeinlass 30' gemäß Darstellung
in 4. In dieser Ausführungsform deckt die
Auslassabdeckplatte 16' die gesamte Auslassoberfläche 21' der
Seitenwand 20' ab. Diese Einlasskonfiguration ist vorteilhaft,
da der Mittenabschnitt des Sammelraums 38' aufgrund des
Fehlens eines zentralen Vorsprungs offen ist, was eine offenere
Konfiguration des Mittenabschnittes des Sammelraums 38' für
eine bessere Vermischung und ein größeres Volumen
des Sammelraums 38' beispielsweise im Vergleich zum Sammelraum 38 bereitstellt.
Ferner ermöglicht sie eine Verschraubung der Auslassabdeckplatte 16' an der
Umfangsseitenwand 20' unter Verwendung mehrerer Gewindebolzen
oder ähnlicher Befestigungselemente. Die Beseitigung des
zentralen Vorsprungs und die verschraubte Anbringung stellen einen
wei teren Vorteil dieser Erfindung dar, nämlich die Beseitigung
von zwei Schweißnähten, die die Schweißnaht in
Verbindung mit dem Mittenvorsprung und die zum Befestigen der äußeren
Abdeckplatte an der Umfangsseitenwand verwendete Schweißnaht
beinhalten, und verringert dadurch die Kosten und Komplexität.
-
Obwohl
die Erfindung detailliert in Verbindung mit nur einer eingeschränkten
Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte
es sich ohne Weiteres verstehen, dass die Erfindung nicht auf derartige
offengelegte Ausführungsformen beschränkt ist.
Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, sodass sie eine
beliebige Anzahl von Varianten, Änderungen, Ersetzungen
oder äquivalenten Anordnungen, die bisher nicht beschrieben wurden,
enthält, die aber dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang
der Erfindung entsprechen. Zusätzlich dürfte es
sich, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
beschrieben wurden, verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige
von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können.
Demzufolge ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung
eingeschränkt zu betrachten, sondern ist nur durch den
Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
-
Ein
Brennergehäuse 10 enthält eine Einlassabdeckplatte 12 mit
einem zentralen Einlass 22, der für die Aufnahme
einer Zufuhr von einem von Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder
Luft konfiguriert ist, und mit wenigstens einem in radialem Abstand
angeordneten peripheren Brennstoffeinlass 30, der für
die Aufnahme einer Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt
konfiguriert ist. Es enthält auch eine Auslassabdeckplatte 16 mit
wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffauslass 40.
Das Brennergehäuse 10 enthält auch eine
Umfangsseitenwand 20, die die Einlassabdeckung 12 und
die Auslassabdeckung 16 verbindet und einen Sammelraum 38 einschließt,
wobei sich der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass durch
die Einlassabdeckplatte hindurch in den Sammelraum 38 öffnet
und sich der wenigstens eine Brennstoffauslass aus dem Sammelraum 38 durch die
Auslassabdeckplatte 40 hindurch öffnet. Der zentrale
Einlass öffnet sich in wenigstens eine Leitung 66,
welche sich von dem zentralen Einlass 22 weg erstreckt
und sich in wenigstens eine Leitung 56 für Brennstoff
mit hohem BTU-Wert oder eine Luftzuführungsleitung 64 öffnet,
die axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass 40 ausgerichtet
ist.
-
- 10
- Brennergehäuse
- 10'
- Brennergehäuse
- 12
- Einlassabdeckplatte
- 12'
- Einlassabdeckplatte
- 14
- Einlassseite
- 16
- Auslassabdeckplatte
- 16'
- Auslassabdeckplatte
- 18
- Auslassseite
- 20
- Seitenwand
- 20'
- Seitenwand
- 21
- Auslassoberfläche
- 22
- zentraler
Einlass
- 22'
- zentraler
Einlass
- 23'
- Einlassoberfläche
- 24
- Zuführungsrohr
- 26
- Befestigungsflansch
- 28
- Schweißnähte
- 30
- Brennstoffeinlass
- 30'
- Brennstoffeinlass
- 32
- Brennstoffzuführungsrohr
- 34
- Flansch
- 36
- Schweißnähte
- 37
- Einlassseite
- 38
- Sammelraum
- 39
- Öffnung
- 40
- Brennstoffauslass
- 41
- Verbrennungsseite
- 42
- hervorstehende
Vorsprünge
- 42'
- hervorstehende
Vorsprünge
- 43
- Längsachse
- 44
- erhöhter
Abschnitt
- 44'
- erhöhter
Abschnitt
- 45
- Seitenwandflansch
- 46
- kegelförmige
zylindrische Basis
- 47
- Auslassabdeckungsflansch
- 48
- zylindrischer
oberer Abschnitt
- 49
- Auslassflansch
- 50
- zentraler
vorstehender Vorsprung
- 50'
- zentraler
Vorsprung
- 52
- Ausrichtungsloch
- 54
- Kanäle
- 56
- Brennstoffleitung
- 58
- Brennstoffeinspritzvorrichtung
- 60
- Brennstoffleitung
- 62
- Brennstoffzuführungsrohr
- 64
- Luftzuführungsleitung
- 66
- Leitung
- 68
- Kanal
- 70
- Düse
- 72
- Gehäuseende
- 74
- Einlassöffnung
- 76
- Befestigungsflansch
- 77
- Düsenbohrung
- 78
- Düsenende
- 80
- Begrenzung
- 82
- Zwischenraum
- 100
- Brenner
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4498288 [0003, 0004]
- - EP 03103327 [0004]
- - US 6201029 [0005]
- - US 2007/0275337 [0006]