DE102009044764A1 - Brennergehäuse zur Verbrennung von Brennstoffgasen mit niedrigem BTU-Wert und Verfahren zur Herstellung und Nutzung desselben - Google Patents

Brennergehäuse zur Verbrennung von Brennstoffgasen mit niedrigem BTU-Wert und Verfahren zur Herstellung und Nutzung desselben Download PDF

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Joel Meador Hall
Sergey Adolfovich Oskin
Scott Simmons
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General Electric Co
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    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]

Abstract

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.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft Brenner für eine Hochtemperaturgasturbine und insbesondere Brennergehäuse zur Verwendung mit einen geringen BTU-Gehalt aufweisendem Brennstoffgas.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 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:
  • 1 eine perspektivische Explosionsansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht des zusammengebauten Gehäuses von 1;
  • 3 eine Querschnittsansicht des Brennergehäuses von 2 entlang des Querschnitts 3-3 ist;
  • 4 eine Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen Ausführungsform des hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
  • 5 eine Querschnittsansicht einer dritten exemplarischen Ausführungsform eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
  • 6 eine Querschnittsansicht einer vierten exemplarischen Ausführungsform eines hierin offengelegten Brennergehäuses ist;
  • 7 eine perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer hierin offengelegten Teilbaugruppe des Brenners ist;
  • 8 eine perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform einer hierin offengelegten Brennerbaugruppe ist;
  • 9 eine perspektivische Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen Ausführungsform einer hierin offengelegten Brennerbaugruppe ist;
  • 10 eine perspektivische Querschnittsansicht einer exemplarischen Ausführungsform eines hierin offengelegten Einlasses und zugeordneter Flansche und Rohre ist; und
  • 11 eine perspektivische Querschnittsansicht einer zweiten exemplarischen Ausführungsform eines hierin offengelegten Einlasses und zugeordneter Flansche und Rohre ist.
  • Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 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.
  • 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.
  • In den 13 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 13 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.
  • Gemäß Darstellung in den 3 und 710 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.
  • 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 13, 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.
  • 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, 710 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.
  • 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 13 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).
  • Gemäß Darstellung in den 13 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 13 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 13 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 13 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 13 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 13 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 13 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 13 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 13 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.
  • 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 13 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 13 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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]

Claims (10)

  1. Brennergehäuse (10), aufweisend: 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; eine Auslassabdeckplatte (16) mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffauslass (40); und eine Umfangseitenwand (20), die die Einlassabdeckung (12) und die Auslassabdeckung (16) verbindet und einen Sammelraum (38) einschließt, wobei sich der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass (30) durch die Einlassabdeckplatte (12) hindurch in den Sammelraum (38) öffnet und sich der wenigstens eine Brennstoffauslass (40) aus dem Sammelraum (38) durch die Auslassabdeckplatte (16) hindurch öffnet, der zentrale Einlass sich in wenigstens eine Leitung (66) öffnet (39), welche sich von dem zentralen Einlass (32) weg erstreckt und in wenigstens eine Leitung (56) für Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder in eine Luftzuführungsleitung (64) öffnet, die axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass (40) ausgerichtet ist.
  2. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die Einlassabdeckplatte (12) mehrere in radialem Abstand angeordnete periphere Brennstoffeinlässe (30) aufweist, die Auslassabdeckplatte (16) mehrere in radialem Abstand angeordnete periphere Brennstoffauslässe (40) aufweist, und sich der zentrale Einlass (22) in mehrere in radialem Abstand angeordnete Leitungen (66) öffnet, welche sich von dem zentralen Einlass (22) weg erstrecken und in entsprechende von mehreren Leitungen (56) für Brennstoff mit hohem Brennstoffgehalt oder Luftzuführungsleitungen (64) öffnen, die axial zu den entsprechenden Auslässen ausgerichtet sind.
  3. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, das ferner mehrere in radialem Abstand angeordnete hervorstehende Vorsprünge (42) aufweist, die sich von der Einlassabdeckplatte (12) in den Sammelraum (38) erstrecken und axial zu und nahe zu den mehreren Auslässen ausgerichtet sind, wobei die mehreren Leitungen für Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder die Luftzuführungsleitungen (64) in den hervorstehenden Vorsprüngen (42) angeordnet sind.
  4. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 3, wobei der zentrale Einlass (22) für die Aufnahme von Luft konfiguriert ist und sich die mehreren in radialem Abstand angeordneten Leitungen (66) in entsprechende mehrere Luftleitungen (64) öffnen, und wobei mehrere entsprechende Leitungen (56) für Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt ebenfalls in den hervorstehenden Vorsprüngen (42) angeordnet sind, die sich durch die Einlassabdeckplatte (12) hindurch und axial in den Luftleitungen (64) erstrecken.
  5. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die Einlassabdeckplatte (12) in einem Stück mit der Seitenwand (20) und dem Sammelraum (38) ausgebildet ist und die Auslassabdeckplatte (16) in einer Öffnung (39) in der Seitenwand (20) gegenüber der Einlassabdeckplatte (12) befestigt ist.
  6. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die Einlassabdeckplatte (12) in einem Stück mit der Seitenwand (20) und dem Sammelraum (38) ausgebildet ist, und die Auslassab deckplatte (16) eine Öffnung (39) in der Seitenwand (20) abdeckt und an einem Einlassende der Seitenwand (20) befestigt ist.
  7. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die Auslassabdeckplatte (16) in einem Stück mit der Seitenwand (20) und dem Sammelraum (38) ausgebildet ist und die Einlassabdeckplatte (12) in einer Öffnung (39) in der Seitenwand (20) gegenüber der Auslassabdeckplatte (16) befestigt ist.
  8. Brennergehäuse (10) nach Anspruch 1, wobei die Auslassabdeckplatte (16) in einem Stück mit der Seitenwand (20) und dem Sammelraum (38) ausgebildet ist, und die Einlassabdeckplatte (12) eine Öffnung (39) in der Seitenwand (20) abdeckt und an einem Auslassende der Seitenwand (20) befestigt ist.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Brennergehäuses (10), mit den Schritten: Bereitstellen einer 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 einem peripheren Brennstoffeinlass (30), der für die Aufnahme einer Zufuhr von Brennstoff mit niedrigem BTU-Gehalt konfiguriert ist, wobei die Einlassabdeckplatte (12) und eine in einem Stück damit ausgebildete Umfangsseitenwand (20) teilweise einen Sammelraum (38) einschließen, wobei sich der wenigstens eine periphere Brennstoffeinlass durch die Einlassabdeckplatte (12) hindurch in den Sammelraum (38) öffnet, der zentrale Einlass (22) sich in wenigstens eine Leitung (66) öffnet, welche sich von dem zentralen Einlass (22) weg erstreckt und sich in wenigstens eine Leitung (56) für Brenn stoff mit hohem BTU-Gehalt oder Luftzuführungsleitung (64) öffnet. Bereitstellen einer Auslassabdeckplatte (16) mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffauslass (40), der sich aus dem Sammelraum (38) durch die Auslassabdeckplatte (16) hindurch öffnet; und Befestigen der Auslassabdeckplatte (16) an der Umfangsseitenwand (20), um den Sammelraum (38) einzuschließen, wobei die wenigstens eine Leitung (56) für Brennstoff mit hohem BTU-Gehalt oder die Luftzuführungsleitung (64) axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass (40) ausgerichtet ist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines Brennergehäuses (10) mit den Schritten: Bereitstellen einer Auslassabdeckplatte (16) mit wenigstens einem in radialem Abstand angeordneten peripheren Brennstoffauslass (40) und einer in einem Stück damit ausgebildeten Umfangsseitenwand (20), die teilweise einen Sammelraum (38) einschließt; Bereitstellen einer 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 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 (30) in den Sammelraum (38) öffnet, der zentrale Einlass (22) sich in wenigstens eine Leitung (66) öffnet, welche sich von dem zentralen Einlass (22) weg erstreckt und sich in wenigstens eine Leitung (56) für Brennstoff mit hohem BTU-Wert oder Luftzuführungsleitung öffnet. Befestigen der Einlassabdeckplatte (12) an der Umfangsseitenwand (20), um den Sammelraum (38) einzuschließen, wobei die wenigstens eine Leitung (56) für Brennstoff mit hohem BTU-Wert oder Luftzuführungsleitung (64) axial zu dem wenigstens einen Brennstoffauslass (40) ausgerichtet ist, wobei sich der Brennstoffauslass (40) aus dem Sammelraum (38) durch die Auslassabdeckplatte (16) hindurch öffnet.
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