DE102014111070A1

DE102014111070A1 - System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld

Info

Publication number: DE102014111070A1
Application number: DE102014111070.6A
Authority: DE
Inventors: Abinash Baruah; Gilbert O. Kraemer; Predrag Popovic; William Francis Carnell jun.
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2013-08-13
Filing date: 2014-08-04
Publication date: 2015-02-19
Also published as: US20170184310A1; CH708451A2; US20150047360A1

Abstract

Ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld beinhaltet einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf, die sich durch die Innenwand und die Außenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein System zum Liefern von Brennstoff zu einem Brenner. Insbesondere betrifft die Erfindung ein System zur Unterstützung eines besseren Eindringens eines axial gestuften flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine Gasturbine weist allgemein einen Kompressorabschnitt, einen Verbrennungsabschnitt mit einem Brenner und einen Turbinenabschnitt auf. Der Kompressorabschnitt erhöht zunehmend den Druck des Arbeitsfluids, um ein verdichtetes Arbeitsfluid zum Verbrennungsabschnitt zu liefern. Das verdichtete Arbeitsfluid wird durch und/oder um eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich im Brenner erstreckt, geleitet. In den Strom des verdichteten Arbeitsfluids wird Brennstoff eingespritzt, um ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird in einer Brennkammer verbrannt, um Verbrennungsgase mit hoher Temperatur, hohem Druck und hoher Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase strömen durch einen oder mehrere Einsätze oder einen oder mehrere Kanäle, die einen Heißgasweg in den Turbinenabschnitt definieren. Die Verbrennungsgase dehnen sich aus, während sie durch den Turbinenabschnitt strömen, um Arbeit zu erzeugen. Zum Beispiel kann durch die Ausdehnung der Verbrennungsgase im Turbinenabschnitt eine Welle zum Drehen gebracht werden, die mit einem Generator verbunden ist, wodurch Elektrizität erzeugt wird.
Die Temperatur der Verbrennungsgase beeinflusst direkt den thermodynamischen Wirkungsgrad, die Konstruktionsspielräume und die resultierenden Emissionen des Brenners. Zum Beispiel verbessern höhere Verbrennungsgastemperaturen generell den thermodynamischen Wirkungsgrad des Brenners. Jedoch können höhere Verbrennungsgastemperaturen die Zerfallsrate von zweiatomigem Stickstoff erhöhen, wodurch die Produktion unerwünschter Emissionen, wie Stickoxide (NO_X) bei einer bestimmten Verweildauer im Brenner erhöht wird. Dagegen senkt eine niedrigere Verbrennungsgastemperatur, die mit einem verringerten Brennstoffstrom und/oder einem Teillastbetrieb (einer Herabregelung) assoziiert ist, generell die Raten der chemischen Umsetzung der Verbrennungsgase, wodurch die Produktion von Kohlenmonoxid (CO) und unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHCs) bei gleicher Verweildauer im Brenner erhöht werden.
Um die Emissionsleistung insgesamt auszugleichen und dabei den Wärmewirkungsgrad des Brenners zu optimieren, beinhalten bestimmte Brennerdesigns mehrere Brennstoffinjektoren, die um den Einsatz herum angeordnet sind und generell stromabwärts von der primären Verbrennungszone positioniert sind. Die Brennstoffinjektoren verlaufen generell radial durch den Einsatz und sorgen für eine Fluidverbindung in das Verbrennungsgasströmungsfeld. Diese Art von System ist in der Technik und/oder der Gasturbinenindustrie als Late-Lean-Injektion (LLI) und/oder als axiale Brennstoffstufung bekannt.
Im Betrieb wird ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids durch und/oder um die einzelnen Brennstoffinjektoren und in das Verbrennungsgasströmungsfeld geleitet. Ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff wird aus den Brennstoffinjektoren in den Strom des verdichteten Arbeitsfluids eingespritzt, um eine magere oder luftreiche brennbare Mischung bereitzustellen, die spontan verbrennt, wenn sie sich mit den heißen Verbrennungsgasen mischt, wodurch die Brenntemperatur des Brenners erhöht wird, ohne einen entsprechenden Anstieg der Verweildauer der Verbrennungsgase in der Brennkammer zu erzeugen. Infolgedessen kann der thermodynamische Wirkungsgrad des Brenners insgesamt erhöht werden, ohne die Gesamt-Emissionsleistung zu opfern.
Ein Problem bei der Einspritzung eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld unter Verwendung vorhandener LLI- oder axialer Brennstoffstufensysteme ist, dass der Impuls der Verbrennungsgase generell ein angemessenes radiales Eindringen des flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld behindert. Infolgedessen kommt es entlang einer Innenwand des Einsatzes an oder nahe an dem Brennstoffeinspritzpunkt zu einer lokalen Verdampfung des flüssigen Brennstoffs, was zu einer Hochtemperaturzone und starken Wärmespannungen führt.
Heutige Lösungen, die sich dieses Problems annehmen, beinhalten einen Verlauf zumindest eines Teils des Brennstoffinjektors einwärts durch den Einsatz hindurch und in das Verbrennungsgasströmungsfeld. Jedoch erzeugt diese Methode einen Wirbelkörper im Verbrennungsgasströmungsfeld, was zur Bildung einer Hochtemperatur-Rückführungszone stromabwärts vom Wirbelkörper führt. Außerdem werden die Brennstoffinjektoren bei dieser Methode den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzt, was sich auf die mechanische Standzeit der Komponente auswirken und zum Aufbau eines Kokskuchens führen kann. Daher wäre ein verbessertes System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld zur Verbesserung einer Durchmischung nützlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offenbar werden oder können durch die Umsetzung der Erfindung in die Praxis erlernt werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld. Das System weist einen ringförmigen Einsatz auf, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf, die sich durch die Innenwand und die Außenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet.
Der Flüssigbrennstoffinjektor des Systems kann ferner mehrere Flüssigbrennstoff-Injektionsmündungen aufweisen, die am Injektionsende angeordnet sind.
Der Flüssigbrennstoffinjektor des Systems kann ferner eine erste Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung, eine zweite Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung und eine dritte Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung umfassen, die in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende angeordnet sind.
Die erste Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung jedes der oben genannten Systeme kann gleich weit von der zweiten Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung und von der dritten Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung entfernt sein.
Die erste Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung jedes der oben genannten Systeme kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung und der dritten Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung angeordnet sein.
Das Injektionsende des Flüssigbrennstoffinjektors jedes der oben genannten Systeme kann zwischen der Innenwand und der Außenwand des ringförmigen Einsatzes enden.
Das stromaufwärtige Ende des Gasbrennstoffinjektors jedes der oben genannten Systeme kann einen Einlass der Verdünnungsluftleitung definieren, und das stromabwärtige Ende definiert einen Auslass der Verdünnungsluftleitung.
Der Gasbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann eine Gasbrennstoffkammer, die sich in Umfangsrichtung um das stromaufwärtige Ende erstreckt, und mehrere Gasbrennstoffmündungen aufweisen, die für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung sorgen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld. Das System weist einen ringförmigen Einsatz auf, der einen Verbrennungsgasströmungsweg in einem Brenner definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Brennstoffinjektor umfasst einen ringförmigen Hauptkörper mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende Der ringförmige Hauptkörper definiert eine Verdünnungsluftleitung, die für eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor in den Verbrennungsgasströmungsweg sorgt. Eine Gasbrennstoffkammer ist im Hauptkörper definiert, und eine Flüssigbrennstoffkammer ist im Hauptkörper definiert. Mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren erstrecken sich vom Hauptkörper in die Verdünnungsluftleitung, um für eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung zu sorgen. Die mehreren Flüssigbrennstoffkammern enden stromaufwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes.
Die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren können einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor beinhalten, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind.
Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor angeordnet sein.
Der erste Flüssigbrennstoffinjektor, der zweite Flüssigbrennstoffinjektor und der dritte Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme können in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sein.
Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jedes der oben genannten Systeme kann gleich weit vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor entfernt sein.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Gasturbine. Die Gasturbine weist einen Kompressor und einen stromabwärts vom Kompressor angeordneten Brenner auf. Der Brenner weist auf: eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich stromabwärts von einer Endabdeckung erstreckt, einen Verbrennungsgasströmungsweg, der stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse definiert ist, und einen ringförmigen Einsatz, der zumindest zum Teil den Verbrennungsgasströmungsweg im Brenner definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf. Die Gasturbine weist ferner eine Turbine auf, die stromabwärts vom Brenner angeordnet ist. Der Brenner weist ferner ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld auf, welches innerhalb des Brenners stromabwärts von der sich axial erstreckenden Düse definiert ist. Das System umfasst eine Verdünnungsluftleitung, die eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz hindurch in den Verbrennungsgasströmungsweg bereitstellt, und mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren, die innerhalb der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind, wobei die Brennstoffinjektoren innerhalb der Verdünnungsluftleitung stromaufwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes enden.
Das System der oben genannten Gasturbine kann einen Gasbrennstoffinjektor umfassen, der koaxial innerhalb der Brennstoffinjektoröffnung angeordnet ist, wobei der Gasbrennstoffinjektor ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, wobei das stromabwärtige Ende im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand endet.
Das Flüssigbrennstoffinjektorsystem jeder der oben genannten Gasturbinen kann ein Injektionsende aufweisen, das angrenzend an das oder stromaufwärts vom stromabwärtigen Ende des Gasbrennstoffinjektors endet.
Der Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann ferner eine erste Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung, eine zweite Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung und eine dritte Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung umfassen, die in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende angeordnet sind, wobei die erste Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung in Bezug auf einen Strom von Verbrennungsgasen, die durch den Verbrennungsgasströmungsweg strömen, stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoff-Injektionsmündung angeordnet ist.
Das System jeder der oben genannten Gasturbinen kann ferner umfassen: einen ringförmigen Hauptkörper mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende, wobei der ringförmige Hauptkörper die Verdünnungsluftleitung definiert; eine Gasbrennstoffkammer, die sich im Hauptkörper erstreckt; eine Flüssigbrennstoffkammer, der sich im Hauptkörper erstreckt; und wobei sich der mindestens eine Flüssigbrennstoffinjektor vom Hauptkörper in die Verdünnungsluftleitung erstreckt, um eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung bereitzustellen.
Der mindestens eine Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor aufweisen, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind.
Der erste Flüssigbrennstoffinjektor jeder der oben genannten Gasturbinen kann in Bezug auf eine Strömungsrichtung der Verbrennungsgase stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor angeordnet sein.
Der Fachmann wird nach dem Lesen der Beschreibung die Merkmale und Aspekte dieser und anderer Ausführungsformen besser würdigen können.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und erklärende Offenbarung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsform wird für den Fachmann im anschließenden Teil der Beschreibung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert, wobei:
1 ein Funktionsblockdiagram eines Beispiels für eine Gasturbine ist, die im Bereich der vorliegenden Erfindung liegt;
2 eine seitliche Querschnittsansicht eines Abschnitts eines Beispiels für einen Brennertyp mit Einzel- bzw. Rohrbrennkammern ist, der in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpert sein kann;
3 eine perspektivische Ansicht in Stromabwärtsrichtung eines ringförmigen Einsatzes gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine perspektivische Ansicht eines Systems zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
5 eine seitliche Querschnittsansicht eines Brennstoffinjektors und eines Teils eines ringförmigen Einsatzes entlang einer in 4 dargestellten Linie A-A, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
6 eine Untenansicht eines Brennstoffinjektors einschließlich eines Flüssigbrennstoffinjektors und eines Teils eines ringförmigen Einsatzes gemäß den verschiedenen Ausführungsformen ist;
7 eine perspektivische Seitenansicht des in 4 dargestellten Systems gemäß einer anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist;
8 eine seitliche Querschnittsansicht des Systems entlang einer in 7 dargestellten Schnittlinie B-B, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
9 eine Draufsicht auf einen Brennstoffinjektor und einen Teil eines ringförmigen Einsatzes wie in 7 dargestellt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
10 eine Untenansicht des Brennstoffinjektors und des Teils des Einsatzes, die in 9 dargestellt sind, ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nun wird ausführlich auf vorgelegte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die eines oder mehrere Beispiele in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind. Die ausführliche Beschreibung verwendet Zahlen und Buchstaben zur Bezeichnung, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug nehmen zu können. Gleiche oder ähnliche Bezugszeichen in den Zeichnungen und der Beschreibung werden verwendet, um gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung zu benennen. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „erster, erste, erstes“, „zweiter, zweite, zweites“ und „dritter, dritte, drittes“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von der anderen zu unterscheiden, und sollen keinen Ort und keine Wichtigkeit der einzelnen Komponenten angeben. Die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ bezeichnen die relative Richtung in Bezug auf einen Fluidstrom in einem Fluidweg. Zum Beispiel bezeichnet „stromaufwärts“ die Richtung, aus der das Fluid kommt, und „stromabwärts“ bezeichnet die Richtung, in die das Fluid strömt. Der Begriff „radial“ bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen senkrecht ist zu einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente, und der Begriff „axial“ bezeichnet die relative Richtung, die im Wesentlichen parallel ist zur einer axialen Mittellinie einer bestimmten Komponente.
Jedes Beispiel wird zur Erläuterung der Erfindung, aber nicht zur Beschränkung der Erfindung angegeben. In der Tat wird es für einen Fachmann naheliegend sein, dass Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von ihrem Bereich oder Gedanken abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch andere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdecken, die im Bereich der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalenten liegen. Obwohl Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung für die Zwecke der Erläuterung allgemein im Kontext eines Brenners beschrieben werden, der Teil einer Gasturbine ist, wird ein Fachmann ohne Weiteres erkennen, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf jeden Brenner angewendet werden können, der Teil einer Turbomaschine ist, und nicht auf einen Brenner einer Gasturbine beschränkt ist, wenn in den Ansprüchen nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.
Nun wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen in allen Figuren gleiche Elemente bezeichnen, und wo 1 ein Funktionsblockdiagramm eines Beispiels für eine Gasturbine 10 ist, in der verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verkörpert sein können. Wie dargestellt, weist die Gasturbine 10 allgemein einen Einlassabschnitt 12 auf, der eine Reihe von Filtern, Kühlschlangen, Feuchtigkeitsabscheider und/oder andere Vorrichtungen aufweisen kann, um ein Arbeitsfluid (z.B. Luft) 14, das in die Gasturbine 10 eintritt, zu reinigen und anderweitig zu konditionieren. Das Arbeitsfluid 14 strömt zu einem Kompressorabschnitt, wo ein Kompressor 16 das Arbeitsfluid 14 zunehmend mit kinetischer Energie auflädt, um ein verdichtetes Arbeitsfluid 18 zu erzeugen.
Das verdichtete Arbeitsfluid 18 wird mit einem Brennstoff 20 aus einem Brennstoffzufuhrsystem 22 vermischt, um eine brennbare Mischung in einem oder mehreren Brennern 24 zu bilden. Die brennbare Mischung wird verbrannt, um Verbrennungsgase 26 zu erzeugen, die eine hohe Temperatur und eine hohe Geschwindigkeit aufweisen. Die Verbrennungsgase 26 strömen durch eine Turbine 28 eines Turbinenabschnitts, um Arbeit zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Turbine 28 mit einer Welle 30 verbunden sein, so dass eine Drehung der Turbine 28 den Kompressor 16 antreibt, um das verdichtete Arbeitsfluid 18 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Welle 30 die Turbine 28 mit einem Generator 32 verbinden, um Elektrizität zu erzeugen. Abgase 34 aus der Turbine 28 strömen durch einen Abgasabschnitt 36, der die Turbine 28 mit einem Abgaskamin 38 stromabwärts von der Turbine 28 verbindet. Der Abgasabschnitt 36 kann beispielsweise einen (nicht dargestellten) Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger beinhalten, der die Abgase 34 reinigt und zusätzliche Wärme daraus extrahiert, bevor sie nach außen abgegeben werden.
Die Brenner 24 können zu jeder Art von Brenner gehören, die in der Technik bekannt ist, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf irgendeine bestimmte Brennerkonstruktion beschränkt, solange in den Ansprüchen nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Zum Beispiel kann der Brenner 24 ein Brenner des Typs, der Rohrbrennkammern aufweist oder des Typs sein, der Rohr-Ringbrennkammern aufweist. 2 zeigt eine seitliche Querschnittsansicht eines Teils eines Beispiels für eine Gasturbine 10 einschließlich eines Teils des Kompressors 16 und eines Beispiels für einen Rohrbrennkammer-Brenner 24. Wie in 2 dargestellt ist, umgibt ein Außengehäuse 40 zumindest einen Teil des Brenners 24. Eine Endabdeckung 42 ist an einem Ende des Brenners 24 mit dem Außengehäuse 40 verbunden. Die Endabdeckung 42 und das Außengehäuse 40 definieren allgemein eine Hochdruckkammer 44. Die Hochdruckkammer 44 empfängt das verdichtete Arbeitsfluid 18 vom Kompressor 16.
Mindestens eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse 46 erstreckt sich stromabwärts von der Endabdeckung 42 im Außengehäuse 40. Ein ringförmiger Einsatz 48 erstreckt sich stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 im Außengehäuse 40. Der ringförmige Einsatz 48 erstreckt sich zumindest zum Teil durch die Hochdruckkammer 44, so dass er zumindest zum Teil einen Verbrennungsgasströmungsweg 50 im Brenner 24 definiert, um die Verbrennungsgase 26 durch die Hochdruckkammer 44 zur Turbine 28 zu leiten (1).
Der ringförmige Einsatz 48 kann ein einzelner Einsatz sein oder kann in mehrere separate Komponenten aufgeteilt sein. Zum Beispiel kann der ringförmige Einsatz 48 ein Flammrohr 52, das nahe an der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 angeordnet ist, und einen Übergangskanal 54 umfassen, der sich stromabwärts vom Flammrohr 52 erstreckt. Der Übergangskanal 54 kann so geformt sein, dass er den Strom der Verbrennungsgase 26 durch den Verbrennungsgasströmungsweg 50 unmittelbar oberhalb einer Stufe stationärer Düsen (nicht dargestellt), die nahe einem Einlass der Turbine 28 im Verbrennungsgasströmungsweg 50 angeordnet sind, beschleunigt. Eine Brennkammer 56 ist stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46 definiert. Die Brennkammer 56 kann zumindest zum Teil vom ringförmigen Einsatz 48 definiert werden. Wie dargestellt, definieren die Verbrennungsgase 26 ein Verbrennungsgasströmungsfeld 58 im Verbrennungsgasströmungsweg 50 stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse 46.
3 ist eine perspektivische Ansicht in Stromabwärtsrichtung eines ringförmigen Einsatzes 48 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, weist der ringförmige Einsatz 48 allgemein eine Innenwand 60, eine Außenwand 62 und eine Brennstoffinjektoröffnung 64 auf, die sich durch die Innenwand 60 und die Außenwand 62 hindurch erstreckt. Die Brennstoffinjektoröffnung 64 stellt eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 hindurch bereit. Wie dargestellt, kann der ringförmige Einsatz 48 mehrere Brennstoffinjektoröffnungen 64 aufweisen, die in Umfangsrichtung um den ringförmigen Einsatz 48 herum angeordnet sind.
In bestimmten Ausführungsformen, wie in 2 dargestellt, weist der Brenner 24 ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 auf, das hierin als „System 100“ bezeichnet wird. Das System weist allgemein den ringförmigen Einsatz 48 und mindestens einen Brennstoffinjektor 102 auf, der für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 hindurch und in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 sorgt. Der Brennstoffinjektor 102 kann für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz 48 einschließlich des Flammrohrs 52 und des Übergangskanals 54 an jedem Punkt stromabwärts von der sich axial erstreckenden Düse 46 sorgen.
4 ist eine perspektivische Ansicht des Systems 100 einschließlich eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 und des Brennstoffinjektors 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie dargestellt, weist der Brennstoffinjektor 102 einen Gasbrennstoffinjektor 104 und einen Flüssigbrennstoffinjektor 106 auf. Der Gasbrennstoffinjektor 104 kann strömungstechnisch mit einer (nicht dargestellten) Gasbrennstoffzufuhr verbunden sein, und der Flüssigbrennstoffinjektor kann strömungstechnisch mit einer (nicht dargestellten) Flüssigbrennstoffzufuhr verbunden sein.
5 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Brennstoffinjektors 102 und eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 entlang der Linie A-A, wie in 4 dargestellt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 5 dargestellt ist, kann ein Teil des Gasbrennstoffinjektors 104 in der Brennstoffinjektoröffnung 64 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist der Gasbrennstoffinjektor 104 in Bezug auf eine Mittellinie der Brennstoffinjektoröffnung 64 koaxial in der Brennstoffinjektoröffnung 64 ausgerichtet. Der Gasbrennstoffinjektor 104 weist allgemein einen ringförmigen Hauptkörper 108 auf. Der ringförmige Hauptkörper 108 weist ein stromaufwärtiges Ende 110 und ein stromabwärtiges Ende 112 auf. In bestimmten Ausführungsformen endet das stromabwärtige Ende 112 im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48.
In bestimmten Ausführungsformen definiert der ringförmige Hauptkörper 108 eine Verdünnungsluftleitung 114, die eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor 102 und/oder durch den Gasbrennstoffinjektor 104 in den Verbrennungsgasströmungsweg 50 bereitstellt. Das stromaufwärtige Ende 110 des Gasbrennstoffinjektors 104 kann einen Einlass 116 der Verdünnungsluftleitung 114 definieren, und das stromabwärtige Ende 112 kann einen Auslass 118 der Verdünnungsluftleitung 114 definieren.
In bestimmten Ausführungsformen weist der Gasbrennstoffinjektor 104 eine Gasbrennstoffkammer 120 auf, die im Hauptkörper 108 definiert ist. Wie in 4 dargestellt ist, kann sich die Gasbrennstoffkammer 120 in Umfangsrichtung um den Hauptkörper 108 herum erstrecken. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Gasbrennstoffkammer 120 allgemein in der Nähe des stromaufwärtigen Endes 110 in Umfangsrichtung um den Hauptkörper 108. Eine oder mehrere Gasbrennstoffmündungen 122 können für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer 120 und der Verdünnungsluftleitung 114 sorgen.
In bestimmten Ausführungsformen, wie in 5 dargestellt, erstreckt sich ein Flüssigbrennstoffinjektor 106 teilweise durch die Verdünnungsluftleitung 114. Der Flüssigbrennstoffinjektor 106 weist ein Injektionsende 124 auf, das angrenzend an oder stromaufwärts von dem stromabwärtigen Ende 112 und/oder dem Auslass 118 endet. Das Injektionsende 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106 ist außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet. In einer Ausführungsform endet das Injektionsende 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106 an einem Punkt, der zwischen der Innenwand 60 und der Außenwand 62 des ringförmigen Einsatzes 48 liegt.
6 ist eine Untenansicht des Brennstoffinjektors 102 einschließlich des Flüssigbrennstoffinjektors 106, insbesondere des Injektionsendes 124 des Flüssigbrennstoffinjektors 106, und eines Teils des ringförmigen Einsatzes 48 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie in 6 dargestellt ist, kann der Flüssigbrennstoffinjektor 106 ferner mehrere Flüssigbrennstoffeinspritzmündungen 126 aufweisen, die über dem Injektionsende 124 angeordnet sind. In einer Ausführungsform, wie in 6 dargestellt, umfassen die mehreren Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen 126 eine erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128, eine zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und eine dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132.
Wie in 6 dargestellt ist, können die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128, die zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und die dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende 124 angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128 mit einem gleichen Abstand 134 von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und von der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 entfernt. In bestimmten Ausführungsformen ist die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 128 in Bezug auf die Strömungsrichtung der Verbrennungsgase 26 innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 130 und der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung 132 angeordnet (5).
Im Betrieb strömt ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 18 (2) durch die Verdünnungsluftleitung 114 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50. Der flüssige Brennstoff wird gleichzeitig in die Verdünnungsluftleitung 114 stromaufwärts von der Innenwand 60 des Einsatzes eingespritzt. Wenn das verdichtete Arbeitsfluid 18 mit dem Verbrennungsgasströmungsfeld 58 interagiert, wird ein Niedriggeschwindigkeitsbereich im Verbrennungsgasströmungsfeld 58 erzeugt. Infolgedessen dringt der flüssige Brennstoff tief in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 vor und verstärkt daher die Durchmischung mit den Verbrennungsgasen vor der Verbrennung. Eine lokale Verdampfung des flüssigen Brennstoffs in der Nähe der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 ist wesentlich verringert, wodurch Hochtemperaturzonen, die typischerweise dadurch erzeugt werden, dass der verdampfte flüssige Brennstoff in der Nähe der Innenwand 60 verbrennt, verringert werden.
Der relative Impuls zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem verdichteten Arbeitsfluid 18 sorgt für eine wirksame Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs. Das Dreiecksmuster und/oder der Dreiecksabstand der ersten, zweiten und dritten Flüssigkeit Injektionsmündungen 128, 130, 132 im Injektorende 124 erzeugt drei voneinander abgegrenzte Flüssigbrennstoffstrahlen nach Art eines Dreifußes, was die Eindringung des flüssigen Brennstoffs in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 verbessert, was zu einer gründlicheren Vermischung mit den Verbrennungsgasen beiträgt. Infolgedessen ist die Netto-NOx-Produktion aus an Brennstoff gebundenem Stickstoff verringert. Die exakte Lage, Größe und Anzahl von Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen 126 kann unter Verwendung verschiedener Fluiddynamikanalysewerkzeuge, beispielsweise von Fluiddynamikrechenmodellen (CFD-Modellen), optimiert werden.
Außerdem wird dadurch, dass das Injektionsende 124 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 endet, der Flüssigbrennstoffinjektor 106 gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt, wodurch eine Wärmespannung am Flüssigbrennstoffinjektor 106 begrenzt wird. Dadurch, dass der Flüssigbrennstoffinjektor 106 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet ist, werden außerdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper herum assoziiert sind, an der und/oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch potentiell standzeitbegrenzende heiße Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 in diesem Bereich verhindert werden.
7 ist eine perspektivische Seitenansicht des in 100 dargestellten Systems gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 8 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Systems 100 entlang einer Schnittlinie B-B, wie in 7 dargestellt. In bestimmten Ausführungsformen, wie in 7 dargestellt, weist das System 100 den Einsatz 48 und einen Brennstoffinjektor 150 auf, der koaxial an der Brennstoffinjektoröffnung 64 (3 und 8) ausgerichtet ist. Wie in 7 und 8 dargestellt ist, umfasst der Brennstoffinjektor 150 einen ringförmigen Hauptkörper 152. Wie in 8 dargestellt ist, weist der ringförmige Hauptkörper 152 ein stromaufwärtiges Ende 154 und ein stromabwärtiges Ende 156 auf. Der ringförmige Hauptkörper 150 definiert eine Verdünnungsluftleitung 158, die für eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor 150 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50 sorgt. Das stromaufwärtige Ende 154 des ringförmigen Hauptkörpers 152 definiert einen Einlass 160 der Verdünnungsluftleitung 158, und das stromabwärtige Ende 156 definiert einen Auslass 162 der Verdünnungsluftleitung 158.
Eine Gasbrennstoffkammer 164 ist im Hauptkörper 152 definiert. In einer Ausführungsform sorgen mehrere Gasbrennstoffmündungen 166 für eine Fluidverbindung zwichen der Gasbrennstoffkammer 158 und der Verdünnungsluftleitung 158. In einer Ausführungsform ist eine Gasbrennstoffkammer 168 im ringförmigen Hauptkörper 152 definiert. Die Flüssigbrennstoffkammer 168 und/oder die Gasbrennstoffkammer 164 können mit der Brennstoffzufuhr 22 (1) in Fluidverbindung stehen.
9 ist eine Draufsicht auf den Brennstoffinjektor 150 und einen Teil des Einsatzes 48, wie in 7 dargestellt, gemäß einer Ausführungsform. 10 ist eine Untenansicht des Brennstoffinjektors 150 und eines Teils des Einsatzes 48 wie 9 dargestellt. Wie in 8, 9 und 10 dargestellt ist, erstrecken sich mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren 170 vom ringförmigen Hauptkörper 152 in die Verdünnungsluftleitung 158, um für eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer (168) und der Verdünnungsluftleitung 158 zu sorgen.
In bestimmten Ausführungsformen, wie in 8 dargestellt, enden die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren 170 stromaufwärts von der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 in der Verdünnungsluftleitung 158 und/ oder stromaufwärts vom stromabwärtigen Ende 156 oder vom Auslass 162 des ringförmigen Hauptkörpers 152 in der Verdünnungsluftleitung 158. Auf diese Weise sind die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren 170 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet, wodurch der Flüssigbrennstoffinjektor 170 gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt wird, wodurch Wärmespannungen am Flüssigbrennstoffinjektor 170 begrenzt werden. Dadurch, dass der Flüssigbrennstoffinjektor 170 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet ist, werden außerdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper, beispielsweise um die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 herum, assoziiert sind, an der und/ oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch heiße Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 verhindert werden und die Wärmespannung in diesem Bereich verringert wird.
In bestimmten Ausführungsformen, wie in 10 dargestellt, umfassen die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren einen ersten Flüssigbrennstoffinjektor 172, einen zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und einen dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176, die in einer Dreiecksanordnung in der Verdünnungsluftleitung 158 angeordnet sind. In einer Ausführungsform ist der erste Flüssigbrennstoffinjektor 172 in Bezug auf den Strom der Verbrennungsgase 26 stromaufwärts vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176 positioniert. In einer Ausführungsform ist der erste Flüssigbrennstoffinjektor 172 mit einem gleichen Abstand 178 vom zweiten Flüssigbrennstoffinjektor 174 und vom dritten Flüssigbrennstoffinjektor 176 entfernt.
Wie in verschiedenen Figuren dargestellt ist, strömt im Betrieb ein Teil des verdichteten Arbeitsfluids 18 (2) durch die Verdünnungsluftleitung 158 und in den Verbrennungsgasströmungsweg 50. Der flüssige Brennstoff wird in der Verdünnungsluftleitung 158 gleichzeitig stromaufwärts von der Innenwand 60 des Einsatzes und/oder vom stromabwärtigen Ende 156 oder vom Auslass 162 des ringförmigen Hauptkörpers 152 eingespritzt. Wenn das verdichtete Arbeitsfluid 18 mit den Verbrennungsgasen 26 interagiert, wird ein Niedriggeschwindigkeitsbereich im Verbrennungsgasströmungsfeld 58 erzeugt. Infolgedessen dringt der flüssige Brennstoff in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 ein, beispielsweise über eine Strecke, die mindestens einem Durchmesser der Brennstoffinjektoröffnung 64 gleich ist, wodurch die Durchmischung mit den Verbrennungsgasen vor der Verbrennung verbessert wird.
Eine lokale Verdampfung des flüssigen Brennstoffs in der Nähe der Innenwand 60 des ringförmigen Einsatzes 48 ist wesentlich verringert, wodurch Hochtemperaturzonen, die typischerweise dadurch erzeugt werden, dass der flüssige Brennstoff in der Nähe der Innenwand 60 verdampft und verbrennt, verringert werden. Der relative Impuls zwischen dem flüssigen Brennstoff und dem verdichteten Arbeitsfluid 18 sorgt für eine wirksame Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs. Das Dreiecksmuster und/oder der Dreiecksabstand der ersten, zweiten und dritten Flüssigbrennstoffinjektoren 172, 174, 176 erzeugt drei voneinander abgegrenzte Flüssigbrennstoffstrahlen nach Art eines Dreifußes, wodurch der flüssige Brennstoff weiter in das Verbrennungsgasströmungsfeld 58 eindringen kann, was zu einer gründlicheren Vermischung mit den Verbrennungsgasen beiträgt. Die exakte Lage, Größe und Anzahl der Flüssigbrennstoffinjektoren 170 kann unter Verwendung verschiedener Fluiddynamikanalysewerkzeuge, beispielsweise Fluiddynamikrechenmodelle (CFD-Modelle) optimiert werden.
Außerdem werden die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 dadurch, dass die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 enden, gegen eine direkte Einwirkung der Verbrennungsgase 26 abgeschirmt, wodurch eine Wärmespannung an den Flüssigbrennstoffinjektoren 170 begrenzt wird. Dadurch, dass die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 außerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs 50 angeordnet sind, werden außerdem unerwünschte Strömungsmuster, wie Rezirkulationszonen, die normalerweise mit einem Strom um einen Wirbelkörper, beispielsweise um die Flüssigbrennstoffinjektoren 170 herum, assoziiert sind, an der und/oder stromabwärts von der Brennstoffinjektoröffnung 64 eliminiert, wodurch potentiell standzeitbegrenzende heiße Strömungen am ringförmigen Einsatz 48 in diesem Bereich verhindert werden.
Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Weise zu ihrer Ausführung, zu beschreiben und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschließen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nur unerheblich unterscheiden.
Ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld beinhaltet einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert. Der ringförmige Einsatz weist eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung auf, die sich durch die Innenwand und die Außenwand hindurch erstreckt. Das System weist ferner einen Gasbrennstoffinjektor auf, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist. Der Gasbrennstoffinjektor weist ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende auf. Das stromabwärtige Ende endet im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand. Eine Verdünnungsluftleitung wird zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert. Ein Flüssigbrennstoffinjektor erstreckt sich teilweise durch die Verdünnungsluftleitung. Der Flüssigbrennstoffinjektor weist ein Injektionsende auf, das stromaufwärts von der Innenwand endet.
Bezugszeichenliste

10: Gasturbine
12: Einlassabschnitt
14: Arbeitsfluid
16: Kompressor
18: Verdichtetes Arbeitsfluid
20: Brennstoff
22: Brennstoffzufuhr
24: Brenner
26: Verbrennungsgase
28: Turbine
30: Welle
32: Generator/Motor
34: Abgase
36: Abgasabschnitt
38: Abgaskamin
40: Außengehäuse
42: Endabdeckung
44: Hochdruckkammer
46: Brennstoffdüse, axial verlaufend
48: Einsatz
50: Verbrennungsgasströmungsweg
52: Flammrohr
54: Übergangskanal
56: Brennkammer
58: Verbrennungsgasströmungsfeld
60: Innenwand
62: Außenwand
64: Brennstoffinjektoröffnung
65–99: NICHT VERWENDET
100: System
102: Brennstoffinjektor
104: Gasbrennstoffinjektor
106: Flüssigbrennstoffinjektor
108: ringförmiger Hauptkörper
110: Stromaufwärtiges Ende
112: Stromabwärtiges Ende
114: Verdünnungsluftleitung
116: Einlass
118: Auslass
120: Gasbrennstoffkammer
122: Gasbrennstoffmündung
124: Injektionsende
126: Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen
128: Erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung
130: Zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung
132: Dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung
134: Abstand
135–149: NICHT VERWENDET
150: Brennstoffinjektor
152: Ringförmiger Hauptkörper
154: Stromaufwärtiges Ende
156: Stromabwärtiges Ende
158: Verdünnungsluftleitung
160: Einlass
162: Auslass
164: Gasbrennstoffkammer
166: Gasbrennstoffmündungen
168: Flüssigbrennstoffkammer
170: Flüssigbrennstoffinjektoren
172: Erster Flüssigbrennstoffinjektor
174: Zweiter Flüssigbrennstoffinjektor
176: Dritter Flüssigbrennstoffinjektor

Claims

System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld, umfassend: a. einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg definiert, wobei der ringförmige Einsatz eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung aufweist, die sich durch die Innenwand und die Außenwand hindurch erstreckt; b. einen Gasbrennstoffinjektor, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist, wobei der Gasbrennstoffinjektor ein stromaufwärtiges Ende und ein stromabwärtiges Ende aufweist, wobei das stromabwärtige Ende im Wesentlichen angrenzend an die Innenwand endet; c. eine Verdünnungsluftleitung, die zumindest zum Teil vom Gasbrennstoffinjektor definiert wird, wobei die Verdünnungsluftleitung für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz in den Verbrennungsgasströmungsweg sorgt; und d. einen Flüssigbrennstoffinjektor, der sich zum Teil durch die Verdünnungsluftleitung erstreckt, wobei der Flüssigbrennstoffinjektor ein Injektionsende aufweist, das stromaufwärts von der Innenwand endet.
System nach Anspruch 1, wobei der Flüssigbrennstoffinjektor ferner mehrere Flüssigbrennstoffinjektionsmündungen umfasst, die am Injektionsende angeordnet sind.
System nach Anspruch 1, wobei der Flüssigbrennstoffinjektor ferner eine erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung, eine zweite Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und eine dritte Flüssigbrennstoffinjektionsmündung umfasst, die in einer Dreiecksanordnung über dem Injektionsende angeordnet sind.
System nach Anspruch 3, wobei die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung mit einem gleichen Abstand von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und von der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung entfernt ist.
System nach Anspruch 3, wobei die erste Flüssigbrennstoffinjektionsmündung in Bezug auf eine Strömungsrichtung des Verbrennungsgases innerhalb des Verbrennungsgasströmungswegs stromaufwärts von der zweiten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung und der dritten Flüssigbrennstoffinjektionsmündung positioniert ist.
System nach Anspruch 1, wobei das Injektionsende des Flüssigbrennstoffinjektors zwischen der Innenwand und der Außenwand des ringförmigen Einsatzes endet.
System nach Anspruch 1, wobei das stromaufwärtige Ende des Gasbrennstoffinjektors einen Einlass der Verdünnungsluftleitung definiert und das stromabwärtige Ende einen Auslass der Verdünnungsluftleitung definiert.
System nach Anspruch 1, wobei der Gasbrennstoffinjektor eine Gasbrennstoffkammer, die sich in Umfangsrichtung um das stromaufwärtige Ende erstreckt, und mehrere Gasbrennstoffmündungen umfasst, die für eine Fluidverbindung zwischen der Gasbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung sorgen.
System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld, umfassend: a. einen ringförmigen Einsatz, der einen Verbrennungsgasströmungsweg im Brenner definiert, wobei der ringförmige Einsatz eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung aufweist; und b. einen Brennstoffinjektor, der koaxial mit der Brennstoffinjektoröffnung ausgerichtet ist, wobei der Brennstoffinjektor umfasst: i. einen ringförmigen Hauptkörper mit einem stromaufwärtigen Ende und einem stromabwärtigen Ende, wobei der ringförmige Hauptkörper eine Verdünnungsluftleitung definiert, die für eine Fluidverbindung durch den Brennstoffinjektor in den Verbrennungsgasströmungsweg sorgt; ii. eine Gasbrennstoffkammer, die im Hauptkörper definiert ist; iii. eine Flüssigbrennstoffkammer, die im Hauptkörper definiert ist; und iv. mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren, die sich vom Hauptkörper in die Verdünnungsluftleitung erstrecken, um für eine Fluidverbindung zwischen der Flüssigbrennstoffkammer und der Verdünnungsluftleitung zu sorgen, wobei die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren stromabwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes enden.
Gasturbine, aufweisend: a. einen Kompressor; b. einen Brenner, der stromabwärts vom Kompressor angeordnet ist, wobei der Brenner aufweist: eine sich axial erstreckende Brennstoffdüse, die sich stromabwärts von der Endabdeckung erstreckt, einen Verbrennungsgasströmungsweg, der stromabwärts von der sich axial erstreckenden Brennstoffdüse definiert ist, und einen ringförmigen Einsatz, der zumindest zum Teil den Verbrennungsgasströmungsweg im Brenner definiert, wobei der ringförmige Einsatz eine Innenwand, eine Außenwand und eine Brennstoffinjektoröffnung aufweist; c. eine Turbiine, die stromabwärts vom Brenner angeordnet ist; und d. wobei der Brenner ferner ein System zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in ein Verbrennungsgasströmungsfeld im Brenner stromabwärts von der sich axial erstreckenden Düse aufweist, wobei das System umfasst: i. eine Verdünnungsluftleitung, die für eine Fluidverbindung durch den ringförmigen Einsatz in den Verbrennungsgasströmungsweg sorgt; und ii. mehrere Flüssigbrennstoffinjektoren, die in der Verdünnungsluftleitung angeordnet sind, wobei die mehreren Flüssigbrennstoffinjektoren innerhalb der Verdünnungsluftleitung stromaufwärts von der Innenwand des ringförmigen Einsatzes enden.