DE102023103446A1

DE102023103446A1 - Zufuhranordnung zur Zufuhr von Oxidator und flüssigem Brennstoff in einen Brennraum, Brennersystem und Verfahren

Info

Publication number: DE102023103446A1
Application number: DE102023103446.4A
Authority: DE
Inventors: Felix Grimm; Benedict Enderle; Sangsig Yun
Original assignee: National Research Council of Canada; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: NATIONAL RESEARCH COUNCIL OF CANADA, OTTAWA, CA; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2023-02-13
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2024-08-14

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zufuhranordnung (2) zur, insbesondere drallfreien und/oder axialen, Zufuhr von Oxidator (40) und flüssigem Brennstoff (42) in einen Brennraum (12), umfassend- zumindest eine in einem Düsenbereich (20) angeordnete Einzeldüse (200), die in den Brennraum (12) mündet,- einen stromauf der zumindest einen Einzeldüse (200) angeordneten, bezüglich einer Längsachse (L) angeordneten Zuströmraum (46),- eine in dem Zuströmraum (46) angeordnete Brennstoffzugabe-Anordnung (24) zur Zugabe des Brennstoffes (40) in den Oxidator (42) stromauf des Brennraums (12), insbesondere innerhalb des Zuströmraums (46), und Vormischung von Brennstoff (42) und Oxidator auf einer Mischstrecke (22), wobei die Brennstoffzugabe-Anordnung (24) als Zerstäuberanordnung (25) zur Zugabe des Brennstoff (42) in den Oxidator (40) unter Zerstäubung des Brennstoffes (42) mittels Rotation ausgebildet ist, wobei die Zerstäuberanordnung (25) einen, insbesondere zentral auf der Längsachse (L) angeordneten, zur Rotation im Betrieb ausgebildeten Rotorteil (32) mit zumindest einer Injektionsöffnung (34) umfasst, durch welche im Betrieb der Brennstoff (42) in die Oxidatorströmung zugebbar oder

Description

Die Erfindung betrifft eine Zufuhranordnung zur, insbesondere drallfreien und/oder axialen, Zufuhr von Oxidator und flüssigem Brennstoff in einen Brennraum, umfassend zumindest eine in einem Düsenbereich angeordnete Einzeldüse, die in den Brennraum mündet, einen stromauf der zumindest einen Einzeldüse angeordneten, bezüglich einer Längsachse angeordneten Zuströmraum und eine Brennstoffzugabe-Anordnung zur Zugabe des Brennstoffes in den Oxidator stromauf des Brennraums, insbesondere innerhalb des Zuströmraums, und Vormischung von Brennstoff und Oxidator auf einer Mischstrecke. Ferner betrifft die Erfindung ein Brennersystem sowie ein Verfahren.
In Gasturbinen werden neben gasförmigen Brennstoffen auch flüssige Brennstoffe wie beispielsweise Kerosin, Diesel und/oder alternative und/oder regenerative flüssige Brennstoffe eingesetzt. Dabei kommen spezielle Injektionssysteme, beispielsweise umfassend Filmleger, Druckluft-(Airblast-)Zerstäuber und/oder Druck-Drall-Zerstäuber zum Einsatz.
Die EP 0 769 655 A2 zeigt beispielsweise eine Airblast-Zerstäuberdüse für den Betrieb eines mit flüssigen Brennstoffen betriebenen Brenners.
Nachteilig an den etablierten Technologien ist, dass diese meist nicht universell für unterschiedliche Arten von Brennstoffen einsetzbar sind. Zudem ist die technische Umsetzung nach wie vor herausfordernd. Weiterhin ist generell die schnelle, zuverlässige und qualitativ hochwertige Zerstäubung flüssiger Brennstoffe eine große Herausforderung nach aktuellem Stand der Technik.
Einen weiteren Ansatz bietet Brennstoff-Zerstäubung unter Einsatz eines rotierenden Zerstäubers. So sind in „Choi S. M., Yun S., Jeong H.J., and Corber A. (2012); Spatial drop behavior of a rotary atomizer in a cross flow; Atomization and Sprays; 22(12), 1077-1095“ und „Choi S. M., Yun S., Jeong H.J., and Corber A. (2012); Spray in cross flow of a rotary atomizer; Atomization and Sprays; 22(2), 143-161“ experimentelle Untersuchungen zur Brennstoff-Zerstäubung eines rotierenden Zerstäubers unter Spray-Einbringung in eine Querströmung offenbart. Dabei wird der flüssige Brennstoff mittels hoher Fliehkräfte eines rotierenden Teils zerstäubt. Eine Zufuhranordnung zur optimierten Einbringung eines mittels Rotation zerstäubten Brennstoffes in einen Brennraum ist jedoch nicht angegeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zufuhranordnung, ein Brennersystem und ein Verfahren bereitzustellen, welche eine sichere, zuverlässige Verbrennung flüssiger Brennstoffe unterschiedlicher Art erlauben.
Für die Zufuhranordnung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1, für das Brennersystem mit den Merkmalen des Anspruchs 15 und für das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
Dabei ist hinsichtlich der Zufuhranordnung vorgesehen, dass die Brennstoffzugabe-Anordnung als Zerstäuberanordnung zur Zugabe von flüssigem Brennstoff in den Oxidator unter Zerstäubung des Brennstoffes mittels Rotation ausgebildet ist, wobei die Zerstäuberanordnung einen, insbesondere zentral auf der Längsachse angeordneten, zur Rotation im Betrieb ausgebildeten Rotorteil mit zumindest einer Injektionsöffnung umfasst, durch welche im Betrieb der Brennstoff in die Oxidatorströmung zugebbar oder zugegeben ist.
Der Rotorteil ist insbesondere längs auf der Längsachse und drehsymmetrisch zu selbiger angeordnet und ausgebildet.
„Drallfrei“ bezieht sich im Zusammenhang mit dem Anspruch 1 auf die Einströmung des Oxidator-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum. Innerhalb der Zufuhranordnung erfolgt insbesondere aufgrund der Rotation eine drallbehaftete Zufuhr des Brennstoffes in den Oxidator.
Der ausschließlich stromauf des Düsenbereichs angeordnete Zuströmraum dient zur Zufuhr von Oxidator und vorzugsweise Brennstoff in einem Gesamtstrom an den Düsenbereich und bildet somit auch einen Verteilerraum stromauf des Düsenbereichs.
Die Mischstrecke ist in dem Zuströmraum zwischen der zumindest einen Injektionsöffnung und dem Düsenbereich angeordnet.
Der Düsenbereich umfasst die eine oder mehrere Einzeldüse/n und wird insbesondere daraus gebildet. Bei mehreren Einzeldüsen wird der Gesamtstrom innerhalb des Düsenbereichs auf die Einzeldüsen aufgeteilt.
Die zumindest eine Einzeldüse dient zur Beeinflussung der Oxidator-Brennstoff-Strömung, um der Strömung die gewünschten Eintrittsbedingungen in den Brennraum aufzuprägen, insbesondere hinsichtlich Geschwindigkeit und Hauptströmungsrichtung.
Vorzugsweise weist der Rotorteil einen sich auf der Längsachse erstreckenden Schaft auf und ist die zumindest eine Injektionsöffnung an der radialen Außenseite des Rotorteils in einem stromabseitigen axialen Endabschnitt des Schafts angeordnet, wobei vorzugsweise mehrere Injektionsöffnungen axial gleich positioniert und/oder in Umlaufrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind.
Der Schaft dient als Übertragungselement der Drehbewegung, die beispielsweise durch einen außerhalb der Zufuhranordnung angeordneten Motor bewirkt wird. Über den Schaft wird vorzugsweise außerdem die Brennstoff-Zufuhr zu dem Brennersystem von der stromaufseitigen Richtung sichergestellt, ohne hierbei auf weitere technische Installationen angewiesen zu sein.
Der Endabschnitt erstreckt sich über einen Bereich mit vergrößertem Außendurchmesser bis zum stromabseitigen Ende des Rotorteils oder, ohne vergrößerten Außendurchmesser, ab dem stromaufseitigen Rand der Injektionsöffnung/en bis zum stromabseitigen Ende des Rotorteils.
Der Schaft und/oder der Endabschnitt weisen vorzugsweise eine zylindrische Ausbildung mit einem kreisförmigen Querschnitt auf.
Die zumindest eine Injektionsöffnung ist insbesondere ausschließlich radial oder radial-axial bezüglich der Längsachse ausgerichtet.
Die Umlaufgeschwindigkeit an den Injektionsöffnungen kann zugunsten einer verbesserten Zerstäubung vorteilhaft erhöht werden, wenn der Endabschnitt einen grö-ßeren Außendurchmesser als der Schaft des Rotorteils aufweist. Nach Bedarf und Ausprägung der Oxidator(Luft)-Querströmung kann die Umlaufgeschwindigkeit und die damit verbundene Fliehkraft auch reduziert werden, um eine zu große Wand-Interaktion des Brennstoffs zu vermeiden.
Für eine gleichmäßige, effektive Zerstäubung ist vorzugsweise um den Rotorteil, zumindest abschnittsweise um den Schaft und um den Endabschnitt, ein vorzugsweise vollständig umlaufender, drehsymmetrischer Strömungskanal zur Zuführung des Oxidators an die zumindest eine Injektionsöffnung gebildet. Auf diese Weise wird eine gleichmäßig umlaufende Querströmung an Oxidator erhalten, in welche der Brennstoff zugegeben wird. Die Querströmung strömt im Gleichstrom zu dem Brennstoff an die Injektionsöffnungen heran, wo der Brennstoff in radiale Richtung abgelenkt und in Art einer „Jet-in-Crossflow“-Strömung in die Querströmung mittels des Rotorteils zugegeben wird.
Vorzugsweise ist in dem Zuströmraum eine, im Betrieb rotierende und/oder (zumindest abschnittsweise) statische, Brennstoffleitung mit zumindest einer stromabseitigen Öffnung zur Leitung des Brennstoffes an den Endabschnitt und Auslass des Brennstoffes innerhalb desselben von dem Schaft umgeben (z. B. in dem Schaft gebildet) angeordnet. Die Brennstoffleitung ist vorzugsweise zur Gleichstromführung des Brennstoffes mit dem Oxidator an den Endabschnitt herangeführt. Die Öffnung/en kann/können z. B. in einem Verteilerraum innerhalb des Endabschnitts münden, an dem wiederum die Injektionsöffnung/en angeordnet sind, die durch den Verteilerraum mit Brennstoff gespeist wird/werden. Alternativ kann/können die Öffnung/en die Injektionsöffnung/en bilden.
In einer besonders bevorzugten Ausbildungsvariante ist in dem Zuströmraum stromab des Rotorteils zentral auf der Längsachse eine statische Führungsanordnung zur Strömungsführung der Oxidator-Brennstoff-Strömung an den Düsenbereich angeordnet, wobei zwischen der Führungsanordnung und einer (umlaufend umgebenden) Wand des Zuströmraums ein, vorzugsweise vollständig um die Führungsanordnung umlaufender, Strömungskanal (innerhalb des Zuströmraums) gebildet ist. Die Führungsanordnung und/oder der Strömungskanal ist/sind vorzugsweise drehsymmetrisch zu der Längsachse ausgebildet und angeordnet. Die Führungsanordnung ist beispielsweise als einteiliger Führungskörper ausgebildet, der an seinem stromabseitigen Ende in den Düsenbereich übergeht. Der Düsenbereich ist vorzugsweise einteilig an oder in dem Führungskörper angeordnet.
Zugunsten einer gleichmäßigen Strömungsführung verlaufen die Wand des Zuströmraums und eine Außenwand der Führungsanordnung zumindest abschnittsweise parallel zueinander. Abweichungen von dem parallelen Wandungsverlauf sind insbesondere in den Ein- und Auslaufbereichen für eine strömungsgünstige Formgebung der selbigen (beispielsweise mit zumindest einer Rundung und/oder gerundeten Kanten) zur Vermeidung von Rückströmgebieten zweckmäßig.
Eine vorteilhafte Strömungsführung an den Düsenbereich ist erreichbar, wenn die Führungsanordnung und/oder der Zuströmraum einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Außendurchmesser aufweist/aufweisen, wobei der Strömungskanal in radial-axialer Richtung verläuft. Insbesondere weist die Führungsanordnung einen konischen Abschnitt auf, wobei der Zuströmraum komplementär dazu, beispielsweise ebenfalls konisch, geformt ist. Die Steigung weist vorzugsweise eine größere axiale als radiale Richtungskomponente auf, wodurch Rückströmgebiete und/oder Interaktion von Brennstofftropfen mit den Wänden des Strömungskanals vermieden werden können. Der konische Abschnitt des Zuströmraums vor der Brennkammer ist hierbei möglichst glatt und ohne geometrische Kanten ausgelegt, um auch hier Rückströmgebiete zu vermeiden und die mit Tröpfchen angereicherte Strömung gleichmäßig auf eine definierte Düsenaustrittsgeschwindigkeit zu beschleunigen.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildungsvariante ist längs in dem Zuströmraum ein Kanal zur Leitung einer Sekundärströmung umlaufend von dem Rotorteil umgeben, vorzugsweise zentral auf der Längsachse verlaufend, angeordnet. Der Kanal endet vorzugsweise mit einer (insbesondere auf der Längsachse angeordneten) Öffnung an dem stromabseitigen Ende des Endabschnittes. Die Sekundärströmung wird vorzugsweise aus Oxidator gebildet, der am stromabseitigen Ende des Endabschnittes aus dem Rotorteil austritt. Die Sekundärströmung bildet vorzugsweise einen geringeren Anteil an dem Gesamtstrom des an den Düsenbereich herangeführten Oxidators, beispielsweise zwischen 5 % und 30 %. Mittels der angegebenen Anordnung des Kanals wird die Sekundärströmung vorzugsweise im Gleichstrom mit dem Brennstoff und/oder dem durch den Strömungskanal um den Rotorteil geführten Oxidator bis an das stromabseitige Ende des Endabschnitts geführt.
Besonders bevorzugt ist zwischen dem Rotorteil und der Führungsanordnung ein, vorzugsweise vollständig umlaufender, radialer Spaltraum, mit einem Spaltmaß kleiner als das radiale Außenmaß des Endabschnittes, z. B. weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel oder ein Achtel des Außenmaßes, vorhandenen. Dabei mündet der Kanal (vorzugsweise auf der Längsachse) in den Spaltraum und der Spaltraum mündet außenseitig umlaufend in den Zuströmraum und ist vorzugsweise in radialer oder in radial-axialer Richtung bezüglich der Längsachse (mit vorzugsweise einer größeren radialen als axialen Richtungskomponente) ausgerichtet.
Mittels des Spaltraums sind der rotierende Rotorteil und die statische Führungsanordnung berührungsfrei zueinander angeordnet. Die Führungsanordnung bildet in diesem Zusammenhang vorzugsweise einen Staukörper für die Sekundärströmung. Die Sekundärströmung wird in dem Spaltraum mittels der Führungsanordnung von axialer in radiale Richtung (gegebenenfalls mit axialer Richtungskomponente) umgelenkt.
Mit (zumindest überwiegend) radialer Richtungskomponente tritt die Sekundärströmung in die Querströmung aus Oxidator um den Rotorteil stromab des Endabschnittes ein. Die Auslegung des Spaltmaßes, zur Beeinflussung der Richtung und/oder der Geschwindigkeit der Sekundärströmung bei Austritt aus dem Spaltraum, ist vorzugsweise derart, dass die Sekundärströmung wenig (nicht über die Mitte des Strömungskanals) in die Querströmung eindringt und im Wesentlichen an der inneren Wand, gebildet durch die Führungsanordnung, anliegt. Die Sekundärströmung trägt durch ihren Strömungsimpuls bei Austritt aus dem Spaltraum zum einen zur Vermeidung von Rückströmgebieten der Querströmung des Oxidators und der Brennstoff-Tröpfchen an dem stromabseitigen Ende des Rotorteils und zum anderen zur Vermeidung von Tröpfchen-Kontakt des aus der zumindest einen Injektionsöffnung ausströmenden Brennstoffes mit der Außenwand der Führungsanordnung (Innenwand des Strömungskanals) bei. Dabei wird eine Dichtwirkung zwischen dem rotierenden und dem statischen Teil erzielt, wodurch eine Benetzung des rotierenden und des statischen Teils mit rückströmendem Brennstoff vermieden wird, ohne dass eine zusätzliche Dichtung erforderlich ist. Dies trägt zu einer einfachen und kostengünstigen Ausbildung der Zufuhranordnung bei.
Für eine vorteilhafte Strömungsführung weist der Spaltraum vorzugsweise ein (z. B. ausschließlich) konstantes und/oder sich nach radial außen hin verringerndes Spaltmaß auf.
Vorzugsweise weist unmittelbar stromab des Spaltraums die Führungsanordnung einen axialen Abschnitt (mit (ausschließlich) axial ausgerichteten Außenwandungen der Führungsanordnung) auf. In diesem Abschnitt ist die Führungsanordnung beispielsweise mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet. Die Länge des axialen Abschnitts ist vorzugsweise derart, dass die in den Strömungskanal eintretenden Brennstofftröpfchen zunächst den axialen Strömungsimpuls der Oxidatorströmung aufnehmen. Anschließend geht vorzugsweise der axiale Abschnitt in den konischen Abschnitt über. Die Steigung in dem konischen Abschnitt ist insbesondere derart gering, dass die Brennstoff-Tröpfchen nicht gegen die Außenwand der Führungsanordnung prallen. Durch diese Ausbildung der Führungsanordnung wird eine Interaktion von Tröpfchen mit der Wand minimiert.
Vorzugsweise ist die zumindest eine Einzeldüse ausschließlich axial (parallel zu der Längsachse und/oder Brennraumachse) ausgerichtet und/oder weist in ihrem Verlauf (zu Beschleunigung der Strömung) eine Querschnittsverengung auf. Auf diese Weise ist die zumindest eine Einzeldüse zur Zufuhr des Oxidator-Brennstoff-Gemisches mit ausschließlich axialer Richtungskomponente und hohem axialem Impuls (mit Geschwindigkeiten von beispielsweise zwischen 60 m/s und 200 m/s) ausgebildet. Die zumindest eine Einzeldüse weist vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt auf.
Insbesondere in Kombination mit der vorstehend angegebenen Ausbildungsvariante sind vorzugsweise mehrere diskrete Einzeldüsen vorhanden, welche auf einem umlaufend um eine Brennraumachse verlaufenden Düsenring angeordnet sind. Eine derartige Ausbildungsvariante ist der Jet-stabilisierten Verbrennungstechnologie zuzuordnen, wobei das Oxidator-Brennstoff-Gemisch im Betrieb drallfrei mit hohem axialem Impuls in den Brennraum eintritt, wo sich eine Flammenzone mit z. B. diskreten Einzelflammen ausbildet. Durch den hohen axialen Impuls etabliert sich eine gemeinsame großräumige, innere (großteils innerhalb des Düsenrings angeordnete) Rezirkulationszone, welche die Verbrennung stabilisiert. Ein Beispiel eines Jet-stabilisierten Brennersystems ist in der EP 1 918 641 A2 angegeben.
Der Übergang auf die mehreren diskreten Einzeldüsen umfassend Düsenwandungen, welche die Einzeldüsen voneinander abgrenzen, ist vorzugsweise mit einer an den stromaufseitigen Enden möglichst scharfkantigen oder gerundeten Ausbildung, ohne stumpfe (ausschließlich radial-umlaufend ausgerichtete) Flächen, bezüglich der Wandstärke in Umlaufrichtung ausgestaltet. Die Düsenwandungen nehmen vorzugsweise in ihrem stromabseitigen Verlauf zur Verengung der Düsenkanäle an Wandstärke zu. Auf diese Weise wird einem Aufprallen von in der Strömung befindlichen Brennstofftropfen an (aus Blickrichtung der Strömung) stumpfen Flächen der Düsenwandungen entgegengewirkt.
Das Brennersystem weist eine Zufuhranordnung nach einer der vorhergehenden Ausbildungsvarianten und eine Stirnseite auf, über welche die Zufuhranordnung in einen Brennraum des Brennersystems mündet, wobei das Brennersystem zum Betrieb mit einer großräumigen, durch den axialen Impuls der eintretenden Oxidator-/Brennstoffstrahlen induzierten brennrauminternen Rezirkulation zur Stabilisierung einer Verbrennungszone in dem Brennraum ausgebildet ist. Optional weist das Brennersystem eine Pilotstufe zur (zusätzlichen) Stabilisierung der Verbrennung, beispielsweise während eines transienten Betriebs oder bestimmter Betriebspunkte, auf. An dem Brennersystem können an der Brennkammer Mischluftöffnungen zur Zugabe von Mischluft zumindest im Wesentlichen stromab der Verbrennungszone (Flammenzone) vorhanden sein.
Gelöst wird die Aufgabe weiterhin durch das Verfahren zur, insbesondere drallfreien und/oder axialen, Zufuhr von Oxidator und flüssigem Brennstoff in einen Brennraum mittels einer Zufuhranordnung nach einer der vorstehenden Ausbildungsvarianten, bei dem flüssiger Brennstoff mittels eines rotierenden Rotorteils innerhalb eines Zuströmraums stromauf des Brennraums in den Oxidator eingebracht und dabei zerstäubt wird.
Vorteilhafte Ausführungsvarianten des Verfahrens sind in Zusammenhang mit den vorstehend angegebenen Ausbildungsvarianten (zum Teil sinngemäß) beschrieben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Brennersystem mit einer Zufuhranordnung zur Zufuhr von vorgemischtem Oxidator und zerstäubtem flüssigem Brennstoff umfassend einen Rotorteil zur Zugabe des Brennstoffes in die Oxidatorströmung in Schnittdarstellung und
2 eine weitere Ausbildungsvariante der Zufuhranordnung, mit einem radialen Spalt zwischen dem Rotorteil und einer Führungsanordnung, in Schnittdarstellung eines Details der Zufuhranordnung.

1 zeigt ein Brennersystem 1 zum Einsatz in einer Gasturbinenanordnung. Das Brennersystem 1 weist eine Brennkammer 10 mit einem symmetrisch zu einer Brennraumachse M ausgerichteten zylindrischen Brennraum 12 auf. Stromab an den Brennraum 12 schließt sich ein Abgastrakt 18 an.
An einer eingangsseitigen Stirnseite 3 der Brennkammer 10 weist das Brennersystem 1 eine längs, insbesondere symmetrisch auf einer Längsachse L angeordnete Zufuhranordnung 2 zur drallfreien Einbringung von Oxidator 40 und zerstäubtem flüssigem Brennstoff 42 in den Brennraum 12 auf. Die Längsachse L fällt vorzugsweise mit der Brennraumachse M zusammen.
Der Oxidator 40 ist insbesondere aus Luft gebildet, die Zusätze wie z. B. Abgas aufweisen kann. Als Brennstoff 42 können Flüssigbrennstoffe (Reinstoffe oder Gemische) mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet werden, z. B. Öl, Kerosin und/oder alternative und/oder regenerative Brennstoffe, etwa synthetische Kraftstoffe.
Die Zufuhranordnung 2 weist einen an den Brennraum 12 stromauf angrenzenden Düsenbereich 20 mit beispielsweise einer Vielzahl von Einzeldüsen 200 auf, wobei vorliegend der Düsenbereich 20 aus den Einzeldüsen 200 gebildet ist. Die Einzeldüsen 200 sind vorzugsweise als um die Längsachse L verlaufender Düsenring angeordnet (aus 1 nicht ersichtlich). Die Einzeldüsen 200 sind jeweils gleich aufgebaut und insbesondere parallel zu der Längsachse L ausgerichtet, zur Einbringung von Oxidator 40 und Brennstoff 42 in den Brennraum 12 drallfrei mit ausschließlich axialer Richtungskomponente bezüglich der Hauptströmungsrichtung. Zur Beschleunigung der Strömung weisen die Einzeldüsen 200 in ihrem Verlauf jeweils eine Querschnittsverengung auf.
Durch die angegebene Ausbildung des Düsenbereichs 20 ist die Zufuhranordnung 2 der jet-stabilisierten Verbrennungstechnologie zuzuordnen. Dabei tritt das Oxidator-Brennstoff-Gemisch im Betrieb drallfrei mit hohem axialem Impuls, mit axialen Geschwindigkeiten von z. B. 60 m/s bis 200 m/s, in den Brennraum 12 ein, wo sich eine Flammenzone 16 mit z. B. diskreten Einzelflammen ausbildet. Durch den hohen axialen Impuls etabliert sich eine gemeinsame großräumige, innere (großteils innerhalb des Düsenrings angeordnete) Rezirkulationszone 14, welche die Verbrennung stabilisiert.
Auch eine Ausbildung der Zufuhranordnung 2 umfassend einen Drallerzeuger zur drallbehafteten Einbringung des Oxidator-Brennstoff-Gemisches in den Brennraum 12 ist möglich (in 1 nicht gezeigt).
Bei der in 1 gezeigten Zufuhranordnung 2 ist an der Stirnseite 3 beispielhaft eine Pilotaussparung 30 vorhanden, in welcher eine in 1 nicht näher gezeigte, optionale Pilotstufe z. B. zur betriebspunktabhängigen zusätzlichen Stabilisierung der Verbrennung angeordnet sein kann. Die Pilotstufe kann z. B. für eine drallstabilisierte Verbrennung ausgebildet sein.
Stromauf des Düsenbereichs 20 umfasst die Zufuhranordnung 2 einen insbesondere drehsymmetrisch um die Längsachse L ausgebildeten und zumindest abschnittsweise auf dieser verlaufenden Zuströmraum 46, durch welchen im Betrieb Oxidator 40 und Brennstoff 42 zur Vormischung in einem Gesamtstrom an den Düsenbereich 20 heranströmen. In dem Düsenbereich 20 wird der Gesamtstrom auf die diskreten Einzeldüsen 200 aufgeteilt. Innerhalb des Zuströmraums 46, stromauf des Düsenbereichs 20, weist die Zufuhranordnung 2 eine Brennstoffzugabe-Anordnung 24 zur Zugabe von Brennstoff 42 in die Oxidatorströmung auf. Stromauf der Brennstoffzugabe-Anordnung 24 strömen Oxidator 40 und Brennstoff 42 jeweils getrennt voneinander durch den Zuströmraum 46.
Die Brennstoffzugabe-Anordnung 24 ist als Zerstäuberanordnung 25 zur Zugabe von flüssigem Brennstoff 42 in den Oxidator 40 unter Zerstäubung des Brennstoffes 42 mittels Rotation ausgebildet. Die Zerstäuberanordnung 25 umfasst einen zentral auf der Längsachse L und vorzugsweise drehsymmetrisch zu selbiger ausgebildeten Rotorteil 32, der bei Brennstoffzugabe im Betrieb z. B. mittels eines (hier nicht gezeigten) Antriebs in Rotation um die Längsachse L versetzt wird. Beispielsweise kann die Rotation eines Schafts der mit dem Brennersystem verwendeten Gasturbine als Antrieb genutzt werden.
Der Rotorteil 32 weist als Übertragungselement der Rotationsbewegung einen durch den Zuströmraum 46 verlaufenden, zentral auf der und/oder um die Längsachse L angeordneten, vorzugsweise zylindrischen, Schaft 320 auf. So ergibt sich im Betrieb eine stromaufseitige Führung des Brennstoffes 42 in Richtung des Düsenbereichs 20, im Gleichstrom mit dem durch den Zuströmraum 46 strömenden Oxidator 40.
An dem stromabseitigen Ende des Schafts 320 ist ein vorzugsweise zylindrischer axialer Endabschnitt 322 angeordnet, an dessen radialer Außenseite vorzugsweise mehrere Injektionsöffnungen 34 z. B. axial auf einer einheitlichen Position und/oder in Umlaufrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind. Durch die Injektionsöffnungen 34 wird im Betrieb der Brennstoff 42 in die Oxidatorströmung zugegeben.
Der Endabschnitt 322 kann, wie in 1 beispielhaft gezeigt, einen größeren Außendurchmesser als der Schaft 320 aufweisen, was die Umlaufgeschwindigkeit an den Injektionsöffnungen 34 vorteilhaft erhöhen kann. Der Endabschnitt 322 erstreckt sich über den Bereich mit dem vergrößerten Außendurchmesser bis zum stromabseitigen Ende des Rotorteils 32. Ohne vergrößerten Außendurchmesser (in 1 nicht gezeigt) erstreckt sich der Endabschnitt 322 ab dem stromaufseitigen Rand der Injektionsöffnungen 34 bis zum stromabseitigen Ende des Rotorteils 32.
Zur Leitung des Brennstoffes 42 in den Endabschnitt 322 umfasst die Brennstoffzugabe-Anordnung 24 eine im Betrieb rotierende und/oder zumindest bereichsweise statische Brennstoffleitung 48 mit zumindest einer endseitigen Öffnung 50, z. B. zumindest einer der Injektionsöffnungen 34, zum Auslass des Brennstoffes 42 innerhalb des Endabschnittes 322. Alternativ kann die Öffnung 50 in einen Verteilerraum, z. B. innerhalb des Endabschnitts 322, münden, an dessen radialer Außenseite die Injektionsöffnungen 34 angeordnet sind (hier nicht gezeigt). Die Brennstoffleitung 48 verläuft beispielsweise strömungsgünstig innerhalb des Schaftes 320 und/oder von dem Schaft 320 umlaufend umgeben aus stromaufseitiger Richtung bzgl. des Zuströmraums 46 an den Endabschnitt 322 heran.
Der Rotorteil 32 erstreckt sich mit dem Schaft 320 und dem Endabschnitt 322 koaxial zu dem Zuströmraum 46 und insbesondere zentral auf der Längsachse L innerhalb des Zuströmraums 46. Um den Rotorteil 32, d. h. zumindest abschnittsweise um den Schaft 320 und den Endabschnitt 322, ist ein vorzugsweise (im Querschnitt) vollständig umlaufender, drehsymmetrischer Strömungskanal 23 zur Zuführung des Oxidators 40 an die Injektionsöffnungen 34 in dem Zuströmraum 46 gebildet. Der Strömungskanal 23 ist insbesondere hinsichtlich des Strömungsdurchmessers derart ausgelegt, dass sich an den Injektionsöffnungen 34 eine geeignete Geschwindigkeit des Oxidators 40 als Querströmung ergibt, in welche der Brennstoff 42 in einer Art „Jet-in-Crossflow“ eingebracht wird. Eine geeignete Geschwindigkeit der Querströmung ist insbesondere derart, dass die austretenden Tröpfchen des Brennstoffes 42 nicht mit der den Zuströmraum 46 umgebenden Wand in Kontakt treten, sodass eine Spray-Wand-Interaktion vermieden wird. Die geeignete Geschwindigkeit beträgt beispielsweise 10 m/s bis 150 m/s, z. B. zwischen 40 m/s und 60 m/s. Die Rotationsgeschwindigkeit des Rotorteils 32 kann beispielsweise zwischen 5 000 und 15 000 Umdrehungen pro Minute betragen. Die Maße innerhalb des Zuströmraums 46, mit dem Strömungskanal 23 und dem Rotorteil 32, sind z. B. bezüglich zumindest eines Auslegungs-Betriebspunktes entsprechend aufeinander abgestimmt.
Stromab der Injektionsöffnungen 34 erstreckt sich eine Mischstrecke 22 mit dem Strömungskanal 23 bis an den Düsenbereich 20, innerhalb dessen sich im Betrieb der Oxidator 40 mit dem zugegebenen Brennstoff 42 vermischt und eine weitere Zerstäubung des Brennstoffes 42 („Sekundärzerstäubung“) stattfindet.
Stromab des Rotorteils 32 ist auf der Mischstrecke 22 zentral auf der Längsachse L eine vorzugsweise symmetrisch zu der Längsachse L ausgebildete, statische (nicht rotierende) Führungsanordnung 26 zur Strömungsführung der Oxidator-Brennstoff-Strömung an den Düsenbereich 20 angeordnet. Die Führungsanordnung 26 ist insbesondere als einteiliger Führungskörper und/oder Staukörper ausgebildet, der an seinem stromabseitigen Ende z. B. einstückig in den Düsenbereich 20 übergeht und an der Stirnseite 3 endet. Auf der stirnseitigen Seite des Führungskörpers ist in 1 beispielhaft die Pilotaussparung 30 in den Führungskörper eingebracht. Die Führungsanordnung 26 ist an ihrem stromaufseitigen Ende insbesondere strömungsgünstig geformt, um Strömungsablösungen bzw. Rückströmgebiete zu vermeiden. Insbesondere weist das stromaufseitige Ende zumindest eine Rundung und/oder gerundete Kanten auf.
Zwischen der Führungsanordnung 26 und einer den Zuströmraum 46 umgrenzenden Wand des Zuströmraums 46 ist der vorzugsweise vollständig um die Führungsanordnung 26 umlaufende Strömungskanal 23 gebildet. Dabei verlaufen eine Außenwand der Führungsanordnung 26 und die Wand des Zuströmraums 46 z. B. zumindest abschnittsweise parallel zueinander.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel weisen die Führungsanordnung 26 und der Zuströmraum 46 einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Außendurchmesser auf. Die Führungsanordnung 26 ist dabei beispielhaft zumindest abschnittsweise konisch geformt. Auf diese Weise verläuft der Strömungskanal 23 in axial-radialer Richtung nach außen, zur strömungsgünstigen Führung des Oxidator-Brennstoff-Gemisches von dem kleineren Außendurchmesser des Zuströmraums 46 im Bereich des Rotorteils 32 auf den größeren Außendurchmesser des ringförmigen Düsenbereichs 20 (in Form des Düsenrings).
Die in dem Strömungskanal 23 gebildete Mischstrecke 22 geht im Übergang zu dem Düsenbereich 20 von der zusammenhängend umlaufenden Ausbildung in die diskreten Einzeldüsen 200 über. Der Zuströmraum 46 mit dem Strömungskanal 23 bildet einen zusammenhängenden Verteilerraum. Im Düsenbereich 20 bauen sich die Düsenwandungen, welche die Einzeldüsen 200 voneinander abgrenzen, in Strömungsrichtung vorzugsweise ausgehend von einer an den stromaufseitigen Enden möglichst scharfkantigen oder gerundeten Ausbildung, ohne stumpfe (ausschließlich radial-umlaufend ausgerichteten) Flächen, bezüglich der Wandstärke in Umlaufrichtung auf und nehmen in ihrem stromabseitigen Verlauf zur Verengung der Düsenkanäle an Wandstärke zu. Auf diese Weise wird einem Aufprallen von in der Strömung befindlichen Brennstofftropfen an stumpfen Flächen der Düsenwandungen entgegengewirkt.
Durch das Vorhandensein mehrerer (z. B. zwischen 6 und 12) diskreter Einzeldüsen 200 in Anordnung auf dem Düsenring kann, beispielsweise im Vergleich zu einer einzigen, umlaufenden Einzeldüse, eine stabile Verbrennung erreicht werden.
Bei der in 1 gezeigten Ausbildungsvariante ist zwischen dem Rotorteil 32 und der Führungsanordnung 26 ein vergleichsweise großer axialer Abstand vorhanden, der größer ist als der Durchmesser des Endabschnittes 322. Die stromabseitige Stirnfläche des Endabschnitts 322 ist beispielhaft radial (rechtwinklig zur Längsachse L), ohne axiale Richtungskomponente, ausgerichtet.
2 zeigt ein vergrößertes Detail aus der Zufuhranordnung 2 mit einer alternativen Ausgestaltungsvariante hinsichtlich des Rotorteils 32 und des stromauf gelegenen Endes der Führungsanordnung 26 (hier stromabseitig beispielhaft ohne Pilotaussparung 30).
Dabei ist die Führungsanordnung 26, im Vergleich zu der in 1 gezeigten Ausbildungsvariante, nahe an dem Endabschnitt 322 angeordnet, wobei zwischen der Führungsanordnung 26 und dem Rotorteil 32 ein vollständig umlaufender, radialer Spaltraum 38 gebildet ist. Der axiale Abstand zwischen dem Rotorteil 32 und der Führungsanordnung 26, d. h. die axiale Ausdehnung des Spaltraums 38, ist deutlich kleiner, beispielsweise weniger als die Hälfte oder ein Viertel, als das radiale Außenmaß, insbesondere der Durchmesser, des Endabschnittes 322. Der Spaltraum 38 verläuft mit überwiegend radialer und einer geringeren axialen Richtungskomponente bezüglich der Längsachse L nach außen, wo er umlaufend in den Strömungskanal 23 mündet. Möglich ist auch ein ausschließlich radialer Verlauf.
Die Flächenkonturen an dem stromabseitigen Ende des Rotorteils 32, insbesondere des Endabschnittes 322, und an dem stromaufseitigen Ende der Führungsanordnung 26 sind bei diesem Ausführungsbeispiel derart komplementär zueinander ausgebildet, dass der Spaltraum 38 ein konstantes Spaltmaß aufweist.
Koaxial zu dem Schaft 320 zentral auf der Längsachse L verlaufend ist innerhalb des Rotorteils 32 ein Kanal 36 zur Leitung einer Oxidator-Sekundärströmung 44 angeordnet. Die Wandungen des Kanals 36 können im Betrieb vorzugsweise rotierend, und/oder zumindest bereichsweise statisch, ausgebildet sein. Die Brennstoffleitung 48 kann beispielsweise ringförmig um den Kanal 36 angeordnet sein und mit den Öffnungen 50 in Ausbildung als Injektionsöffnungen 34 in den Zuströmraum 46 münden. Alternativ kann die Brennstoffleitung 48 (oder mehrere Brennstoffleitungen) in einen am stromabseitigen Ende angeordneten, z. B. ringartigen, Verteilerraum z. B. innerhalb des Endabschnitts 322, münden, der die Injektionsöffnungen 34 mit Brennstoff versorgt (hier nicht gezeigt).
Der Kanal 36 mündet stromabseitig in den Spaltraum 38, der zumindest nahezu rechtwinklig zu dem Kanal 36 angeordnet ist. Vorzugsweise befindet sich dabei der Spaltraum 38 zwischen rotierenden und statischen Teilen des Brennersystems 1, wobei die Sekundärströmung 44 die rotierenden und statischen Teile voneinander trennt. Dabei kann die Sekundärströmung 44 eine Dichtwirkung zwischen diesen Teilen entfalten, wobei eine Rückströmung von Brennstoff-Tröpfchen an den rotierenden und/oder statischen Teil auch unter Verzicht auf eine zusätzliche Dichtung zwischen dem rotierenden und statischen Teil vermieden wird.
Die Führungsanordnung 26 dient hierbei als Staukörper 28 bezüglich der Sekundärströmung 44.
Die Führungsanordnung 26, hier ebenfalls in Ausbildung als (vorzugsweise einstückiger) Führungskörper, weist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel stromaufseitig, unmittelbar stromab des Spaltraums 38, einen axialen Abschnitt 27 (mit ausschließlich axialem Wandungsverlauf) auf. Die Länge des axialen Abschnitts 27 ist derart, dass die in den Strömungskanal 23 eintretenden Brennstofftröpfchen zunächst den axialen Strömungsimpuls der Oxidatorströmung aufnehmen. Anschließend geht der axiale Abschnitt in einen konischen Abschnitt über, innerhalb dessen die Außenwand der Führungsanordnung 26 einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Außendurchmesser aufweist. Die Steigung ist insbesondere derart gering, dass die Brennstoff-Tröpfchen zumindest im Wesentlichen nicht gegen die Außenwand prallen.
Das Spaltmaß des Spaltraums 38 ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass die Sekundärströmung 44 durch ihren Strömungsimpuls bei Austritt aus dem Spaltraum 38 zum einen zur Vermeidung von Rückströmgebieten der Querströmung des Oxidators 42 und der Brennstoff-Tröpfchen am stromabseitigen Ende des Rotorteils 32 dient und zum anderen zur Vermeidung von Tröpfchen-Kontakt des ausströmenden Brennstoffes 42 mit der Außenwand der Führungsanordnung (Innenwand des Strömungskanals 23) beiträgt. Der Anteil der Sekundärströmung 44 an dem gesamten zugeführten Oxidator 40 ist insbesondere geringer als der die Querströmung bildende Hauptanteil des Oxidators 40 und beträgt beispielsweise zwischen 5 % und 30 % des Gesamtstromes (aus Hauptanteil und Sekundärströmung 44). Die Geschwindigkeit bei Ausströmen aus dem Spaltraum 38 ist insbesondere zur Erfüllung der vorstehend genannten Funktion ausgelegt und kann z. B. zwischen 1 m/s und 15 m/s betragen.
Die Auslegung der Maße innerhalb der Zufuhranordnung 2, z. B. des Strömungskanals 23, der Länge des axialen Abschnitts und der Steigung des konischen Abschnitts der Führungsanordnung 26 und/oder des Spaltmaßes des Spaltraums 38, erfolgt insbesondere mittels computergestützter (numerischer) Strömungssimulation (CFD) und/oder experimentell nach zumindest den vorstehend genannten Kriterien.
Die Herstellung von zumindest Teilen der Zufuhranordnung 2 erfolgt bevorzugt mittels additiver Fertigung (3D-Druck).
Im Betrieb strömt der Hauptanteil des Oxidators 40 durch den Zuströmraum 46 an die Injektionsöffnungen 34 des Rotorteils 32 heran. Ein geringerer Anteil des Oxidators 40 wird als Sekundärströmung 44 durch den Kanal 36 zugeführt. Durch die Injektionsöffnungen 34 wird Brennstoff 42 durch den rotierenden Endabschnitt 322 in den Oxidator 40 zugegeben, wobei durch die hohen Fliehkräfte der Brennstoff 42 nach außen geschleudert wird. Die hohen Fliehkräfte sowie das Eintreffen des Brennstoffes 42 in die vergleichsweise starke Querströmung des Oxidators 40 sorgen für eine gleichmäßige Zerstäubung des Brennstoffes 42. Das resultierende Spray ist durch vergleichsweise kleine Tröpfchengrößen und Filamente gekennzeichnet. In der (vorgewärmten) Oxidatorströmung findet Verdunstung sowie Sekundärzerstäubung aufgrund von Scherkräften und Turbulenzen statt. Die Brennstoffzerstäubung kann mit flüssigen Brennstoffen 42 mit unterschiedlichsten Eigenschaften erfolgen, was auch alternative und/oder regenerative Brennstoffe einschließt.
Durch den Kanal 36 und den Spaltraum 38 strömt die Sekundärströmung 44 stromab der Injektionsöffnungen 34, zwischen dem Rotorteil 32 und der Führungsanordnung 26, in die Querströmung des Oxidators 40 ein. Die Anströmrichtung ist vorzugsweise zumindest nahezu senkrecht (mit größerer radialer als axialer Richtungskomponente) bezüglich der Querströmung („Jet-in-Crossflow“-Strömung). Durch die Dichtwirkung der Sekundärströmung 44 wird eine Rückströmung der Querströmung mit den eingebrachten Brennstoff-Tröpfchen stromab des Endabschnittes 322 vermieden. Zudem bildet die Sekundärströmung 44 eine Art Schutzfilm an der Außenwand der Führungsanordnung 26 (Innenwand des Strömungskanals 23), der einer Benetzung der Außenwand mit Brennstoff-Tröpfchen entgegenwirkt.
Auf der Mischstrecke 22 strömt das Oxidator-Brennstoff-Gemisch durch den Strömungskanal 23 an den Düsenbereich 20 heran, wobei Verdunstung und Sekundärzerstäubung des Brennstoffes 42 stattfinden. An dem Düsenbereich 20 wird das Gemisch durch die entsprechende Wandungsführung mit möglichst geringem Stirnflächenkontakt auf die Einzeldüsen 200 aufgeteilt.
Durch die Einzeldüsen 200 strömt das Gemisch in den Brennraum 12 ein, wo es unter Stabilisierung durch die großräumige Rezirkulationszone 14 in der Flammenzone 16 verbrannt wird. Durch hohe Verbrennungstemperaturen und den Rücktransport von Verbrennungsabgas nahe an das eingedüste Gemisch wird die Brennstoff-Verdunstung stabilisiert und verstärkt. Das durch die Verbrennung entstehende Abgas verlässt die Brennkammer 10 durch den Abgastrakt 18.
Numerische Strömungssimulationen der Erfinder sowohl anhand des in 1 als auch in 2 gezeigten Ausführungsbeispiels haben eine günstige Strömungsführung an den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigt. Dabei werden insbesondere Rezirkulationsgebiete stromauf des Brennraums 12 vermieden und dadurch die Aufenthaltszeit des Brennstoffes 42 minimiert. So wird unter anderem das Risiko der Brennstoff-Verkokung innerhalb der Zufuhranordnung 2 gering gehalten. Die Tröpfchen-Verteilung des flüssigen Brennstoffes 42 ist stromab der Injektionsöffnungen 34 größer als in dem stromab angeordneten Brennraum 12. Hierdurch kann auf gut funktionierende Sekundär-Zerfallsmechanismen (Sekundärzerstäubung und Verdunstung) des flüssigen Brennstoffes 42 während der Vormischung mit dem Oxidator 40 geschlossen werden.
Zusammenfassend wird ein Brennersystem 1 mit einer Zufuhranordnung 2 bereitgestellt, welches mit unterschiedlichen flüssigen Brennstoffen 42 kleine Tröpfchengrö-ßen über einen weiten Betriebsbereich sowie eine minimierte Aufenthaltszeit des Brennstoffes 42 realisiert und damit eine optimierte Verbrennung mit geringem Schadstoff-Ausstoß ermöglicht. Zudem ist insbesondere bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel, mit der Sekundärströmung 44, eine komplexe Lagerung und Abdichtung der rotierenden Komponenten (des Rotorteils 32) obsolet, wodurch eine vergleichsweise einfache, kostengünstige und wenig störungsanfällige Bauweise der Zufuhranordnung 2 möglich ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0769655 A2 [0003]
EP 1918641 A2 [0033]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Choi S. M., Yun S., Jeong H.J., and Corber A. (2012); Spatial drop behavior of a rotary atomizer in a cross flow; Atomization and Sprays; 22(12), 1077-1095 [0005]
Choi S. M., Yun S., Jeong H.J., and Corber A. (2012); Spray in cross flow of a rotary atomizer; Atomization and Sprays; 22(2), 143-161 [0005]

Claims

Zufuhranordnung (2) zur, insbesondere drallfreien und/oder axialen, Zufuhr von Oxidator (40) und flüssigem Brennstoff (42) in einen Brennraum (12), umfassend - zumindest eine in einem Düsenbereich (20) angeordnete Einzeldüse (200), die in den Brennraum (12) mündet, - einen stromauf der zumindest einen Einzeldüse (200) angeordneten, bezüglich einer Längsachse (L) angeordneten Zuströmraum (46) und - eine in dem Zuströmraum (46) angeordnete Brennstoffzugabe-Anordnung (24) zur Zugabe des Brennstoffes (40) in den Oxidator (42) stromauf des Brennraums (12), insbesondere innerhalb des Zuströmraums (46), und Vormischung von Brennstoff (42) und Oxidator auf einer Mischstrecke (22), wobei die Brennstoffzugabe-Anordnung (24) als Zerstäuberanordnung (25) zur Zugabe des Brennstoff (42) in den Oxidator (40) unter Zerstäubung des Brennstoffes (42) mittels Rotation ausgebildet ist, wobei die Zerstäuberanordnung (25) einen, insbesondere zentral auf der Längsachse (L) angeordneten, zur Rotation im Betrieb ausgebildeten Rotorteil (32) mit zumindest einer Injektionsöffnung (34) umfasst, durch welche im Betrieb der Brennstoff (42) in die Oxidatorströmung zugebbar oder zugegeben ist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotorteil (32) einen sich auf der Längsachse (L) erstreckenden Schaft (320) aufweist und dass die zumindest eine Injektionsöffnung (34) an der radialen Außenseite des Rotorteils (32) in einem stromabseitigen axialen Endabschnitt (322) des Schafts (320) angeordnet ist, wobei vorzugsweise mehrere Injektionsöffnungen (34) axial gleich positioniert und/oder in Umlaufrichtung äquidistant zueinander angeordnet sind.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (322) einen größeren Außendurchmesser als der Schaft (320) des Rotorteils (32) aufweist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass um den Rotorteil (32), zumindest abschnittsweise um den Schaft (320) und um den Endabschnitt (322), ein vorzugsweise vollständig umlaufender, drehsymmetrischer Strömungskanal (23) zur Zuführung des Oxidators (40) an die zumindest eine Injektionsöffnung (34) gebildet ist.
Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuströmraum (46) eine Brennstoffleitung (48) mit zumindest einer stromabseitigen Öffnung (50) zur Leitung des Brennstoffes (42) an den Endabschnitt (322) und Auslass des Brennstoffes (42) innerhalb desselben von dem Schaft (320) umgeben angeordnet ist.
Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zuströmraum (46) stromab des Rotorteils (32) zentral auf der Längsachse (L) eine statische Führungsanordnung (26) zur Strömungsführung der Oxidator-Brennstoff-Strömung an den Düsenbereich (20) angeordnet ist, wobei zwischen der Führungsanordnung (26) und einer Wand des Zuströmraums (46) ein, vorzugsweise vollständig um die Führungsanordnung (26) umlaufender, Strömungskanal (23) gebildet ist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Zuströmraums (46) und eine Außenwand der Führungsanordnung (26) zumindest abschnittsweise parallel zueinander verlaufen.
Zufuhranordnung (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsanordnung (26) und/oder der Zuströmraum (46) einen sich in Strömungsrichtung vergrößernden Außendurchmesser aufweist/aufweisen, wobei der Strömungskanal (23) in radial-axialer Richtung verläuft.
Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass längs in dem Zuströmraum (46) ein Kanal (36) zur Leitung einer Sekundärströmung (44) umlaufend von dem Rotorteil (32) umgeben, vorzugsweise zentral auf der Längsachse (L) verlaufend, angeordnet ist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rotorteil (32) und der Führungsanordnung (26) ein, vorzugsweise vollständig umlaufender, radialer Spaltraum (38), mit einem Spaltmaß kleiner als das radiale Außenmaß des Endabschnittes (322), z. B. weniger als die Hälfte, vorzugsweise weniger als ein Viertel oder ein Achtel des Außenmaßes, vorhandenen ist, wobei der Kanal (36) in den Spaltraum (38) mündet und der Spaltraum (38) außenseitig umlaufend in den Zuströmraum (46) mündet und vorzugsweise in radialer oder in radial-axialer Richtung bezüglich der Längsachse (L) ausgerichtet ist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spaltraum (38) ein konstantes und/oder sich nach radial außen hin verringerndes Spaltmaß aufweist.
Zufuhranordnung (2) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar stromab des Spaltraums (38) die Führungsanordnung (26) einen axialen Abschnitt (27) aufweist.
Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Einzeldüse (200) ausschließlich axial ausgerichtet ist und/oder in ihrem Verlauf eine Querschnittsverengung aufweist.
Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere diskrete Einzeldüsen (200) vorhanden sind, welche auf einem umlaufend um eine Brennraumachse (M) verlaufenden Düsenring angeordnet sind.
Brennersystem (1) mit einer Zufuhranordnung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einer Stirnseite (3), über welche die Zufuhranordnung (2) in einen Brennraum (12) des Brennersystems (1) mündet, wobei das Brennersystem (1) zum Betrieb mit einer großräumigen, durch den axialen Impuls der eintretenden Oxidator-/Brennstoffstrahlen induzierten brennrauminternen Rezirkulation zur Stabilisierung einer Verbrennungszone in dem Brennraum (12) ausgebildet ist
Verfahren zur, insbesondere drallfreien und/oder axialen, Zufuhr von Oxidator (40) und flüssigem Brennstoff (42) in einen Brennraum (12) mittels einer Zufuhranordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem der Brennstoff (42) mittels eines rotierenden Rotorteils (32) innerhalb eines Zuströmraums (46) stromauf des Brennraums (12) in den Oxidator (40) eingebracht und dabei zerstäubt wird.