DE4446541A1

DE4446541A1 - Combustion chamber

Info

Publication number: DE4446541A1
Application number: DE4446541A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Althaus
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG
Priority date: 1994-12-24
Filing date: 1994-12-24
Publication date: 1996-06-27
Also published as: CN1133393A; CA2164482A1; JPH08226649A; EP0718561A3; EP0718561B1; DE59509091D1; KR960024018A; EP0718561A2

Description

Technical field

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkammer.The present invention relates to a combustion chamber according to Preamble of claim 1. It also relates to a method to operate such a combustion chamber.

State of the art

Bei Brennkammern mit einem breiten Lastbereich stellt sich immer wieder das Problem, wie die Verbrennung bei einem hohen Wirkungsgrad schadstoffarm betrieben werden kann. Dabei ste hen zwar mehrheitlich die NOx-Emissionen im Vordergrund, in dessen hat es sich gezeigt, daß auch die UHC- (= ungesät tigte Kohlen-Wasser-Stoffe) und die CO-Emissionen in Zukunft kräftig zu minimieren sein werden. Insbesondere wenn es darum geht, flüssige und/oder gasförmige Brennstoffe zum Einsatz zu bringen, zeigt es sich sehr rasch, daß die Auslegung für die eine Brennstoffart, beispielsweise für Öl, und gerichtet auf Minimierung einer Schadstoff-Emission, beispielsweise der NOx-Emissionen, auf andere Betreibungsarten und andere Schadstoff-Emissionen nicht befriedigend übertragen werden kann. Bei mehrstufigen Brennkammern strebt man an, die zweite Stufe mager zu fahren. Dies ist indessen nur möglich, wenn am Eintritt dieser zweiten Stufe stets eine konstante Temperatur aufweist, damit ein ausreichender Ausbrand in der zweiten Stufe auch bei geringer Brennstoffmenge erreichbar ist, d. h., die Mischung in der ersten Stufe müßte weitgehend konstant gehalten werden, was beispielsweise mit den bekannten Diffu sionsbrennern nicht möglich ist. Soweit ersichtlich zählt eine solche Brennkammer nicht zum Stand der Technik.Combustion chambers with a wide load range turn up always the problem, like burning at a high Efficiency can be operated with low emissions. Ste The majority of them focus on NOx emissions of which it has been shown that the UHC- (= unsown carbon-water substances) and CO emissions in the future will be minimized vigorously. Especially when it comes to that liquid and / or gaseous fuels are used bring, it shows very quickly that the interpretation for the a type of fuel, for example for oil, and directed to Minimizing pollutant emissions, such as NOx emissions, other types of debt collection and others Pollutant emissions are not transmitted satisfactorily can. With multi-stage combustion chambers, one strives for the second Step lean to drive. However, this is only possible if on Entry of this second stage always a constant temperature has sufficient burnout in the second Stage is also achievable with a small amount of fuel, d. H., the mixture in the first stage would have to be largely constant be held, for example, with the well-known Diffu sion burners is not possible. As far as can be seen such a combustion chamber is not state of the art.

Presentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkammer und einem Verfahren der ein gangs genannten Art, sämtliche bei der Verbrennung auftre tende Schadstoff-Emissionen zu minimieren, unabhängig davon, mit welcher Brennstoffart gefahren wird.The invention seeks to remedy this. The invention how it is characterized in the claims, the task lies based on a combustion chamber and a method of a type mentioned above, all occur during combustion minimize pollutant emissions regardless of which type of fuel is used.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Brennkammer besteht darin, daß hier zwei Brennercharakteristiken zu ei ner erfinderischen Kombinationen fokussiert werden, dies mit dem finalen Zweck, insbesondere die NOx-Emissionen gegen Null streben zu lassen. Der erste Teil der Brennkammer, basierend auf einer Vormischverbrennung, wird nur mit einem Teil der Verbrennungsluft durchströmt, und liefert das Heißgas für den nachgeschalteten zweiten Teil der Brennkammer. Der zweite Teil der Brennkammer wird indessen mit dem Gesamtmassenstrom durchströmt. Das Ziel ist es, der erste Teil der Brennkammer mit einer möglichst tiefen Temperatur im "Premix-Mode" zu be treiben, um ein möglichst tiefes Grund-NOx-Niveau von wenigen vppm zu erreichen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Tem peratur der Verbrennungsluft vor der ersten Teilbrennkammer auf einer Temperatur in der Größenordnung von 500-700°C vor gewärmt wird. Diese Verbrennungsluft kann relativ einfach von der Verdichter-Endtemperatur auf das gewünschte Niveau ange hoben werden, vorzugsweise damit, daß sie vorgängig direkt als Kühlluft für die Brennkammer selbst verwendet oder an in tegrierten Wärmetauscherelementen vorbeigeführt wird. Die Heißgase werden dann stromab der ersten Teilbrennkammer durch Wandkühleffekte und durch Eindüsung der restlichen, in der ersten Teilbrennkammer nicht zum Einsatz gekommenen Ver brennungsluft auf jene Temperatur gebracht, welche im zweiten Brennkammerteil zu einer Selbstzündung kommt, wobei dieser zweite Brennkammerteil mit Wirbelgeneratoren bestückt ist, welche eine Drallströmung auslösen.The main advantage of the combustion chamber according to the invention is that here two burner characteristics to egg ner inventive combinations are focused, with the final purpose, especially the NOx emissions towards zero to strive. The first part of the combustion chamber, based on a premix combustion, only with part of the Combustion air flows through, and supplies the hot gas for the downstream second part of the combustion chamber. The second Part of the combustion chamber, however, becomes the total mass flow flows through. The goal is the first part of the combustion chamber with the lowest possible temperature in "premix mode" drive to the lowest possible basic NOx level of a few to achieve vppm. This is achieved in that the tem temperature of the combustion air before the first partial combustion chamber at a temperature on the order of 500-700 ° C is warmed. This combustion air can be relatively simple the compressor end temperature to the desired level be lifted, preferably so that they are previously direct used as cooling air for the combustion chamber itself or at in tegrierte heat exchanger elements is passed. The Hot gases are then downstream of the first partial combustion chamber through wall cooling effects and through injection of the remaining, in Ver the first partial combustion chamber not used combustion air brought to that temperature which in the second Combustion chamber part comes to self-ignition, this one second combustion chamber part is equipped with vortex generators, which trigger a swirl flow.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der zweite Brennkammerteil als einstufige Last-Brennkammer gefahren, dies im Gegensatz zum ersten Brennkammerteil, der als Leerlauf-Brennkammer betrieben wird. Der zweite Brennkam merteil arbeitet bis zu Gastemperaturen von ca. 1600°C auf grund der extrem guten Mischung NOX-neutral und liefert ein Gesamt-NOx-Potential mit einer sehr flachen Temperatur/NOx-Charakteristik von 1-2 vppm.Another advantage of the invention is that the second combustion chamber part as a single-stage load combustion chamber driven, in contrast to the first combustion chamber part, the is operated as an idle combustion chamber. The second Brennam Most work up to gas temperatures of approx. 1600 ° C due to the extremely good mixture NOX-neutral and delivers Total NOx potential with a very flat temperature / NOx characteristic from 1-2 vppm.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch Anpassung der Temperatur am Eintritt in den zweiten Brennkammerteil die Zündverzugszeiten für verschiedene Brenn stoffe optimal angepaßt werden kann.Another advantage of the invention is that by adjusting the temperature at the entrance to the second Combustion chamber part the ignition delay times for different combustion fabrics can be optimally adjusted.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An sprüchen gekennzeichnet.Advantageous and expedient developments of the invention Task solving are in the other dependent An sayings marked.

Im folgenden wird anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Ver ständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Gleiche Elemente sind in den verschiedenen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungs richtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben. In the following, exemplary embodiments will be described with reference to the drawings the invention explained in more detail. All for immediate ver are not necessary elements of the invention omitted. The same elements are in the different Figures with the same reference numerals. The flow The direction of the media is indicated by arrows.

Brief description of the drawings

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Brennkammer, als Ringbrennkammer konzipiert, mit zwei Brennkammerteilen,Designed Fig. 1, a combustion chamber and an annular combustion chamber, with two combustion chamber parts,

Fig. 2 einen Brenner in perspektivischer Darstellung, entsprechend aufgeschnitten, Fig. 2 is cut to a burner in a perspective view, corresponding to,

Fig. 3-5 entsprechende Schnitte durch verschiedene Ebenen des Brenners, Fig. 3-5 show corresponding sections through different levels of the burner,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung des Wirbel-Genera tors, Fig. 6 is a perspective view of the vortex genera tors,

Fig. 7 eine Ausführungsvariante des Wirbel-Genenerators, Fig. 7 shows a variant embodiment of the vortex Genenerators,

Fig. 8 eine Anordnungsvariante des Wirbel-Generators nach Fig. 7, Fig. 8 shows a variant of arrangement of the vortex generator of FIG. 7,

Fig. 9 einen Wirbel-Generators im Vormischkanal, Fig. 9 is a vortex generator in the premixing,

Fig. 10-16 Varianten der Brennstoffzuführung im Zusammen hang mit Wirbel-Generatoren. Fig. 10-16 variants of the fuel supply in connection with vortex generators.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwerbbarkeitWAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION, MERCHANTABILITY

Fig. 1 zeigt, wie aus der Wellenachse 16 hervorgeht, eine Ringbrennkammer, welche im wesentlichen die Form eines zusam menhängenden annularen oder quasi-annularen Zylinders auf weist. Darüber hinaus kann eine solche Brennkammer auch aus einer Anzahl von axial, quasi-axial oder schraubenförmig an geordneten und einzeln in sich abgeschlossenen Brennräumen bestehen. An sich kann die Brennkammer auch aus einem einzi gen Rohr bestehen. Die Ringbrennkammer gemäß Fig. 1 besteht aus einer ersten 1 und einer zweiten Stufe 2, welche nachein ander geschaltet sind, und wobei die zweite Stufe 2 auch die eigentliche Verbrennungszone 11 einschließt. Die erste Stufe 1 besteht in Strömungsrichtung zunächst aus einer Anzahl von in Umfangsrichtung angeordneten Brennern 100, wobei dieser Brenner weiter unter näher beschrieben wird. Was die folgende Beschreibung der Brennkammer gemäß Fig. 1 betrifft, wird al lein auf die gezeigte Schnittebene abgestellt. Selbstver ständlich sind alle Komponenten der Brennkammer in entspre chender Anzahl in Umfangsrichtung angeordnet. Stromauf des genannten Brenners 100 wirkt ein nicht gezeigter Kompressor 18, in welchem die angesaugte Luft komprimiert wird. Die dann vom Kompressor gelieferte Luft weist einen Druck von 10-40 bar auf. Ein Anteil von 30-60% der verdichteten Luft strömt in den Brenner 100, dessen Betreibungsweise unter den Fig. 2-5 näher beschrieben wird. Vorgängig der Einströmung in den Brenner 100 wird dieser Anteil Luft 115 auf eine Temperatur von 500-700°C aufgewärmt. Dies geschieht, indem diese Luft vorgängig direkt als Kühlluft für die Brennkammer verwendet wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, diese Luft 115 durch nicht gezeigte Wärmetauscher strömen zu lassen. Durch diese Vorwärmung und reduzierten Anteil im ersten Brennkammerteil fallen die NOx-Emissionen sehr niedrig aus, in der Größenordnung von 1-3 vppm. Am Ende dieses ersten Brennkammerteils 1 steht somit ein weitgehend NOx-freies Heißgas 4 zur Verfügung. Nach dem Austritt aus dem ersten Brennkammerteil 1 strömen die Heißgase 4 in eine Zuströmzone 5 und dort werden sie auf ca. 80-120 m/s beschleunigt. Die Zuströmzone 5 ist innenseitig und in Umfangsrichtung der Ka nalwand 6 mit einer Reihe von wirbelerzeugenden Elementen 200, im folgenden nur noch Wirbel-Generatoren genannt, be stückt, auf welche weiter unten noch näher eingegangen wird. Die Heißgase 4 werden in diesem Bereich durch Wandkühlef fekte und durch Eindüsung der restlichen Luft 17, vorzugs weise durch Effusionskühlung, wobei diese Eindüsung vorzugs weise auch über die Wirbel-Generatoren 200 vorgenommen wird, auf eine Temperatur von 800-1100°C gebracht. Die Gesamtluft wird sodann von den Wirbel-Generatoren 200 derart verdrallt, daß in der anschließenden Vormischstrecke 7 keine Rezirku lationsgebiete mehr im Nachlauf der genannten Wirbel-Genera toren 200 auftreten. Innerhalb dieser Vormischstrecke 7, die als Venturikanal ausgebildet sein kann, sind mehrere Brennstofflanzen 8 disponiert, welche die Zuführung eines Brenn stoffes 9 und einer Stützluft 10 übernehmen. Die Zuführung dieser Medien zu den einzelnen Brennstofflanzen 8 kann be spielsweise über eine nicht gezeigte Ringleitung vorgenommen werden, wobei die Brennstoffzuführung auch über in die Wir bel-Generatoren 200 integrierte Brennstofflanzen 3 vorgenom men werden kann. Die von den Wirbel-Generatoren 200 ausgelö ste Drallströmung sorgt für eine großräumige Verteilung des eingebrachten Brennstoffes 9, allenfalls auch der zugemisch ten Stützluft 10 zu einem Brennstoff/Luft-Gemisch 19. Des weiteren sorgt die Drallströmung für eine Homogenisierung des Gemisches aus Verbrennungsluft und Brennstoff. Der durch die Brennstofflanze 8 in die Heißgase 4 eingedüste Brennstoff 9 löst eine Selbstzündung aus, soweit diese Heißgase 4 jene spezifische Temperatur aufweisen, welche die brennstoffabhän gige Selbstzündung auszulösen vermag. Wird die Ringbrennkam mer mit einem gasförmigen Brennstoff betrieben, muß für die Inizierung einer Selbstzündung eine Temperatur der Heißgase 4 größer 800°C vorliegen, die hier auch vorhanden ist. Bei einer solchen Verbrennung besteht, wie bereits oben gewür digt, an sich die Gefahr eines Flammenrückschlages. Dieses Problem wird behoben, indem einerseits die Vormischzone 7 als Venturikanal (nicht näher gezeigt) ausgebildet wird, anderer seits indem die Eindüsung des Brennstoffes 9 im Bereich der größten Einschnürung in der Vormischzone 7 disponiert wird. Durch die Verengung in der Vormischzone 7 wird die Turbulenz durch die Anhebung der Axialgeschwindigkeit vermindert, was die Rückschlaggefahr durch die Verminderung der turbulenten Flammengeschwindigkeit minimiert wird. Andererseits wird die großräumige Verteilung des Brennstoffes 9 weiterhin gewähr leistet, da die Umfangskomponente der von den Wirbel-Genera toren 200 stammenden Drallströmung nicht beeinträchtigt wird. Hinter der relativ kurz gehaltenen Vormischzone 7 schließt sich die Verbrennungszone 11 an. Der Übergang zwischen der beiden Zonen wird durch einen radialen Querschnittssprung 12 gebildet, der zunächst den Durchflußquerschnitt der Verbren nungszone 11 indiziert. Im Bereich des Querschnittssprunges 12 stellt sich auch eine Flammenfront 21 ein. Um eine Rück zündung der Flamme ins Innere der Vormischzone 7 zu vermeiden muß die Flammenfront 21 stabil gehalten werden. Zu diesem Zweck werden die Wirbel-Generatoren 200 so ausgelegt, daß in der Vormischzone 7 noch keine Rezirkulation stattfindet; erst nach der plötzlichen Querschnittserweiterung findet das Auf platzen der Drallströmung statt. Die Drallströmung unter stützt das schnelle Wiederanlegen der Strömung hinter dem Querschnittssprung 12, so daß durch die möglichst vollständige Ausnutzung des Volumens der Verbrennungszone 11 ein ho her Ausbrand bei kurzer Baulänge erzielt werden kann. Inner halb dieses Querschnittssprunges 12 bildet sich während des Betriebes eine strömungsmäßige Randzone, in welcher durch den dort vorherrschenden Unterdruck Wirbelablösungen entste hen, welche dann zu einer Stabilisierung der Flammenfront 21 führen. Diese Eckwirbel 20 bilden auch die Zündzonen inner halb der zweiten Stufe 2. Die in der Verbrennungszone 11 be reitgestellten heißen Arbeitsgase 13 beaufschlagen anschließend eine stromab wirkende Turbine 14. Die Abgase aus dieser Turbine können anschließend zum Betrieb eines Dampf kreislaufes herangezogen werden, wobei im letztgenannten Fall die Schaltung dann eine Kombianlage ist. Fig. 1 shows, as can be seen from the shaft axis 16 , an annular combustion chamber which essentially has the shape of a coherent annular or quasi-annular cylinder. In addition, such a combustion chamber can also consist of a number of axially, quasi-axially or helically arranged and individually closed combustion chambers. As such, the combustion chamber can also consist of a single pipe. The annular combustion chamber according to Fig. 1 comprises a first 1 and a second stage 2, which are connected one after the other, and wherein the second stage 2 also includes the actual combustion zone 11. The first stage 1 in the flow direction initially consists of a number of burners 100 arranged in the circumferential direction, this burner being described further below. As far as the following description of the combustion chamber according to FIG. 1 is concerned, it is placed alone on the sectional plane shown. Of course, all components of the combustion chamber are arranged in a corresponding number in the circumferential direction. A compressor 18 , not shown, in which the intake air is compressed acts upstream of the burner 100 mentioned. The air then supplied by the compressor has a pressure of 10-40 bar. A portion of 30-60% of the compressed air flows into the burner 100 , the mode of operation of which is described in more detail in FIGS. 2-5. Prior to the inflow into the burner 100 , this portion of air 115 is heated to a temperature of 500-700 ° C. This is done by previously using this air directly as cooling air for the combustion chamber. Another possibility is to let this air 115 flow through heat exchangers, not shown. This preheating and reduced proportion in the first part of the combustion chamber result in very low NOx emissions, in the order of 1-3 vppm. A largely NOx-free hot gas 4 is thus available at the end of this first combustion chamber part 1 . After emerging from the first combustion chamber part 1 , the hot gases 4 flow into an inflow zone 5 and there they are accelerated to approximately 80-120 m / s. The inflow zone 5 is on the inside and in the circumferential direction of the channel wall 6 with a number of vortex-generating elements 200 , hereinafter referred to as vortex generators, which will be discussed in more detail below. The hot gases 4 are fect in this area by wall cooling effects and by injecting the remaining air 17 , preferably by effusion cooling, this injecting also being carried out via the vortex generators 200 , to a temperature of 800-1100 ° C. The total air is then swirled by the vortex generators 200 such that in the subsequent premixing section 7 no more recirculation areas occur in the wake of the vortex generators 200 mentioned . Within this pre-mixing section 7 , which can be designed as a venturi channel, several fuel lances 8 are arranged, which take over the supply of a fuel 9 and a supporting air 10 . The supply of these media to the individual fuel lances 8 can be made, for example, via a ring line, not shown, the fuel supply also being possible via fuel lances 3 integrated into the wire generators 200 . The swirl flow initiated by the vortex generators 200 ensures a large-scale distribution of the introduced fuel 9 , and possibly also the admixed supporting air 10 to form a fuel / air mixture 19 . In addition, the swirl flow ensures homogenization of the mixture of combustion air and fuel. The injected by the fuel lance 8 in the hot gases 4 fuel 9 triggers auto-ignition, provided that these hot gases 4 have the specific temperature which is capable of triggering the fuel-dependent auto-ignition. If the Ringbrennkam mer is operated with a gaseous fuel, a temperature of the hot gases 4 greater than 800 ° C. must be present for the initiation of self-ignition, which is also present here. With such a combustion, as already acknowledged above, there is a risk of a flashback. This problem is remedied by, on the one hand, the premixing zone 7 being designed as a venturi channel (not shown in more detail) and, on the other hand, by disposing the fuel 9 in the area of the largest constriction in the premixing zone 7 . The narrowing in the premixing zone 7 reduces the turbulence by increasing the axial speed, which minimizes the risk of kickback by reducing the turbulent flame speed. On the other hand, the large-scale distribution of the fuel 9 is still guaranteed, since the peripheral component of the swirl flow originating from the vortex generators 200 is not impaired. The combustion zone 11 follows the relatively short premixing zone 7 . The transition between the two zones is formed by a radial cross-sectional jump 12 , which initially indicates the flow cross section of the combustion zone 11 . A flame front 21 also occurs in the area of the cross-sectional jump 12 . To avoid back ignition of the flame inside the premix zone 7 , the flame front 21 must be kept stable. For this purpose, the vortex generators 200 are designed such that no recirculation takes place in the premixing zone 7 ; only after the sudden cross-sectional expansion does the swirl flow burst. The swirl flow supports the rapid reapplication of the flow behind the cross-sectional jump 12 , so that a high burnout can be achieved with a short overall length by using the volume of the combustion zone 11 as fully as possible. Within this cross-sectional jump 12 , a flow-like edge zone is formed during operation, in which vortex detachments arise due to the negative pressure prevailing there, which then lead to stabilization of the flame front 21 . These corner vortices 20 also form the ignition zones within half of the second stage 2 . The hot working gases 13 provided in the combustion zone 11 are then applied to a downstream turbine 14 . The exhaust gases from this turbine can then be used to operate a steam circuit, the circuit then being a combination system in the latter case.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit ein Einsetzen der Nachverbrennung im Strömungskanal ausgeschlossen ist. Bei Verbrennung von Öl kann durch Wasserzugabe eine unmittelbare Zündung verhindert werden. Zur Stabilisierung der Nachverbrennung dient, wie be reits erläutert, der Querschnittssprung 12. In den Eckwirbeln 20 erfolgt aufgrund der langen Aufenthaltszeit die Selbstzün dung des-Gemisches. Die Flammenfront 21 schreitet zur Mitte der Verbrennungszone 11 hin fort. Kurz stromab des Vereini gungspunktes beider Flammenfrontpartien ist auch der CO-Aus brand abgeschlossen. Typische Verbrennungstemperaturen sind 1300-1600°C. Das Verfahren, Brennstoff in ein Heißgas einzu düsen, ist prädestiniert, nur wenig NOx zu produzieren, in unserem Fall 1-2 vppm.In summary, it can be said that the onset of afterburning in the flow channel is impossible due to the high flow rate. If oil is burned, water can be prevented from igniting immediately. As already explained, the cross-sectional jump 12 serves to stabilize the afterburning. In the corner vertebrae 20 the self-ignition of the mixture takes place due to the long residence time. The flame front 21 progresses towards the center of the combustion zone 11 . The CO burnout is also completed shortly downstream of the point where the two flame front parts meet. Typical combustion temperatures are 1300-1600 ° C. The process of injecting fuel into a hot gas is predestined to produce very little NOx, in our case 1-2 vppm.

Das vorgeschlagene Verfahren besitzt auch ein sehr gutes Ver halten hinsichtlich eines breiten Lastbereiches. Da die Mi schung in der ersten Stufe 1 immer weitgehend konstant gehal ten wird, können auch die UHC- oder CO-Emissionen verhindert werden. Die konstante Temperatur am Eintritt in die zweite Stufe 2 stellt eine sichere Selbstzündung des Gemisches si cher, unabhängig von der Brennstoffmenge in der zweiten Stufe 2. Die Eintrittstemperatur ist weiterhin hoch genug, um einen ausreichenden Ausbrand in der zweiten Stufe 2 auch bei gerin ger Brennstoffmenge zu erreichen. Die Leistungsregelung über die Gasturbinenlast erfolgt im wesentlichen durch die Anpas sung der Brennstoffmenge in der zweiten Stufe 2.The proposed method also has a very good behavior with respect to a wide load range. As the mixture is always kept largely constant in the first stage 1 , UHC or CO emissions can also be prevented. The constant temperature at the entrance to the second stage 2 ensures reliable self-ignition of the mixture, regardless of the amount of fuel in the second stage 2 . The inlet temperature is still high enough to achieve sufficient burnout in the second stage 2 even with a small amount of fuel. The power control via the gas turbine load is essentially carried out by adjusting the amount of fuel in the second stage 2 .

Die erste Stufe 1 wird als Leerlauf-Brennkammer gefahren, die zweite Stufe 2 als einstufige Last-Brennkammer betrieben.The first stage 1 is operated as an idle combustion chamber, the second stage 2 is operated as a single-stage load combustion chamber.

Um den Aufbau des Brenners 100 besser zu verstehen, ist es von Vorteil, wenn gleichzeitig zu Fig. 2 die einzelnen Schnitte nach den Fig. 3-5 herangezogen werden. Des weite ren, um Fig. 2 nicht unnötig unübersichtlich zu gestalten, sind in ihr die nach den Fig. 3-5 schematisch gezeigten Leitbleche 121a, 121b nur andeutungsweise aufgenommen worden. Im folgenden wird bei der Beschreibung von Fig. 2 nach Bedarf auf die restlichen Fig. 3-5 hingewiesen. In order to better understand the structure of the burner 100 , it is advantageous if the individual sections according to FIGS. 3-5 are used simultaneously with FIG. 2. Furthermore, in order not to make FIG. 2 unnecessarily confusing, the guide plates 121 a, 121 b shown schematically in FIGS. 3-5 have only been hinted at in it. In the description of FIG. 2, reference is made below to the remaining FIGS. 3-5 as required.

Der Brenner 100 nach Fig. 2 besteht aus zwei hohlen kegelför migen Teilkörpern 101, 102, die versetzt zueinander ineinan dergeschachtelt sind. Die Versetzung der jeweiligen Mittel achse oder Längssymmetrieachse 201b, 202b der kegeligen Teil körper 101, 102 zueinander schafft auf beiden Seiten, in spiegelbildlicher Anordnung, jeweils einen tangentialen Lufteintrittsschlitz 119, 120 frei (Fig. 3-5), durch welche die Verbrennungsluft 115 in Innenraum des Brenners 100, d. h. in den Kegelhohlraum 114 strömt. Die Kegelform der gezeigten Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung weist einen bestimm ten festen Winkel auf. Selbstverständlich, je nach Betrieb seinsatz, können die Teilkörper 101, 102 in Strömungsrichtung eine zunehmende oder abnehmende Kegelneigung aufweisen, ähn lich einer Trompete resp. Tulpe. Die beiden letztgenannten Formen sind zeichnerisch nicht erfaßt, da sie für den Fach mann ohne weiteres nachempfindbar sind. Die beiden kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen je einen zylindrischen Anfangsteil 101a, 102a, die ebenfalls, analog den kegeligen Teilkörpern 101, 102, versetzt zueinander verlaufen, so daß die tangen tialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 über die ganze Länge des Brenners 100 vorhanden sind. Im Bereich des zylindrischen Anfangsteils ist eine Düse 103 untergebracht, deren Eindüsung 104 in etwa mit dem engsten Querschnitt des durch die kegeli gen Teilkörper 101, 102 gebildeten Kegelhohlraum 114 zusam menfällt. Die Eindüsungskapazität und die Art dieser Düse 103 richtet sich nach den vorgegebenen Parametern des jeweiligen Brenners 100. Selbstverständlich kann der Brenner 100 rein kegelig, also ohne zylindrische Anfangsteile 101a, 102a, aus gebildet sein. Die kegeligen Teilkörper 101, 102 weisen des weiteren je eine Brennstoffleitung 108, 109 auf, welche ent lang der tangentialen Eintrittsschlitze 119, 120 angeordnet und mit Eindüsungsöffnungen 117 versehen sind, durch welche vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 113 in die dort durchströmende Verbrennungsluft 115 eingedüst wird, wie dies die Pfeile 116 versinnbildlichen wollen. Diese Brennstofflei tungen 108, 109 sind vorzugsweise spätestens am Ende der tan gentialen Einströmung, vor Eintritt in den Kegelhohlraum 114, plaziert, dies um eine optimale Luft/Brennstoff-Mischung zu erhalten. Im Bereich der Zuströmzone 5 geht die Ausgangsöff nung des Brenners 100 in eine Frontwand 110 über, in welcher eine Anzahl Bohrungen 110a vorhanden sind. Die letztgenannten treten bei Bedarf in Funktion, und sorgen dafür, daß Verdün nungsluft oder Kühlluft 110b dem vorderen Teil der Zuström zone 5 zugeführt wird. Bei dem durch die Düse 103 herange führten Brennstoff handelt es sich vorzugsweise um einen flüssigen Brennstoff 112, der allenfalls mit einem rückge führten Abgas angereichert sein kann. Dieser Brennstoff 112 wird unter einem spitzen Winkel in den Kegelhohlraum 114 ein gedüst. Aus der Düse 103 bildet sich sonach ein kegeliges Brennstoffprofil 105, das von der tangential einströmenden rotierenden Verbrennungsluft 115 umschlossen wird. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes 112 fortlau fend durch die einströmenden Verbrennungsluft 115 zu einer optimalen Gemisch abgebaut. Wird der Brenner 100 mit einem gasförmigen Brennstoff 113 betrieben, so kann dies auch über die Brennstoffdüse 103 geschehen, vorzugsweise aber geschieht dies über Öffnungsdüsen 117, wobei die Bildung dieses Brenn stoff/Luft-Gemisches direkt am Ende der Lufteintrittsschlitze 119, 120 zustande kommt. Bei der Eindüsung des Brennstoffes 112 über die Brennstoffdüse 103 wird am Ende des Brenners 100 die optimale, homogene Brennstoffkonzentration über den Quer schnitt erreicht. Ist die Verbrennungsluft 115 zusätzlich vorgeheizt oder mit einem rückgeführten Abgas angereichert, so unterstützt dies die Verdampfung des flüssigen Brennstof fes 112 nachhaltig. Die gleichen Überlegungen gelten auch, wenn über die Leitungen 108, 109 statt gasförmige flüssige Brennstoffe zugeführt werden. Bei der Gestaltung der kegeli gen Teilkörper 101, 102 hinsichtlich des Kegelwinkels und der Breite der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 sind an sich enge Grenzen einzuhalten, damit sich das gewünschte Strömungsfeld der Verbrennungsluft 115 am Ausgang des Bren ners 100 einstellen kann. Die kritische Drallzahl stellt sich am Ausgang des Brenners 100 ein: Dort bildet sich auch eine Rückströmzone (Vortex Breakdown) mit einer flammenstabilisie renden Wirkung ein. Allgemein ist zu sagen, daß eine Mini mierung des Querschnittes der tangentialen Lufteintritts schlitze 119, 120 prädestiniert ist, eine Rückströmzone 106 zu bilden. Die Konstruktion des Brenners 100 eignet sich des weiteren vorzüglich, die Größe der tangentialen Luftein trittsschlitze 119, 120 zu verändern, womit ohne Veränderung der Baulänge des Brenners 100 eine relativ große betriebli che Bandbreite erfaßt werden kann. Selbstverständlich sind die Teilkörper 101, 102 auch in einer anderen Ebene zueinan der verschiebbar, wodurch sogar eine Überlappung derselben angesteuert werden kann. Es ist sogar möglich, die Teilkörper 101, 102 durch eine gegenläufige drehende Bewegung spiralar tig ineinander zu verschachteln.The burner 100 of FIG. 2 consists of two hollow kegelför shaped body parts 101 , 102 which are nested offset in one another. The offset of the respective central axis or longitudinal axis of symmetry 201 b, 202 b of the tapered partial body 101 , 102 to each other creates a tangential air inlet slot 119 , 120 on both sides, in a mirror-image arrangement ( FIGS. 3-5), through which the combustion air 115 flows into the interior of the burner 100 , ie flows into the cone cavity 114 . The conical shape of the partial bodies 101 , 102 shown in the flow direction has a determined fixed angle. Of course, depending on the operation, the partial bodies 101 , 102 may have an increasing or decreasing cone inclination in the flow direction, similar to a trumpet or. Tulip. The latter two forms are not included in the drawing, since they are readily understandable for the specialist. The two conical partial bodies 101 , 102 each have a cylindrical initial part 101 a, 102 a, which likewise, analogously to the conical partial bodies 101 , 102 , are offset from one another, so that the tangent air inlet slots 119 , 120 are present over the entire length of the burner 100 are. In the area of the cylindrical initial part, a nozzle 103 is accommodated, the injection 104 coincides approximately with the narrowest cross section of the conical cavity 114 formed by the conical partial bodies 101 , 102 . The injection capacity and the type of this nozzle 103 depend on the specified parameters of the respective burner 100 . Of course, the burner 100 can be made purely conical, that is to say without cylindrical starting parts 101 a, 102 a. The conical sub-bodies 101 , 102 each further have a fuel line 108 , 109 , which are arranged along the tangential inlet slots 119 , 120 and are provided with injection openings 117 , through which a gaseous fuel 113 is preferably injected into the combustion air 115 flowing through there, as the arrows 116 symbolize. These fuel lines 108 , 109 are preferably placed at the latest at the end of the tan gential inflow, before entering the cone cavity 114 , in order to obtain an optimal air / fuel mixture. In the area of the inflow zone 5 , the exit opening of the burner 100 merges into a front wall 110 in which a number of bores 110 a are present. The latter come into operation when necessary, and ensure that dilution air or cooling air 110 b is supplied to the front part of the inflow zone 5 . The fuel brought up through the nozzle 103 is preferably a liquid fuel 112 , which may at most be enriched with a recirculated exhaust gas. This fuel 112 is injected into the cone cavity 114 at an acute angle. A conical fuel profile 105 is thus formed from the nozzle 103 and is enclosed by the rotating combustion air 115 flowing in tangentially. In the axial direction, the concentration of the fuel 112 is continuously reduced to an optimal mixture by the incoming combustion air 115 . If the burner 100 is operated with a gaseous fuel 113 , this can also be done via the fuel nozzle 103 , but preferably this is done via opening nozzles 117 , the formation of this fuel / air mixture occurring directly at the end of the air inlet slots 119 , 120 . When the fuel 112 is injected via the fuel nozzle 103 , the optimum, homogeneous fuel concentration is achieved across the cross-section at the end of the burner 100 . If the combustion air 115 is additionally preheated or enriched with a recirculated exhaust gas, this sustainably supports the evaporation of the liquid fuel 112 . The same considerations also apply if, instead of gaseous, liquid fuels are supplied via the lines 108 , 109 . In the design of the conical sub-bodies 101 , 102 with respect to the cone angle and the width of the tangential air inlet slots 119 , 120 , strict limits are to be adhered to so that the desired flow field of the combustion air 115 at the outlet of the burner 100 can be set. The critical number of swirls is set at the outlet of burner 100 : A backflow zone (vortex breakdown) with a flame-stabilizing effect also forms there. In general, it can be said that a mini mation of the cross section of the tangential air inlet slots 119 , 120 is predestined to form a backflow zone 106 . The construction of the burner 100 is also excellent to change the size of the tangential air inlet slots 119 , 120 , so that a relatively large operating range can be detected without changing the length of the burner 100 . Of course, the partial bodies 101 , 102 can also be shifted towards one another in another plane, as a result of which even an overlap thereof can be controlled. It is even possible to interleave the partial bodies 101 , 102 in a spiral manner by counter-rotating motion.

Aus Fig. 3-5 geht nunmehr die geometrische Konfiguration der Leitbleche 121a, 121b hervor. Sie haben Strömungseinleitungs funktion, wobei diese, entsprechend ihrer Länge, das jewei lige Ende der kegeligen Teilkörper 101, 102 in Anströmungs richtung gegenüber der Verbrennungsluft 115 verlängern. Die Kanalisierung der Verbrennungsluft 115 in den Kegelhohlraum 114 kann durch Öffnen bzw. Schließen der Leitbleche 121a, 121b um einen im Bereich des Eintritts dieses Kanals in den Kegelhohlraum 114 plazierten Drehpunkt 123 optimiert werden, insbesondere ist dies vonnöten, wenn die ursprüngliche Spaltgröße der tangentialen Lufteintrittsschlitze 119, 120 aus oben genannten Motiven zu verändern ist. Selbstverständlich können diese dynamische Vorkehrungen auch statisch vorgesehen werden, indem bedarfsmäßige Leitbleche einen festen Bestand teil mit den kegeligen Teilkörpern 101, 102 bilden. Ebenfalls kann der Brenner 100 auch ohne Leitbleche betrieben werden, oder es können andere Hilfsmittel hierfür vorgesehen werden. From Fig. 3-5 now the geometric configuration of the baffles is 121 a, 121 b projecting. They have flow introduction function, which, depending on their length, extend the respective end of the tapered partial body 101 , 102 in the direction of flow relative to the combustion air 115 . The channeling of the combustion air 115 into the cone cavity 114 can be optimized by opening or closing the guide plates 121 a, 121 b about a pivot point 123 placed in the region of the entry of this channel into the cone cavity 114 , in particular this is necessary if the original gap size of the tangential air inlet slots 119 , 120 is to be changed from the above motives. Of course, these dynamic arrangements can also be provided statically, in that guide baffles, if required, form a fixed component with the conical partial bodies 101 , 102 . Burner 100 can also be operated without baffles, or other aids can be provided for this.

In den Fig. 6, 7 und 8 ist die eigentliche Zuströmzone 5 nicht dargestellt. Dargestellt ist hingegen durch einen Pfeil die Strömung der Heißgase 4, womit auch die Strömungsrich tung vorgegeben ist. Gemäß diesen Figuren besteht ein Wir bel-Generator 200, 201, 202 im wesentlichen aus drei frei um strömten dreieckigen Flächen. Es sind dies eine Dachfläche 210 und zwei Seitenflächen 211 und 213. In ihrer Längser streckung verlaufen diese Flächen unter bestimmten Winkeln in Strömungsrichtung. Die Seitenwände der Wirbel-Generatoren 200, 201, 202, welche vorzugsweise aus rechtwinkligen Dreiec ken bestehen, sind mit ihren Längsseiten auf der bereits an gesprochenen Kanalwand 6 fixiert, vorzugsweise gasdicht. Sie sind so orientiert, daß sie an ihren Schmalseiten einen Stoß bilden unter Einschluß eines Pfeilwinkels α. Der Stoß ist als scharfe Verbindungskante 216 ausgeführt und steht senkrecht zu jeder Kanalwand 6, mit welcher die Seitenflächen bündig sind. Die beiden den Pfeilwinkel α einschließenden Seitenflächen 211, 213 sind in Fig. 4 symmetrisch in Form, Größe und Orientierung, sie sind beidseitig einer Symmetrie achse 217 angeordnet, welche gleichgerichtet wie die Ka nalachse ist.The actual inflow zone 5 is not shown in FIGS . 6, 7 and 8. On the other hand, an arrow shows the flow of the hot gases 4 , which also specifies the direction of flow. According to these figures, a we bel generator 200 , 201 , 202 consists essentially of three freely flowing triangular surfaces. These are a roof surface 210 and two side surfaces 211 and 213 . In their longitudinal extension, these surfaces run at certain angles in the direction of flow. The side walls of the vortex generators 200 , 201 , 202 , which preferably consist of right-angled triangles, are fixed with their long sides on the already mentioned channel wall 6 , preferably gas-tight. They are oriented in such a way that they form a joint on their narrow sides, including an arrow angle α. The joint is designed as a sharp connecting edge 216 and is perpendicular to each channel wall 6 with which the side surfaces are flush. The two side surfaces 211 , 213 enclosing the arrow angle α are symmetrical in FIG. 4 in shape, size and orientation, they are arranged on both sides of a symmetry axis 217 which is aligned in the same way as the channel axis.

Die Dachfläche 210 liegt mit einer quer zum durchströmten Ka nal verlaufenden und sehr schmal ausgebildeten Kante 215 an der gleichen Kanalwand 6 an wie die Seitenflächen 211, 213. Ihre längsgerichteten Kanten 212, 214 sind bündig mit den in den Strömungskanal hineinragenden, längsgerichteten Kanten der Seitenflächen 211, 213. Die Dachfläche 210 verläuft unter einem Anstellwinkel Θ zur Kanalwand 6, deren Längskanten 212, 214 bilden zusammen mit der Verbindungskante 216 eine Spitze 218. Selbstverständlich kann der Wirbel-Generator 200, 201, 202 auch mit einer Bodenfläche versehen sein, mit welcher er auf geeignete Weise an der Kanalwand 6 befestigt ist. Eine derartige Bodenfläche steht indessen in keinem Zusammenhang mit der Wirkungsweise des Elementes. The roof surface 210 lies with a very narrowly designed edge 215 running transversely to the flow through the channel and on the same channel wall 6 as the side surfaces 211 , 213 . Its longitudinal edges 212 , 214 are flush with the longitudinal edges of the side surfaces 211 , 213 which protrude into the flow channel. The roof surface 210 extends at an angle of attack Θ to the channel wall 6 , the longitudinal edges 212 , 214 of which , together with the connecting edge 216, form a point 218 . Of course, the vortex generator 200 , 201 , 202 can also be provided with a bottom surface with which it is attached to the channel wall 6 in a suitable manner. Such a floor area is, however, unrelated to the mode of operation of the element.

Die Wirkungsweise des Wirbel-Generators 200, 201, 202 ist die folgende: Beim Umströmen der Kanten 212 und 214 wird die Hauptströmung in ein Paar gegenläufiger Wirbel umgewandelt, wie dies in den Figuren schematisch skizziert ist. Die Wirbelachsen liegen in der Achse der Hauptströmung. Die Drallzahl und der Ort des Wirbelaufplatzens (Vortex Break down), sofern letzteres angestrebt wird, werden durch ent sprechende Wahl des Anstellwinkels e und des Pfeilwinkels a bestimmt. Mit steigenden Winkeln wird die Wirbelstärke bzw. die Drallzahl erhöht, und der Ort des Wirbelaufplatzens ver schiebt sich stromaufwärts bis hin in den Bereich des Wirbel-Generators 200, 201, 202 selbst. Je nach Anwendung sind diese beiden Winkel Θ und α durch konstruktive Gegebenheiten und durch den Prozeß selbst vorgegeben. Angepaßt werden müssen diese Wirbel-Generatoren nur noch bezüglich Länge und Höhe, wie dies weiter unten unter Fig. 9 noch detailliert zur Aus führung gelangen wird.The mode of operation of the vortex generator 200 , 201 , 202 is as follows: When flowing around the edges 212 and 214 , the main flow is converted into a pair of opposing vortices, as is schematically outlined in the figures. The vortex axes lie in the axis of the main flow. The number of swirls and the location of the vortex breakdown (vortex breakdown), if the latter is aimed for, are determined by a corresponding choice of the angle of attack e and the arrow angle a. With increasing angles, the vortex strength or the number of swirls is increased, and the location of the vortex burst is shifted upstream into the region of the vortex generator 200 , 201 , 202 itself. Depending on the application, these two angles Θ and α are due to structural conditions and dictated by the process itself. These vortex generators only have to be adjusted in terms of length and height, as will be explained in more detail below under FIG. 9.

In Fig. 6 bildet die Verbindungskante 216 der beiden Seiten flächen 211, 213 die stromabwärtsseitige Kante des Wirbel-Ge nerators 200. Die quer zum durchströmten Kanal verlaufende Kante 215 der Dachfläche 210 ist somit die von der Kanalströ mung zuerst beaufschlagte Kante.In Fig. 6, the connecting edge 216 of the two side surfaces 211 , 213 forms the downstream side edge of the vortex generator 200 . The edge 215 of the roof surface 210 extending transversely to the flow through the channel is thus the edge first acted upon by the channel flow.

In Fig. 7 ist ein sogenannter halber "Wirbel-Generator" auf der Basis eines Wirbel-Generators nach Fig. 6 gezeigt. Beim hier gezeigten Wirbel-Generator 201 ist nur die eine der bei den Seitenflächen mit dem Pfeilwinkel α/2 versehen. Die an dere Seitenfläche ist gerade und in Strömungsrichtung ausge richtet. Im Gegensatz zum symmetrischen Wirbel-Generator wird hier nur ein Wirbel an der gepfeilten Seite erzeugt, wie dies in der Figur versinnbildlicht wird. Demnach liegt stromab dieses Wirbel-Generators kein wirbelneutrales Feld vor, son dern der Strömung wird ein Drall aufgezwungen. FIG. 7 shows a so-called half "vortex generator" based on a vortex generator according to FIG. 6. In the vortex generator 201 shown here, only the one of the side surfaces is provided with the arrow angle α / 2. The other side surface is straight and aligned in the direction of flow. In contrast to the symmetrical vortex generator, only one vortex is generated on the arrowed side, as is shown in the figure. Accordingly, there is no vortex-neutral field downstream of this vortex generator, but a swirl is imposed on the flow.

Fig. 8 unterscheidet sich gegenüber Fig. 6 insoweit, als hier die scharfe Verbindungskante 216 des Wirbel-Generators 202 jene Stelle ist, welche von der Kanalströmung zuerst beauf schlagt wird. Das Element ist demnach um 180° gedreht. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, haben die beiden gegen läufigen Wirbel ihren Drehsinn geändert. Fig. 8 differs from Fig. 6 insofar as here the sharp connecting edge 216 of the vortex generator 202 is the point which is hit first by the channel flow. The element is therefore rotated by 180 °. As can be seen from the illustration, the two have changed their sense of rotation against common vortexes.

Fig. 9 zeigt die grundsätzliche Geometrie eines in einem Ka nal 5 eingebauten Wirbel-Generators 200. In der Regel wird man die Höhe h der Verbindungskante 216 mit der Kanalhöhe H, oder der Höhe des Kanalteils, welchem dem Wirbel-Generator zugeordnet ist, so abstimmen, daß der erzeugte Wirbel unmit telbar stromab des Wirbel-Generators 200 bereits eine solche Größe erreicht, dergestalt, daß damit die volle Kanalhöhe H ausgefüllt wird. Dies führt zu einer gleichmäßigen Geschwin digkeitsverteilung in dem beaufschlagten Querschnitt. Ein weiteres Kriterium, das Einfluß auf das zu wählende Verhält nis der beiden Höhen h/H nehmen kann, ist der Druckabfall, der beim Umströmen des Wirbel-Generators 200 auftritt. Es versteht sich, daß mit größerem Verhältnis h/H auch der Druckverlustbeiwert ansteigt. Fig. 9 shows the basic geometry of a vortex generator 200 installed in a channel 5 . In general, you will adjust the height h of the connecting edge 216 with the channel height H, or the height of the channel part, which is assigned to the vortex generator, so that the generated vortex immediately downstream of the vortex generator 200 already reaches such a size , so that the full channel height H is filled. This leads to a uniform speed distribution in the loaded cross section. Another criterion that can influence the ratio of the two heights h / H to be selected is the pressure drop that occurs when the vortex generator 200 flows around. It is understood that the pressure loss coefficient also increases with a larger ratio h / H.

Die Wirbel-Generatoren 200, 201, 202 werden hauptsächlich dort eingesetzt, wo es darum geht, zwei Strömungen miteinan der zu mischen. Die Hauptströmung 4 als Heißgase attackiert in Pfeilrichtung die quergerichtete Kante 215, respektiv die Verbindungskante 216. Die Sekundärströmung in Form eines gas förmigen und/oder flüssigen Brennstoffes, der allenfalls mit einem Anteil Stützluft angereichert ist (Vgl. Fig. 1), weist einen wesentlichen kleineren Massenstrom als die Hauptströ mung auf. Diese Sekundärströmung wird im vorliegenden Fall stromab des Wirbel-Generators in die Hauptströmung eingelei tet, wie dies aus Fig. 1 besonders gut hervorgeht.The vortex generators 200 , 201 , 202 are mainly used when it comes to mixing two flows with each other. The main flow 4 as hot gases attacks the transverse edge 215 or the connecting edge 216 in the direction of the arrow. The secondary flow in the form of a gaseous and / or liquid fuel, which is possibly enriched with a portion of supporting air (see FIG. 1), has a substantially smaller mass flow than the main flow. This secondary flow is introduced in the present case downstream of the vortex generator into the main flow, as can be seen particularly well from FIG. 1.

Im dargestellten Beispiel gemäß Fig. 1 sind vier Wirbel-Ge neratoren 200 mit Abstand über den Umfang des Kanals 5 ver teilt. Selbstverständlich können die Wirbel-Generatoren in Umfangsrichtung auch so aneinander gereiht werden, daß keine Zwischenräume an der Kanalwand 6 freigelassen werden. Für die Wahl der Anzahl und der Anordnung der Wirbel-Generatoren ist letzlich der zu erzeugenden Wirbel entscheidend.In the example shown in FIG. 1, four vortex Ge generators 200 are divided ver at a distance across the circumference of the channel 5 . Of course, the vortex generators can also be lined up in the circumferential direction so that no gaps are left on the channel wall 6 . The vortices to be generated are ultimately decisive for the choice of the number and the arrangement of the vortex generators.

Die Fig. 10-16 zeigen weitere mögliche Formen der Einfüh rung des Brennstoffes in die Heißgase 4. Diese Varianten können auf vielfältige Weise miteinander und mit einer zen tralen Brennstoffeindüsung, wie sie beispielsweise aus Fig. 1 hervorgeht, kombiniert werden. Figs. 10-16 show other possible shapes of the imposition of the fuel in the hot gases. 4 These variants can be combined in a variety of ways with one another and with a central fuel injection, such as that shown in FIG. 1.

In Fig. 10 wird der Brennstoff, zusätzlich zu Kanalwandboh rungen 220, die sich stromabwärts der Wirbel-Generatoren be finden, auch über Wandbohrungen 221 eingedüst, die sich un mittelbar neben der Seitenflächen 211, 213 und in deren Längserstreckung in der gleichen Kanalwand 6 befinden, an der die Wirbel-Generatoren angeordnet sind. Die Einleitung des Brennstoffes durch die Wandbohrungen 221 verleiht den erzeug ten Wirbeln einen zusätzlichen Impuls, was die Lebensdauer des Wirbel-Generators verlängert.In Fig. 10, the fuel, in addition to Kanalwandboh stanchions 220 , which are located downstream of the vortex generators, are also injected via wall bores 221 , which are un directly next to the side surfaces 211 , 213 and in their longitudinal extent in the same channel wall 6 on which the vortex generators are arranged. The introduction of the fuel through the wall bores 221 gives the generated vortices an additional impulse, which extends the life of the vortex generator.

In Fig. 11 und 12 wird der Brennstoff über einen Schlitz 222 oder über Wandbohrungen 223 eingedüst, wobei sich beide Vor kehrungen unmittelbar vor der quer zum durchströmten Kanal verlaufenden Kante 215 der Dachfläche 210 und in deren Längserstreckung in der gleichen Kanalwand 6 befinden, an der die Wirbel-Generatoren angeordnet sind. Die Geometrie der Wandbohrungen 223 oder des Schlitzes 222 ist so gewählt, daß der Brennstoff unter einem bestimmten Eindüsungswinkel in die Hauptströmung 4 eingegeben wird und den nachplazierten Wir bel-Generator als Schutzfilm gegen die heiße Hauptströmung 4 durch Umströmung weitgehend abschirmt.In Figs. 11 and 12, the fuel is injected through a slot 222 or via wall holes 223, both being Before precautions immediately before the running transversely to the duct through which flow edge 215 of the top surface 210 and in their longitudinal extent in the same duct wall 6, at the the vortex generators are arranged. The geometry of the wall bores 223 or 222 of the slot is selected so that the fuel is fed into the main flow 4 at a certain injection angle and the nachplazierten We bel-generator shields largely as a protective film against the hot mainstream flow around 4 by.

In den nachstehend beschriebenen Beispielen wird die Sekun därströmung (Vgl. oben) zunächst über nicht gezeigte Führun gen durch die Kanalwand 6 ins hohle Innere der Wirbel-Genera toren eingeleitet. Damit wird, ohne weitere Dispositiven vor zusehen, eine interne Kühlmöglichkeit für die Wirbel-Genera toren geschaffen.In the examples described below, the secondary flow (see above) is initially introduced into the hollow interior of the vortex generators via channels (not shown) through the channel wall 6 . This creates an internal cooling facility for the vortex generators without having to provide any additional equipment.

In Fig. 13 wird der Brennstoff über Wandbohrungen 224 einge düst, welche sich innerhalb der Dachfläche 210 unmittelbar hinter und entlang der quer zum durchströmten Kanal verlau fenden Kante 215. Die Kühlung des Wirbel-Generators erfolgt hier mehr extern als intern. Die austretende Sekundärströmung bildet beim Umströmen der Dachfläche 210 eine diese gegen die heiße Hauptströmung 4 abschirmende Schutzschicht.In Fig. 13, the fuel is injected via wall bores 224 , which are located inside the roof area 210 immediately behind and along the edge 215 extending transversely to the flowed channel. The vortex generator is cooled more externally than internally here. The secondary flow emerging forms a protective layer shielding the hot main flow 4 when it flows around the roof surface 210 .

In Fig. 14 wird der Brennstoff über Wandbohrungen 225 einge düst, welche innerhalb der Dachfläche 210 entlang der Symme trielinie 217 gestaffelt angeordnet sind. Mit dieser Variante werden die Kanalwände 6 besonders gut vor der heißen Haupt strömung 4 geschützt, da der Brennstoff zunächst am Außenumfang der Wirbel eingeführt wird.In Fig. 14, the fuel is injected via wall bores 225 , which are staggered within the roof surface 210 along the symmetry line 217 . With this variant, the channel walls 6 are particularly well protected from the hot main flow 4 , since the fuel is first introduced on the outer circumference of the vortex.

In Fig. 15 wird der Brennstoff über Wandbohrungen 226 einge düst, die sich in den längsgerichteten Kanten 212, 214 der Dachfläche 210 befinden. Diese Lösung gewährleistet eine gute Kühlung der Wirbel-Generatoren, da der Brennstoff an dessen Extremitäten austritt und somit die Innenwandungen des Ele mentes voll umspült. Die Sekundärströmung wird hier direkt in den entstehenden Wirbel hineingegeben, was zu definierten Strömungsverhältnissen führt.In Fig. 15, the fuel is injected via wall holes 226 is located in the longitudinally directed edges 212, 214 of the top surface 210. This solution ensures good cooling of the vortex generators, since the fuel escapes from its extremities and thus completely flushes the inner walls of the element. The secondary flow is fed directly into the resulting vortex, which leads to defined flow conditions.

In Fig. 16 geschieht die Eindüsung über Wandbohrungen 227, die sich in den Seitenflächen 211 und 213 befinden, einer seits im Bereich der Längskanten 212 und 214, andererseits im Bereich der Verbindungskante 216. Diese Variante ist wir kungsähnlich wie jene aus Fig. 10 (Bohrungen 221) und aus Fig. 15 (Bohrungen 226).In Fig. 16, the injection via wall holes 227 which are located in the side surfaces 211 and 213 on the one hand in the region of the longitudinal edges 212 and 214, on the other hand in the region of the connecting edge 216 occurs. This variant is similar to that of FIG. 10 (bores 221 ) and FIG. 15 (bores 226 ).

BezugszeichenlisteReference list

1 Erste Stufe
2 Zweite Stufe
3 Alternativ-Brennstofflanze
4 Heißgase, Hauptströmung
5 Zuströmzone, Kanal der Zuströmzone
6 Kanalwand der Zuströmzone
7 Vormischzone
8 Brennstofflanze
9 Brennstoff
10 Stützluft
11 Verbrennungszone
12 Querschnittssprung
13 Heiße Arbeitsgase
14 Turbine
16 Wellenachse
17 Restluft, von der ursprünglichen Verdichterluft
18 Kompressor
19 Brennstoff/Luft-Gemisch
20 Eckenwirbel, Zündzonen
21 Flammenfront
100 Brenner
101, 102 Teilkörper
101a, 102a Zylindrische Anfangsteile
101b, 102b Längssymmetrieachsen
103 Brennstoffdüse
104 Brennstoffeindüsung
105 Brennstoffeindüsungsprofil
108, 109 Brennstoffleitungen
110 Frontwand
110a Luftbohrungen
110b Kühlluft
112 Flüssiger Brennstoff
113 Gasförmiger Brennstoff
114 Kegelhohlraum
115 Verbrennungsluft
116 Brennstoff-Eindüsung
117 Brennstoffdüsen
119, 120 Tangentiale Lufteintrittsschlitze
121a, 121b Leitbleche
123 Drehpunkt der Leitbleche
200, 201, 202 Wirbel-Generatoren
210 Dachfläche
211, 213 Seitenflächen
212, 214 Längsgerichtete Kanten
215 Querverlaufende Kante
216 Verbindungskante
217 Symmetrieachse
218 Spitze
220-227 Bohrungen zur Eindüsung eines Brennstoffes
L, h, Abmessungen des Wirbel-Generators
H Höhe des Kanals
α Pfeilwinkel
Θ Anstellwinkel 1 first stage
2 Second stage
3 Alternative fuel lance
4 hot gases, main flow
5 inflow zone, channel of the inflow zone
6 channel wall of the inflow zone
7 premix zone
8 fuel lance
9 fuel
10 supporting air
11 combustion zone
12 cross-sectional jump
13 Hot working gases
14 turbine
16 shaft axis
17 Residual air, from the original compressor air
18 compressor
19 Fuel / air mixture
20 corner swirls, ignition zones
21 flame front
100 burners
101 , 102 partial body
101 a, 102 a cylindrical initial parts
101 b, 102 b axes of longitudinal symmetry
103 fuel nozzle
104 Fuel injection
105 Fuel injection profile
108 , 109 fuel lines
110 front wall
110 a air holes
110 b cooling air
112 Liquid fuel
113 Gaseous fuel
114 cone cavity
115 combustion air
116 Fuel injection
117 fuel nozzles
119 , 120 Tangential air inlet slots
121 a, 121 b baffles
123 pivot point of the guide plates
200 , 201 , 202 vortex generators
210 roof area
211 , 213 side faces
212 , 214 Longitudinal edges
215 transverse edge
216 connecting edge
217 axis of symmetry
218 top
220-227 holes for fuel injection
L, h, dimensions of the vortex generator
H height of the channel
α arrow angle
Θ angle of attack

Claims

1. Combustion chamber, which essentially consists of a first stage ( 1 ) and a downstream second stage ( 2 ), the first stage ( 1 ) downstream and the second stage ( 2 ) upstream of turbomachines ( 18 , 14 ) are arranged, characterized in that the first stage ( 1 ) has at the head at least one burner ( 100 ) for forming egg nes hot gas ( 4 ) that vortex generators ( 200 , 201 , 202 ) are arranged on the downstream side of the burner ( 100 ) That the outflow side of the vortex generators ( 200 , 201 , 202 ), a gaseous and / or liquid fuel ( 9 ) can be injected into the main flow, that the second stage ( 2 ) following in the flow direction has a cross-sectional jump ( 12 ) the initial flow cross section of the second stage ( 2 ) is indicated, and that the burner ( 100 ) can be operated with a portion of compressor air ( 115 ), while the remaining portion of compressor air ( 17 ) can be injected downstream of the burner ( 100 ).

2. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that a vortex generator ( 200 ) has three freely flowing surfaces which extend in the direction of flow, one of which forms the roof surface ( 210 ) and the other two the side surfaces ( 211 , 213 ) that the side surfaces ( 211 , 213 ) with a same wall segment of the channel ( 5 ) are flush and enclose with each other the arrow angle (α) that the Dachflä surface ( 210 ) with a transverse to the flow channel ( 5 ) duri fende edge ( 215 ) on the same wall segment of the channel ( 6 ) as the side surfaces ( 211 , 213 ), and that longitudinal edges ( 212 , 214 ) of the roof surface ( 210 ) flush with the longitudinal edges of the channel ( 5 ) protruding Be tenflächen ( 211 , 213 ) and are at an angle of attack (Θ) to the wall segment of the channel ( 5 ).

3. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the two side surfaces ( 211 , 213 ) of the vortex generator ( 200 ) enclosing the arrow angle (α) are arranged symmetrically about an axis of symmetry ( 217 ).

4. Combustion chamber according to claim 2, characterized in that the two the arrow angle (α, α / 2) including Seitenflä surfaces ( 211 , 213 ) a connecting edge ( 116 ) together, which together with the longitudinal edges ( 212 , 214 ) the roof surface ( 210 ) form a tip ( 218 ), and that the connecting edge ( 216 ) lies in the radial of the circular channel ( 5 ).

5. Combustion chamber according to claim 4, characterized in that the connecting edge ( 216 ) and / or the longitudinal edges ( 212 , 214 ) of the roof surface ( 210 ) is at least approximately sharp.

6. Combustion chamber according to claims 1, 2, 3, 4, characterized in that the axis of symmetry ( 217 ) of the vortex generator ( 200 ) runs parallel to the channel axis, that the connecting edge ( 216 ) of the two side surfaces ( 211 , 213 ) forms the downstream edge of the vortex generator ( 200 ), and that the transverse to the flow channel ( 5 ) extending edge ( 215 ) of the roof surface ( 210 ) is the edge of the main flow ( 4 ) first opened edge.

7. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the ratio height (h) of the vortex generator to the height (H) of the channel ( 5 ) is selected so that the vortex generated immediately bar downstream of the vortex generator ( 200 ) fills the full height (H) of the channel ( 5 ) and the full height (h) of the channel part assigned to the vortex generator ( 200 ).

8. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the burner ( 100 ) consists of at least two hollow, conical, in the flow direction nested partial bodies ( 101 , 102 ), the respective axes of longitudinal symmetry ( 101 b, 102 b) offset from each other that the adjacent walls of the partial bodies ( 101 , 102 ) form tangential channels ( 119 , 120 ) for a combustion air flow ( 115 ) in their longitudinal extension that in the cone cavity ( 114 ) formed by the partial bodies ( 101 , 102 ) at least one fuel nozzle ( 103 ) is available.

9. Combustion chamber according to claim 8, characterized in that further fuel nozzles ( 117 ) are arranged in the region of the tangential channels ( 119 , 120 ) in the longitudinal extension thereof.

10. Combustion chamber according to claim 8, characterized in that the partial body ( 101 , 102 ) expand in the direction of flow at a fixed angle, or have an increasing or decreasing cone inclination.

11. Combustion chamber according to claim 8, characterized in that the partial bodies ( 101 , 102 ) are nested spirally one inside the other.

12. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the Combustion chamber is an annular combustion chamber.

13. Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the section is ventilated so that the vortex generators ( 200 , 201 , 202 ) have an outflow flow, and that the fuel ( 9 ) can be injected in the region of the greatest constriction of the ventilated section.

14. A method of operating a combustion chamber according to claim 1, consisting essentially of a first stage and a downstream second stage, the first stage downstream and the second stage upstream of turbomachines, characterized in that in the first stage ( 1 ) part of the compressor air ( 115 ), which has previously undergone pre-heating, flows in that the remaining part of the compressor air ( 17 ) is entered downstream of the first stage ( 1 ) and upstream of a fuel injection ( 9 ).

15. The method according to claim 14, characterized in that in the first stage (l) a portion of compressor air ( 115 ) of 30-60% is entered, that this compressor air ( 115 ) is preheated to 500-700 ° C, that by mixing the remaining portion of compressor air ( 17 ) an air mixture with a temperature of 800-1050 ° C of the combustion is provided.