EP1199516A1

EP1199516A1 - Brenner

Info

Publication number: EP1199516A1
Application number: EP01123615A
Authority: EP
Inventors: Rolf Dr. Dittmann; Christian Dr. Steinbach
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2000-10-11
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2002-04-24
Anticipated expiration: 2021-10-02
Also published as: US20040139748A1; US6901760B2; DE10050248A1; EP1199516B1; US20020124549A1; DE50108888D1

Abstract

Ein aerodynamisch stabilisierter Vormischbrenner besteht im wesentlichen aus einem Drallerzeuger (100) zum Erzeugen eines verdrallten Verbrennungsluftstroms (141), und aus Mitteln zum Einbringen wenigstens einer Brennstoffmenge (142) in diesen Verbrennungsluftstrom. Weiterhin ist der Brenner vorteilhaft mit einer Vorrichtung (112) zur Einbringung einer axialen Luftströmung (145) in das Zentrum der erzeugten Drallströmung (144) versehen. Erfindungsgemäss ist diese Luftströmung steuerbar gestaltet, um somit die Lage und Intensität der flammenstabilisierenden Rückströmzone (123) an der Brennermündung zu beeinflussen. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung beschreibt einen Brenner für einen Wärmeerzeuger gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Aus der EP 0 321 809, aus der EP 0 780 629, aus der WO 9317279, sowie aus der EP 0 945 677 sind Vormischbrenner bekanntgeworden, bei denen ein Verbrennungsluftstrom über einen Drallerzeuger tangential in einen Brennerinnenraum eingebracht und mit Brennstoff vermischt wird. am Brenneraustritt platzt die entstehende Wirbelströmung an einem Querschnittssprung auf, wodurch eine Rückströmzone induziert wird, welche im Betrieb des Brenners zur Stabilisierung einer Flamme dient.

Die axiale Lage der sich einstellenden Rückströmzone ist von entscheidender Bedeutung für die Stabilisierung der Flamme, und wird ihrerseits wesentlich durch die axiale Strömung im Zentrum des Brenner bestimmt. Ist diese axiale Strömung zu schwach, so wandert das Rezirkulationsgebiet und mithin die Flamme ins Brennerinnere. Dabei besteht die Gefahr des Rückzündens der Flamme und sukzessive der Überhitzung des Brenners. Ist umgekehrt die axiale Strömung zu stark, kann die Rückströmzone vom Brenneraustritt ablösen und instabil werden. Die Folge können starke schädliche Verbrennungspulsationen oder gar ein Verlöschen der Flamme sein.

Zusammenfassend ist also die axiale Strömung im Zentrum eines Brenners der eingangs genannten Art von grosser Bedeutung für den stabilen und sicheren Betrieb. Es ist daher auch bekannt, bei derartigen Brennern durch eine zentrale Lufteindüsung eine definierte axiale Zentralströmung zu erzeugen. Gleichwohl ergibt sich auch bei diesen Brennern bei unterschiedlichen Betriebszuständen eine mehr oder weniger günstige Lage der Rückströmzone. So ist bei Vollast eine axiale Strömung wünschenswert, welche stark genug ist, um die Flamme sicher ausserhalb des Brenners zu halten. Hingegen muss bei niedriger Belastung des Brenners verhindert werden, dass die Axialströmung die Rückströmzone unzulässig weit von der Brennermündung wegtreibt; der axiale Impuls der Zentralströmung sollte also eher gering sein.

Aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen sind nicht in der Lage, unter alle Betriebsbedingungen eine optimale axiale Position der Rückströmzone einzustellen.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, einen Brenner der eingangs genannten Art mit einer zentralen Eindüsungsvorrichtung so zu versehen, dass der axiale Impuls der zentralen Luftströmung in allen Betriebsbereichen zu einer optimalen Flammenstabilisierung und - positionierung anpassbar ist.

Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem besagte Eindüsungsvorrichtung verstellbare Elemente zur Veränderung eines Durchströmquerschnittes der Eindüsungsvorrichtung aufweist.

Kern der Erfindung ist also, den Brenner mit einer variablen Geometrie der Zentraleindüsung zu versehen. Auf diese Weise ist es möglich, den Axialimpuls der Zentralströmung den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen. Dies ermöglicht es, Lage und Intensität der Rückströmzone gezielt zu beeinflussen. Hierdurch wird es in besonders vorteilhafter Weise möglich, bei geringer Brennerlast die zentral eingebrachte Luftmenge zu verringern, dergestalt, dass die Rückströmzone sich sehr nahe an der Brennermündung oder teilweise sogar noch im Brennerinnenraum ausbildet, woraus eine überlegene Flammenstabilität resultiert. Bei hoher Last und hohen Flammentemperaturen hingegen ist der Flame an sich bereits eine höhere Stabilität inhärent. Hier kann die zentral eingebrachte Luftmenge vergrössert werden, dergestalt, dass die Rückströmzone zuverlässig eine Strecke stromab der Brennermündung zu liegen kommt. Eine thermische Überlastung des Brenners wird dadurch vermieden.

Der Einsatz eines erfindungsgemässen Brenners ist auch dann besonders vorteilhaft, wenn das Stromfeld der Verbrennungsluftströmung aufgrund veränderlicher Massenströme oder Temperaturen variiert. Solche Bedingungen liegen auch und gerade in den Brennkammern von Gasturbinen bei Lastvariationen vor. Durch unterschiedliche Ansaugluft-Massenströme Verdichterenddrücke variieren die Zustände am Verdichteraustritt und die Zuströmbedingungen am Brennkammereintritt erheblich. Hierdurch ausgelöste Variationen der Lage der Rückströmzone können bei einem erfindungsgemässen Brenner durch eine Verstellung der Geometrie der zentralen Eindüsungsvorrichtung ausgeglichen werden.

Die Ausführung der verstellbaren zentralen Eindüsungsvorrichtung kann auf unterschiedlichste Weisen realisiert werden; zwei, insbesondere im Kontext von Gasturbinenanwendungen, bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen 2 und 3 beschrieben.

Die Erfindung beruht auf Vormischbrennern, welche aus dem eingangs zitierten Stand der Technik dem Fachmann als solche wohlbekannt und geläufig sind. Die Erfindung kann ohne weiteres mit allen in den dort zitierten Schriften offenbarten, und den aus diesen Schriften weitergebildeten, an sich dem Fachmann geläufigen, Drallerzeuger- und Brennerbauarten, kombiniert werden, welche durch die in den Unteransprüchen angegebenen Vorzugsvarianten nur unvollständig reflektiert werden.

Die Steuerung der Zentralluftströmung kann nach unterschiedlichen Kriterien sinnvoll durchgeführt werden. Erwähnenswert und vorteilhaft wäre hier beispielsweise eine Steuerung in Abhängigkeit von der Brennerlast oder von einer gemessenen Materialtemperatur zu nennen.

Ein weiteres Betriebsverfahren ergibt sich beim vorteilhaften Betrieb in den Brennkammern von Gasturbinen. Hier dient die variable Zentralgeometrie in Verbindung mit den dem Fachmann geläufigen Betriebskonzepten für Gasturbinen mit Vormischbrennern weiterhin dazu, einen schadstoffarmen und gleichzeitig stabilen, pulsationsfreien Betrieb zu gewährleisten. Eine Variation der Bedingungen an einzelnen Brennern kann schliesslich gezielt eingesetzt werden, um akustische Resonanzen in der Brennkammer durch ein Verstimmen einzelner Brenner zu unterbinden.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Weg zur Ausführung der Erfindung

Als eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 1 ein Vormischbrenner dargestellt, wie er an sich aus der EP 0 321 809 bekanntgeworden ist. Der Brenner besteht im wesentlichen aus einem Drallerzeuger 100 für einen Verbrennungsluftstrom, welcher aus zwei kegelförmigen Teilkörpern 101, 102 gebildet ist. In dem in der Fig. 2 dargestellten Querschnitt ist erkennbar, dass die Teilkörper 101 und 102 mit ihren Achsen 101 a und 102 a gegenüber der Brennerachse 100a wie auch gegenseitig lateral versetzt angeordnet sind. Aufgrund dieses lateralen Versatzes der Teilkörper sind zwischen den Teilkörpern tangentiale Einlassschlitze 121 ausgebildet. Durch die tangentialen Einlassschlitze 121 strömt ein Verbrennungsluftstrom 141 im wesentlichen tangential in den Innenraum 122 des Drallerzeugers ein. Es ist selbstverständlich auch möglich, einen derartigen Drallerzeuger mit einer anderen Anzahl von Teilkörpern auszuführen; in Fig. 3 ist der vollkommen analoge Aufbau mit Beispielsweise 4 Drallerzeuger-Teilkörpern 101, 102, 103 und 104 dargestellt, mit den gegeneinander versetzten Achsen 101 a, 102a, 103a, 104a der Teilkörper. Wieder mit Bezug auf Figur 1 bildet sich im Inneren des Drallerzeugers sich in Folge eine Drallströmung 144 aus, deren axiale Strömungskomponente zu einer stromabwärtigen Mündung des Drallerzeugers hin weist. Die Teilkörper 101, 102 grenzen an einem stromabwärtigen Ende des Drallerzeugers an eine Frontplatte 108. Die Frontplatte 108 bildet üblicherweise die Stirnwand eines Brennraumes 50 aus, und ist häufig auf in der Figur nicht dargestellte und auch nicht erfindungswesentliche Weise gekühlt. Der Innenraum 122 des Drallerzeugers weist im wesentlichen die Form eines sich von einem stromaufwärtigen zu einem stromabwärtigen Ende des Drallerzeugers respektive Brenners erweiternden Kegelstumpfes auf. Der so gebildete axiale Strömungsquerschnitt weist an einem stromabwärtigen Ende, an der Mündung in den Brennraum 50, eine sprunghafte Querschnittserweiterung auf. Durch den Querschnittssprung kommt es zum Aufplatzen der Wirbelströmung 144, und zur Ausbildung einer Rückströmzone 123 im Bereich der Brennermündung. Im Drallerzeuger wird der Verbrennungslluftströmung auf geeignete Weise eine Brennstoffmenge zugeführt. Im Ausführungsbeispiel sind in axialer Richtung des Drallerzeugers, im Bereich der tangentialen Einlassschlitze 121, Brennstoffleitungen 111 entlang der Teilkörper angeordnet. Im Ausführungsbeispiel sind Reihen von Brennstoff-Austrittsbohrungen 1111 zu erkennen. Eine Brennstoffmenge 142 wird über die Brennstoffleitungen 111 herangeführt, und strömt über die Brennstoffaustrittsöffnungen 1111 in den Innenraum 122 des Drallerzeugers 100. Diese Art der Brennstoffzumischung findet häufig und bevorzugt mit gasförmigen Brennstoffen Verwendung. Im Innenraum des Drallerzeugers kommt es zu einer intensiven Vermischung der Brennstoffmenge 142 mit der tangential einströmenden Verbrennungsluft 141. Am Austritt aus dem Brenner in den Brennraum 50 liegt in der Drallströmung 144 ein sehr homogenes Gemisch von Luft und Brennstoff vor. Im Bereich der Rückströmzone 123 kann sich eine Flamme aus dem vorgemischten Luft-Brennstoffgemisch stabilisieren. Aufgrund der guten Vormischung von Luft und Brennstoff kann diese Flamme unter Vermeidung stöchiometrischer Zonen mit der Ausbildung von "Hot Spots" mit einem recht hohen Luftüberschuss - in der Regel findet man am Brenner selbst Luftzahlen von zwei und darüber - betrieben werden. Aufgrund dieser vergleichsweise kühlen Verbrennungstemperaturen können mit derartigen Brennern sehr geringe Stickoxidemissionen ohne aufwendige Abgasnachbehandlung erreicht werden. Aufgrund der guten Vormischung des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft und einer guten Flammenstabilisierung durch die Rückströmzone kommt es weiterhin trotz der geringen Verbrennungstemperaturen zu einem guten Ausbrand und damit auch geringen Emissionen an teil- und unverbranntem, insbesondere also Kohlenmonoxid und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, aber auch anderen unerwünschten organischen Verbindungen. Weiterhin erweist sich die rein aerodynamische Flammenstabilisierung durch das Aufplatzen der Wirbelströmung 144 ("Vortex Breakdown") als vorteilhaft. Durch den Verzicht auf mechanische Flammenhalter kommen an sich keine mechanischen Bauteile in Berührung mit der Flamme. Das gefürchtete Versagen mechanischer Flammenhalter aufgrund von Überhitzung mit eventuell nachfolgenden schwerwiegenden Havarien von Maschinensätzen ist somit ausgeschlossen. Weiterhin verliert die Flamme ausser durch Strahlung keine Wärme an kalte Wände. Dies trägt zusätzlich zur Vergleichmässigung der Flammentemperatur und somit geringen Schadstoffemissionen und guter Verbrennungsstabilität bei. Ein entscheidender Faktor für das Betriebsverhalten eines solchen Brenners, wie er in der Figur angegeben ist, ist die Lage der Rückströmzone 123. Diese wiederum wird wesentlich durch die Drallzahl, grob gesagt, das Verhältnis der Umfangskomponente zur Axialkomponente der Wirbelströmung 144, bestimmt: Ist die Rotationsgeschwindigkeit der Wirbelströmung 144 gross, so bildet sich eine breite Rückströmzone aus. Unter diesen Bedingungen bildet sich eine robuste, nahe an der Brenneröffung liegende Rückströmzone und damit im Betrieb eine stabile Verbrennungszone aus. Dies sind Bedingungen, wie sie im Interesse einer guten Flammenstabilität bei niedrigen Brennerlasten, also hohen Brennerluftzahlen gewünscht und zur Stabilisierung der mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen brennenden Flamme auch notwendig sind. Andererseits bildet sich bei den hohen Drallzahlen der Verbrennungsluftströmung entlang der Brennerachse ein Gebiet niedrigen Druckes aus, welches die Rückströmzone und damit die Flamme gleichsam in das Brennerinnere hineinsaugt. Dies ist aber bei hohen Brennerlasten unerwünscht. Bei Vollast dieses Brenners operiert dieser mit Luftzahlen in einem Bereich von 2, im Extremfall auch noch bei brennstoffreicheren Bedingungen, beispielsweise bei Luftzahlen von 1.7, 1.5, oder gar 1.3, wobei aber in jedem Falle Luftzahlen im Bereich zwischen 2.5 und 2, bevorzugt etwa 2.3, erreicht werden. Die Verbrennungszone weist daher deutlich höhere Temperaturen auf, als im Teillastgebiet, wo Brennerluftzahlen von 3 oder 4 auftreten, und ist an sich wesentlich stabiler. Es wird bei hohen Lasten also keine so ausgeprägte Rückströmzone benötigt. Es besteht im Gegenteil die Gefahr, dass Heissgas aus der Verbrennungszone entlang der Brennerachse in den Brenner hinein eingesaugt wird. Ein solches Rückzünden kann einerseits die Integrität des Brenners, im Extremfall eines ganzen Maschinensatzes, gefährden. Auf der anderen Seite kann sich ein Flip-Flop-Effekt der Flamme zwischen zwei Verbrennungsmoden innerhalb und ausserhalb des Brenners aufschaukeln. Weiterhin ist für eine hohe Last eine räumlich grösser verteilte Verbrennungszone erwünscht. Zusammenfassend wäre also festzustellen, dass hier eine geringere Drallzahl der Wirbelströmung 144 wünschenswert und realisierbar ist, was aber den Betriebsbereich zu kleinen Lasten hin wieder einschränkt. Um die Gefahr des Flammenrückschlages zu verringern, ist es auch bekannt, zentral eine axiale Luftströmung in den Brenner einzubringen, was das Teillastverhalten des Brenners wiederum negativ beeinflusst, da die Rückströmzone von der Brennermündung fortgetrieben wird. Letztlich müssen die konstruktiv vorzugebenden Strömungsparameter der Verbrennungsluftströmung immer einen Kompromiss darstellen, nicht zuletzt auch aufgrund der Tatsache, dass beispielsweise beim Einsatz in Gasturbinen die Zuströmbedingungen der Verbrennungsluft zum Brenner in Bezug auf den Massenstrom, die Temperatur und den Druck stark variieren, so, dass es ohnehin schwierig ist, eine definierte Verbrennungsluftströmung zu schaffen. Hier schlägt die Erfindung vor, auf an sich bekannte Weise entlang der Brennerachse, respektive der Drallerzeugerachse 100a eine axiale Zentralströmung 145 ins Zentrum des Brenners einzubringen. Zur Anpassung an die Betriebsbedingungen ist die Zentralströmung variabel ausgeführt. In der ersten Vorzugsvariante findet sich zentral am kopfseitigen Ende des Brenners, also am stromaufwärtigen Ende, eine Eindüsungsvorrichtung 112. Die hier dargestellte Eindüsungsvorrichtung besteht aus einem Durchströmkörper 1121. Dieser ist im Ausführungsbeispiel im wesentlichen ein hohlgebohrter Zylinder, mit einer offenen Stirnseite, und einem Stirnseite, die einem Boden 1124 aufweist. Dabei weist der Boden 1124 eine Öffnung 1125 auf, deren Durchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Zylinderbohrung. Der Durchströmkörper 1121 endet mit der offenen Seite stumpf an einem anströmseitigen, das heisst stromaufwärtigen Ende des Brenners oder des Drallerzeugers 100, während der Boden 1124 mit seiner Öffnung zum Inneren 122 des Brenners hin weist. Hierdurch wird ein Luftstrom, welcher von der Anströmseite her zum Brenner strömt, grösstenteils durch die tangentialen Einlassschlitze 121 als Verbrennungsluft 141 tangential in den Brenner geführt; ein Teilstrom aber, abhängig vom Durchströmquerschnitt der Eindüsungsvorrichtung, strömt als axialer Luftstrom 145 entlang der Brennerachse 100a in das Zentrum des Brenners ein, und beeinflusst durch den zusätzlichen axialen Impuls die axiale Lage der Rückströmzone 123. In den Durchströmkörper 1121 ist koaxial ein verstellbarer Zentralkörper 1122 eingesetzt. Dieser verjüngt sich an einem Ende mit einem Konus 1123. Dieser Konus ragt wenigstens in einer axialen Position des Zentralkörpers in die Öffnung des Bodens des Durchströmkörpers hinein. Durch eine axiale Verstellung des Zentralkörpers 1122 versperrt der Konus 1123 die Öffnung in einem unterschiedlichen Ausmasse, und definiert so den engsten Durchströmquerschnitt der Eindüsungsvorrichtung 112. Durch eine axiale Verstellung des als Steuerkörper dienenden Zentralkörpers kann die axiale Zentralströmung 145 gesteuert und damit auch die Lage und Intensität des Rückströmzone 123 verändert werden. Die erfindungsgemässe Ausführung des an sich bekannten Vormischbrenners ermöglicht es also, die Intensität der Zentralströmung an die Betriebsbedingungen des Brenners anzupassen. Der stabile und sichere Betriebsbereich des Brenners wird somit nochmals wesentlich erweitert.

Bei den Vormischbrennern, auf welche die Erfindung bevorzugt Anwendung findet, wird häufig Brennstoff auch zentral zugeführt, wobei diese Brennstoffzuführung sowohl alternativ als auch ergänzend zu der oben beschriebenen Brennstoffzuführung über die Leitungen 111 Anwendung findet. Ein solcher Brenner ist in Fig. 4 dargestellt Der Brenner ist in wesentlichen Elementen insbesondere im Bezug auf den Drallerzeuger 100 und die Zufuhr der Brennstoffmenge 142, vollkommen identisch zu dem in Fig. 1 dargestellten Brenner aufgebaut, weshalb sich eine detaillierte Beschreibung erübrigt, und die folgenden Ausführungen sich auf die Unterschiede dieser zweiten bevorzugten Ausführungsform beschränken können. Einerseits sind am Frontsegment 108 Filmkühlbohrungen 1081 zu erkennen, durch die eine Kühlluft 148 zur Kühlung des Frontsegmentes strömt. Weiterhin findet sich kopfseitig, d.h. am stromaufwärtigen Ende, des Drallerzeugers eine zentrale Brennstoffdüse. üblicherweise wird über eine solche zentrale Düse Flüssigbrennstoff oder sogenanntes Pilotgas für den Brenngasbetrieb des Brenners im untersten Teillastbereich in den Verbrennungsluftstrom eingebracht; es kann auch beides kombiniert werden. Der zentral einzubringende Brennstoff 146 wird der Brennstoffdüse 113 über eine Brennstoffleitung 1131 zugeführt. Dargestellt ist im Ausführungsbeispiel in der Figur 4 ein Brennstoffkegel 147, beispielsweise ein Flüssigbrennstoff-spray, welcher sich ausgehend von der zentralen Brennstoffdüse 113 im Inneren 122 des Drallerzeugers ausbreitet, und sich weiter stromab sukzessive mit der Drallströmung 144 vermischt. Üblicherweise wird bei der realen Ausführung eines solchen Brenners, wie er in Figur 4 dargestellt ist, im Gasbetrieb der Hauptbrennstoff als Brennstoffmenge 142, als sogenanntes Vormischgas, zugeführt. Die zentrale Brennstoffzuführung kann verwendet werden, um einerseits das oben erwähnte sogenannte Pilotgas zuzuführen. Weiterhin ist es bekannt, derartige Brenner als Zweistoff- ("Dual Fuel"-) Brenner auszuführen, die sowohl mit gasförmigen wie auch mit flüssigen Brennstoffen betrieben werden können; in diesem Fall findet in der Praxis eine zentrale Flüssigbrennstoffdüse Anwendung. Es ist auch bekannt, sowohl Flüssigbrennstoffdüsen als auch Pilotgaszuführungen im Kopfbereich eines Brenners zu implementieren. Daneben finden im Kopfbereich der Brenner häufig noch Düsen für Wasser- oder Dampfeinspritzung, welche häufig benutzt wird, um beim Öl- oder Pilotgasbetrieb des Brenners eine weitere Reduktion der Stickoxidemissionen zu erreichen. In solchen Fällen liegen im Kopfbereich des Brenners mitunter sehr beengte Platzverhältnisse vor, welche die Verwendung einer Zentralluftzufuhr der Art, wie sie in der ersten bevorzugten Ausführungsform in Figur 1 dargestellt ist, unmöglich machen. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird daher eine ringförmig um die Brennstoffdüse angeordnete Zentralluftzuführung 112 verwendet. Diese ist detaillierter in der Fig. 5 dargestellt. Brennstoffleitung 1131 mit der Brennstoffdüse 113 ist ein im wesentlichen ringförmiger Durchströmkörper 1121 angeordnet. Der Durchströmkörper 1121 ist mit einer Anzahl innerer Steuerbohrungen versehen, und konzentrisch in einem Aussenkörper 1126 angeordnet. Der Aussenkörper 1126 ist mit einer Anzahl äusserer Steuerbohrungen 1127 versehen, wobei jeder äusseren Steuerbohrung 1127 des Aussenkörpers 1126 eine innere Steuerbohrung 1128 des Durchströmkörpers 1121 zugeordnet ist. Die Zentralströmung strömt durch Paare von Steuerbohrungen in den zwischen der Brennstoffleitung 1131 bzw. der Brennstoffdüse 113 und dem Durchströmkörper 1121 gebildeten Ringspalt ein, und von dort axial in den Innenraum 122 des Drallerzeugers aus. Der Aussenkörper 1126 und der Durchströmkörper1121 sind relativ zueinander verdrehbar und/oder axial verschieblich angeordnet. Damit kann der Überdeckungsgrad von inneren Steuerbohrungen 1128 und äusseren Steuerbohrungen 1127, somit also der Durchströmquerschnitt und der Massenstrom der Zentralströmung 145, variiert werden.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform ist in der Fig. 6 dargestellt. Der Brenner 1 ist an einer Brennkammer 20, beispielsweise einer Gasturbine, angeordnet, und mündet in einen Brennraum 50. Luft strömt von einem nicht dargestellten Verdichter in eine Luftkammer 60, welche von einem Gehäuse 4 umschlossen ist. Innerhalb des Gehäuses 4 ist eine Brennerhaube 5 angeordnet, welche wiederum den Brenner 1 umschliesst. Innerhalb der Brennerhaube ist ein Plenum 55 ausgebildet, welches in Fluidverbindung mit der Luftkammer 60 steht. Ein Verbrennungsluftstrom 141 strömt aus der Luftkammer 60 in das Plenum 55 ein, und von dort durch tangentiale Einlassschlitze in das Innere des Brenners 1, wo diese Luft auf die oben beschriebene Weise eine Drallströmung ausbildet und mit Brennstoff vermischt wird. Der Brenner ist auf die oben beschriebene Weise mit einer zentralen Eindüsungsvorrichtung 112 versehen. Die zentrale Eindüsungsvorrichtung ist mit einer Zentralluft-Zuleitung 1129 verbunden. Die Luftkammer 60 ist mit einer Bypassleitung 61 versehen. Die Bypassleitung 61 und die Zentralluft-Zuleitung 1129 sind miteinander derart verbunden, dass ein Zentralluftstrom 145 von der Bypassleitung 61 zur Zentralluft-Zuleitung 1129 strömen kann. In diesem Strömungsweg ist ein verstellbares Drosselorgan 62 als Stellorgan für den Zentralluftstrom 145 angeordnet. Somit kann der Zentralluftstrom ebenfalls wie oben beschrieben variiert und den Lastbedingungen des Brenners angepasst werden. Gegenüber den in den Figuren 1 und 4 dargestellten Ausführungsformen der steuerbaren Zentrallufteindüsung erfordert das hier dargestellte Ausführungsbeispiel einerseits einen erhöhten apparativen Aufwand, da ein Leitungssystem angeordnet werden muss; im Gegenzug kann das mechanisch vergleichsweise empfindliche Stellorgan an einer geeigneten und thermisch geringer belasteten Stelle angeordnet werden.

Eine spezielle Ausführungsform der Zentralluftversorgung mit Stellorgan ist in Fig. 7 gezeigt. Sowohl der Luftbypass 61 als auch die Zentralluft-Zuleitung 1129 münden in einem Überströmraum 63. Innerhalb des Überströmraumes ist eine Drosselklappe 64 angeordnet. Diese ist um eine Achse drehbar gelagert, wie durch den Pfeil in der Zeichnung angedeutet. Durch ein Verdrehen der Drosselklappe 64 kann der freie Strömungsquerschnitt des Überströmraumes verändert werden, woraus eine Variation des Zentralluftstromes 145 resultiert.

Aufgrund des radialen Druckgleichgewichtes, welches durch die bekannte Gleichung w2 r =ρ·dpdr , worin w die Umfangsgeschwindigkeit, r den Abstand von der Achse einer Drallströmung, und p den statischen Druck bedeuten, findet sich im Zentrum einer Drallströmung immer ein Unterdruck. Daher wären prinzipiell auch Ausführungsformen ohne Brennerhaube 5 denkbar.

Der Brenner, wie er im Oberbegriff der Ansprüche gekennzeichnet ist, ist dem Fachmann in unterschiedlichen Ausbildungen geläufig, die sich von den in den Figuren 1, 4, 6 und 7 dargestellten Brennern, die im wesentlichen aus einem kegelförmigen Drallerzeuger bestehen, in der konkreten Ausführung unterscheiden. Gleichwohl sind alle diese Brenner nach einem gemeinsamen Prinzip aufgebaut: Sie weisen einen Drallerzeuger in Form eines Hohlkörpers mit einer Längserstreckung auf, welcher einen Drallerzeuger-Innenraum einschliesst. Der Drallerzeuger weist weiterhin in Richtung der Drallerzeuger-Längsachse erstreckte Einlassschlitze oder in Richtung der Längsachse angeordnete Einlassöffnungen auf, deren Durchströmquerschnitt im wesentlichen eine tangentiale Strömungsrichtung vorgibt. Durch diese Einlassöffnungen strömt Verbrennungsluft mit einer starken tangentialen Geschwindigkeitskomponente in den Drallerzeuger-Innenraum ein, und bildet dort eine Drallströmung mit einer gewissen zur Brennermündung in den Brennraum gerichteten Axialkomponente aus. Zumindest im Bereich der Luft-Einlassöffnungen ist dabei der axiale Srömungsquerschnitt des Drallerzeuger-Innenraums zur Brennermündung hin erweitert. Diese Ausbildung ist günstig, um bei dem in Richtung der Drallerzeugerachse zunehmenden Verbrennungsluft-Massenstrom im Drallerzeuger-Innenraum eine konstante Drallzahl der Drallströmung zu erreichen. Weiterhin weisen diese Brenner Mittel auf, um Brennstoff in die Verbrennungsluft-Strömung einzubringen, welcher sich im Drallerzeuger und in einer fakultativ stromab des Drallerzeugers anzuordnenden Mischzone, beispielsweise einem Mischrohr, möglichst homogen mit der verdrallten Verbrennungsluft vermischt. Am Austritt aus dem Brenner in den Brennraum liegt ein Querschnittssprung des axialen Strömungsquerschnittes vor. Hier kommt es zu einem Aufplatzen der Drallströmung, und der Ausbildung einer zentralen Rückströmzone, die, wie oben bereits ausführlich beschrieben, zur Stabilisierung einer Flamme nutzbar ist.

Es ist beispielsweise aus der EP 0 780 629, welche Schrift im Übrigen einen integrierenden Bestandteil dieser Anmeldung darstellt, bekannt, stromab des Drallerzeugers eines im Oberbegriff gekennzeichneten Brenners ein Mischrohr anzuordnen. Die Realisierung der Erfindung mit einem solchen Brenner ist in Figur 8 beispielhaft dargestellt. Stromab eines kegeligen Drallerzeugers 100, dessen Aufbau und Funktion an dieser Stelle nicht mehr im Detail zu diskutieren ist, ist eine Mischstrecke 200 angeordnet. Der Drallerzeuger ist auf einem Haltering 210 befestigt. In dem Haltering 210 ist weiterhin ein Übergangselement 220 angeordnet. Dieses ist mit einer Anzahl von Übergangskanälen 221 versehen, welche die im Drallerzeuger 100 aus der einströmenden Verbrennungsluft generierte Drallströmung 144 ohne plötzliche Querschnittsänderungen in die Mischstrecke überführt. stromab des Übergangselementes ist das eigentliche Mischrohr 230 angeordnet. In dem Mischrohr kommt es nötigenfalls zu einer weiteren Homogenisierung der Vermischung von Verbrennungsluft und Brennstoff. Aufgrund der gleichmässigen Bereitstellung eines zündfähigen Gemisches über den gesamten Strömungsquerschnitt des Mischrohres besteht die Gefahr, dass eine Flamme entlang der impulsarmen Wandgrenzschichten in das Mischrohr zurückzündet. Daher ist das Mischrohr mit im spitzen Winkel zur Brennerachse verlaufenden Wandfilmbohrungen 231 versehen. Über diese strömt eine Luftmenge 150 in das Mischrohr ein, und bildet dort einen Wandfilm aus. Durch die Beschleunigung respektive Verkleinerung der Wandgrenzschichten einerseits und die Verdrängung zündfähigen Gemisches aus den impulsarmen Bereichen andererseits wird dieses Rückzünden wirkungsvoll unterbunden. Das Mischrohr 230 verfügt an der Mündung in den Brennraum 50 über eine Abrisskante 232, welche ebenfalls die Form und Lage der sich an der Brennermündung ausbildenden Rückströmzone 123 stabilisiert. Das Mischrohr ist an einem gleichzeitig eine Brennraumwand bildenden Frontsegment 108 befestigt, welches in diesem Beispiel über Prallkühlbleche 109 und Prallkühlluft 149 prallgekühlt ist. Neben der Gefahr des Rückzündens entlang der Wandgrenzschichten besteht auch hier die Gefahr des Rückzündens der Flamme entlang der Brennerachse 100a bei hoher Last, oder die Gefahr des Abschwimmens der Rückströmzone 123 mit Flammeninstabilitäten bei niedriger Last. Um dies zu vermeiden, ist auch der in Figur 8 dargestellte Brenner mit einer nicht ausführlich dargestellten steuerbaren Eindüsungsvorrichtung für eine axiale Zentralströmung 145 ausgestattet, die wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wirkt. selbstverständlich kann diese auch hier mit einer zentralen Brennstoffdüse kombiniert sein.

Aus WO 93/17279 und EP 0 945 677 sind gleichfalls Brenner gemäss dem Oberbegriff der Ansprüche bekannt, welche zylindrische Drallerzeuger mit tangentialen Verbrennungslufteinlässen aufweisen. In diesem Zusammenhang ist auch bekannt, im Inneren eines zylindrischen Drallerzeugers einen sich zur Brennermündung hin verjüngenden Verdrängungskörper anzuordnen. Durch einen derartigen Drallerzeuger-Innenkörper können weiterhin die oben angegebenen günstigen Kriterien für den axialen Durchflussquerschnitt des Drallerzeugers, nämlich, dass der axiale Durchflussquerschnitt in axialer Durchströmungsrichtung zunimmt, erfüllt werden. Ausführungsformen solcher Brenner sind in den Figuren 9 und 10 dargestellt. Die erste Ausführungsform in Figur 9 zeigt das Prinzip eines derartigen Brenners. Die Funktionsweise ist hinreichend bekannt und im Zusammenhang mit Figur 1 prinzipiell erläutert; Abweichend von der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Brenners weist die in Fig. 9 dargestellte Ausführungsform allerdings einen kegeligen, sich zur Brennermündung in den Brennraum 50 hin verjüngenden Verdrängungskörper auf. Die Eindüsungsvorrichtung 112 für axiale Zentralströmung 145 wird zweckmässig im Bereich des stromabwärtigen Endes diese Verdrängungskörpers angeordnet. Die Zuströmung zu der Eindüsungsvorrichtung 112 kann mit Vorteil im Inneren des Verdrängungskörpers angeordnet werden; dort findet sich ebenfalls Platz für die erfindungsgemäss am Brenner anzuordnenden Steuerungsmittel. Weiterhin können hier bei Bedarf natürlich problemlos eine zentrale Brennstoffeindüsungen angeordnet werden.

Fig. 10 zeigt eine derartige Ausführung des Brenners, wie sie in der Grundform in der EP 0 945 677 ausführlich beschrieben ist, detaillierter. Der Verdrängungskörper 105 ist hohl und an seinem dem Brennraum 50 zugewandten Ende stumpf ausgebildet. Die Eindüsungsvorrichtung 112 für die axiale Zentralströmung ist innerhalb des hohlen und zur stromaufwärtigen Anströmseite des Brenners offenen Verdrängungskörper 105 angeordnet. Der Massenstrom der Axialströmung 145 kann mittels einem axial verschieblichen Zentralkörper 1122 mit einem Steuerkonus 1123 verändert werden. Dabei ist der eigentliche Steuermechanismus mit dem Konus aus Platzgründen im stromaufwärtigen Teil des Verdrängungskörper-Innenraumes angeordnet. Am stromabwärtigen Ende des Verdrängungskörpers ist im Inneren eine Kammer angeordnet. Zu dieser Kammer führt durch den hohlen Verdrängungskörper hindurch eine Brennstoffleitung 1131, über die der Kammer eine Brennstoffmenge 146 zugeführt wird. Dieser Brennstoff kann über als zentrale Brennstoffdüse wirkende Austrittsöffnungen 113 als zentral eingedüster Brennstoff in den verdrallten Verbrennungsluftstrom 144 strömen. Durch die Steuerung des axial eingebrachten Massenstroms 145 mittels des Steuerkonus 1123 kann die Lage der Rückströmzone 123 den jeweiligen Betriebsbedingungen des Brenners angepasst werden. Selbstverständlich sind hier auch Ausführungen der Brennstoffeindüsung und der Eindüsung der axialen Zentralströmung möglich, bei denen der Brennstoff entlang der Brennerachse 100a eingebracht wird, und die Eindüsungsvorrichtung für die Zentralströmung ringförmig angeordnet ist, etwa analog zu den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausführungsformen.

Selbstverständlich können auch die Brenner mit zylindrischem Drallerzeuger mit einer dem Drallerzeuger stromab nachgeschalteten Mischstrecke versehen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.

Der Einsatz eines Drallerzeugers mit einem zentralen Verdrängungskörper ermöglicht es auch, den Drallerzeuger selbst zur Mündung hin konvergent zu gestalten, und den axialen Diurchströmquerschnitt des Drallerzeuger-Innenraums dennoch divergent zu gestalten. Diese, in Figur 11 dargestellte Variante, ermöglicht einen zur Brennerachse 100a gerichteten Verlauf der transversalen Geschwindigkeitskomponente der Drallströmung 144. Auch hier kann der Zentralkörper 105 mit Vorteil mit einer Eindüsungsvorrichtung 112 zum Einbringen einer steuerbaren axialen Zentralströmung versehen werden.

Drallerzeuger mit tangentialen Verbrennungslufteinlässen können auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein. Neben dem in den Figuren 2 und 3 im Querschnitt dargestellten Aufbau aus mehreren Teilkörpern kommen auch monolithische Bauweisen mit Einlassöffnungen in Frage. Eine solche Ausführungsform ist in der Figur 12 im Querschnitt dargestellt. Der Drallerzeuger ist aus einem hohlzylindrischen Monolithen aufgebaut. In diesen sind Einlassöffnungen 121 in Form von axial und tangential verlaufenden Schlitzen eingearbeitet, durch welche ein Verbrennungsluftstrom 141 tangential in das Drallerzeuger-Innere 122 einströmt. Weiterhin sind Brennstoffzuführungen 111 in Form von axial verlaufenden, im Bereich der Einlassöffnungen angeordneten Bohrungen zu erkennen, welche Austrittsbohrungen 1111 aufweisen, über die eine Brennstoffmenge 142 in den Verbrennungsluftstrom 141 ausströmen kann. In Figur 13 ist ein kegelförmiger Drallerzeuger 100 aus einem monolithischen Hohlkörper dargestellt. Dieser könnte selbstverständlich auch zylindrisch sein. In den monolithischen Drallerzeuger sind tangentiale Öffnungen, beispielsweise Bohrungen, eingearbeitet, welche ebenfalls als tangentiale Eintrittsöffnungen 121 für einen Verbrennungsluftstrom 141 dienen.

Die oben dargestellten Ausführungsbeispiele sind keinesfalls in einem für die Erfindung einschränkenden Sinne zu verstehen. Im Gegenteil, sind sie instruktiv und als Abriss der Mannigfaltigkeit der im Rahmen der in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung möglichen Ausführungsformen zu verstehen.

Bevorzugte Verfahren zum Betrieb eines erfindungsgemässen Brenners ergeben sich für den Fachmann aus der spezifischen Verwendung.

In Fig. 14 ist eine erste, einfach zu handhabende Betriebsweise dargestellt. Der Brenner 1 wird mit einer Brennstoffmenge 142 betrieben. Der Massenstrom dieses Brennstoffs wird an einer Messstelle 2 bestimmt. Das sich hieraus ergebende Massenstromsignal X_m wird in einer Steuereinheit 3 verarbeitet, und in ein Steuersignal Y für den Verstellmechanismus der axialen Zentrallufteindüsung des Brenners 1 umgesetzt.

Eine zweite, in Fig. 15 dargestellte Ausführungsform betrifft den Einsatz des erfindungsgemässen Brenners in Gasturbinenanlagen, wofür der erfindungsgemässe Brenner in ganz besonderem Ausmasse geeignet ist. Im Beispiel in Figur 15 sind ein Verdichter 10, eine Turbine 30, und ein Generator 40 auf einer gemeinsamen Welle angeordnet. Der Verdichter 10 ist mit einer verstellbaren Vorleitreihe 11 ausgestattet. Im Strömungsweg eines Arbeitsmediums ist zwischen dem Verdichter 10 und der Turbine 30 eine Brennkammer 20 angeordnet. Die Brennkammer 20 wird mit mindestens einem erfindungsgemässen Brenner 1 betrieben. Von einer Steuereinheit 3 ist ein Stellsignal Y an die verstellbare Vorrichtung zur Eindüsung der axialen Zentralströmung geführt. Im dargestellten Beispiel erhält die Steuereinheit 3 ein Leistungssignal X_P, Signale X_AMB von nicht dargestellten Sensoren, welche Umgebungsbedingungen - Temperatur, Feuchte, Druck und weitere - der Umgebungsluft bestimmen, sowie ein Signal X_VLE, welches die Stellung der Vorleitreihe 11 wiedergibt. Selbstverständlich können eine ganze Reihe weiterer, Maschinen-betriebsrelevanter Daten zu der Steuereinheit 3 geführt sein; insbesondere könnte das Generator-Leistungssignal durch Brennstoffmassenstromsignale ersetzt werden. Aus diesen Grössen ist die Steuereinheit 3 in der Lage, eine verbrennungsluftspezifische Brennerbelastung zu bilden, und aus dieser das Steuersignal Y zu bestimmen.

In Figur 16 ist wiederum eine Gasturbogruppe mit einem auf einer gemeinsamen Welle angeordneten Verdichter 10, einer Turbine 30, und einem Generator 40 dargestellt. Die Brennkammer 20 ist als Ringbrennkammer, im Längsschnitt, dargestellt, welche mit wenigstens einem erfindungsgemässen Brenner 1 betrieben wird. Der Brenner 1 ist mit einer Temperaturmessstelle zur Bestimmung der Materialtemperatur versehen, welche ein Temperatursignal X_T erzeugt. Die Brennkammer 20 ist mit einer Pulsationsmessvorrichtung zur Bestimmung der Verbrennungs-Druckschwankungen versehen, welche ein Pulsationssignal X_Puls erzeugt. Die Signale X_T und X_Puls sind zu einer Steuereinheit 3 geführt, welche ein Steuersignal Y zur Steuerung der Intensität der axialen Zentralströmung generiert. Wenn die Materialtemperatur einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird der zentral eingedüste Massenstrom der erhöht, damit wird die Flamme ein Stück von der Brennermündung weggetrieben, was die Wärmebelastung des Brenners vermindert. Andererseits kann es dadurch zu einer unerwünschten Verminderung der Flammenstabilität kommen. Dies wird durch die Pulsationsmessstelle festgestellt. Wenn das Pulsationssignal X_Puls anwächst, kann der zentral eingedüste Massenstrom vermindert werden, um die Verbrennungsstabilität zu erhöhen und dem Anwachsen der Verbrennungs-Druckschwankungen entgegenzuwirken. Auf diese Weise kann die Zentraleindüsung in Abhängigkeit von gemessenen relevanten Daten geregelt werden.

Es versteht sich von selbst, dass die angegebenen Betriebsverfahren auch Teil wesentlich komplexerer, übergeordneter Steuerungskonzepte darstellen und in diese integriert sein können.

Es ist weiterhin auch denkbar, nur einzelne Brenner eines Mehrbrennersystems mit der erfindungsgemässen Zentralluftversorgung zu versehen, oder die Brenner mit unterschiedlichen Zentralluftströmen zu betreiben. Dadurch kann gezielt eine Symmetriebrechung in Mehrbrennersystemen erreicht werden, was zur Verminderung oder vollständigen Vermeidung insbesondere azimutaler akustischer Schwingungen nutzbar ist.

Die oben gemachten Ausführungen dienen dem Fachmann als illustrative Beispiele für die Vielzahl von möglicher Ausführungsformen des erfindungsgemässen und in den Ansprüchen gekennzeichneten Brenners, und für dessen vorteilhafte Betriebsweisen.

Bezugszeichenliste

1: Brenner
2: Massenstrom-Messstelle
3: Steuereinheit
4: Gehäuse
5: Brennerhaube
10: Verdichter
11: verstellbare Vorleitreihe
20: Gasturbinen-Brennkammer
30: Turbine
40: Generator
50: Brennraum
55: Plenum
60: Luftkammer
61: Luftbypass
62: Zentralluft-Steuerorgan
63: Überströmraum
64: Drosselklappe
100: Drallerzeuger
100a: Längsachse des Drallerzeugers, Brenners
102,102, 103, 104: Drallerzeuger-Teilkörper
101a, 102a, 103a, 104a: Achsen der Drallerzeuger-Teilkörper
105: Drallerzeuger-Innenkörper
108: Frontplatte, Frontsegment
109: Prallkühlblech
111: Brennstoffleitung
112: Eindüsungsvorrichtung
113: zentrale Brennstoffdüse
121: tangentiale Einlassschlitze
122: Innenraum des Drallerzeugers
123: Rückströmzone
141: Verbrennungsluftstrom
142: Brennstoffmenge
144: Drallströmung
145: axiale Zentralströmung
146: zentral einzudüsende Brennstoffmenge
147: zentral eingedüster Brennstoff
148: Kühlluft
149: Prallkühlluft
150: Luftmenge, Wandfilm
200: Mischstrecke
210: Haltering
220: Übergangselement
221: Übergangskanäle
230: Mischrohr
231: Wandfilmbohrungen
232: Abrisskante
1051: Kammer
1081: Filmkühlöffnungen
1111: Austrittsbohrung
1121: Durchströmkörper
1122: Zentralkörper
1123: Konus
1124: Boden
1125: Öffnung
1126: Aussenkörper
1127: äussere Steuerbohrung
1128: innere Steuerbohrung
1129: Zentralluft-Zuführleitung
1131: Brennstoffzuleitung
X: Messgrösse
Y: Stellgrösse

Claims

Brenner für einen Wärmeerzeuger, welcher im wesentlichen einen Drallerzeuger (100) zum tangentialen Einbringen eines Verbrennungsluftstroms (141) in einen Innenraum (122) des Drallerzeugers beinhaltet, sowie Mittel zum Einbringen wenigstens eines Brennstoffes (142) in den Verbrennungsluftstrom, und welcher Brenner an einem stromabwärtigen Ende eine sprunghafte Querschnittserweiterung eines axialen Brenner-Durchströmquerschnittes zu einem Brennraum (50) hin aufweist, und welcher Brenner weiterhin eine Eindüsungsvorrichtung (112) zum Einbringen einer axialen Zentralströmung (145) entlang einer zentralen Brennerachse (100a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass besagte Eindüsungsvorrichtung (112) mit verstellbaren Elementen (62, 64, 1122, 1126) zur Veränderung eines Durchströmquerschnittes und zur Steuerung des Massenstromes der Zentralströmung in Wirkverbindung steht.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verstellbaren Elemente (1122, 1126) unmittelbar in den Brenner integriert sind.
Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsungsvorrichtung (112) mit einer Zentralluft-Zuleitung (1129) verbunden ist, und, dass das verstellbare Element (62,64) in Wirkverbindung mit einem der Eindüsungsvorrichtung abgewandten Ende der Zentralluft-Zuleitung (1129) angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralluft-Zuleitung (1129) an dem der Eindüsungsvorrichtung abgewandten Ende mit einem Luftbypass (61) in Verbindung steht, und dass zwischen der Zentralluft-Zuleitung und dem Luftbypass das verstellbare Element (62) angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralluft-Zuführung (1129) mit einem Überströmraum (63) in Fluidverbindung steht, dass ein Luftbypass (61) in den Überströmraum mündet, und dass in dem Überströmraum eine als verstellbares Element wirkende Drosselklappe (64) angeordnet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsungsvorrichtung ein im wesentlichen koaxial zu einer Brennerachse (100a) im Brenner angeordneter Durchströmkörper (1121) ist, der einen engsten Durchströmquerschnitt aufweist, und, dass als verstellbares Element ein in seiner axialen Position verstellbarer Zentralkörper (1122) angeordnet ist, welcher einen Steuerkonus (1123) aufweist, dergestalt, dass der engste Durchströmquerschnitt des Durchströmkörpers mit dem Steuerkonus des Zentralkörpers eine Drosselstelle mit verstellbarem Durchflussquerschnitt definiert.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Eindüsungsvorrichtung ein Durchströmkörper (1121) im wesentlichen koaxial zu einer Brennerachse (100a) angeordnet ist, dass der Durchströmkörper wenigstens eine innere Steuerbohrung (1128) aufweist, dass koaxial zu dem Durchströmkörper ein den Durchströmkörper wenigstens teilweise überdeckender Aussenkörper (1126) angeordnet ist, welcher Aussenkörper wenigstens eine äussere Steuerbohrung (1127) aufweist, und, dass der Durchströmkörper (1121) und der Aussenkörper (1126) relativ zueinander verschieblich und/oder verdrehbar angeordnet sind, dergestalt, dass die Überdeckung zwischen der inneren Steuerbohrung (1128) und der äusseren Steuerbohrung (1127) variabel ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Brenner-Durchströmquerschnitt des Innenraums (122) im Bereich des Drallerzeugers (100) wenigstens teilweise zunimmt.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (122) des Drallerzeugers (100) im Längsschnitt wenigstens näherungsweise die Form eines Kegels aufweist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenraum (122) des Drallerzeugers (100) im Längsschnitt wenigstens näherungsweise Zylinderform aufweist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Innenraum (122) des Drallerzeugers (100) ein Verdrängungskörper (105) angeordnet ist.
Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdrängungskörper (105) sich zur Brennermündung hin verjüngt.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Drallerzeuger (100) und der Brennermündung in den Brennraum (50) eine Mischstrecke (200) angeordnet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei der Innenraum (122) des Drallerzeugers die Form eines sich zur Brennermündung hin erweiternden Kegels aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsungsvorrichtung (112) an einem stromaufwärtigen, der Brennermündung abgewandten Ende des Drallerzeugers (100) angeordnet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindüsungsvorrichtung (112) an einem stromabwärtigen, der Brennermündung zugewandten Ende des Verdrängungskörpers (105) angeordnet ist.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger aus einer Anzahl lateral zueinander versetzt angeordneter Teilkörper (101, 102, 103, 104) besteht, zwischen welchen tangentiale Einlassschlitze (121) für den Verbrennungsluftstrom (141) ausgebildet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger als monolitischer Hohlkörper ausgebildet ist, in welchen tangentiale Eintrittsschlitze und/oder Reihen tangentialer Eintrittsöffnungen für den Verbrennungsluftstrom eingearbeitet sind.
Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zum Betrieb in einem Brennkammer einer Gasturbinenanlage.
Verfahren zum Betrieb eines Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Zentralströmung (145) bei niedriger Brennerlast stark gedrosselt wird, und dass die Zentralströmung bei hoher Brennerlast gering oder nicht gedrosselt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerlast über ein Brennstoffmengen-Messsignal (X_m) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Brenner in einer Brennkammer (20) einer Gasturbinenanlage betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerlast in Abhängigkeit von einer Generatorleistung und/oder einer Brennstoffmenge der Gasturbinenanlage, der Stellung der Vorleitreihe eines der Gasturbinenanlage zugehörigen Verdichters, und Umgebungsbedingungen bestimmt wird.
Verfahren zum Betrieb eines Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Materialtemperatur des Brenners gemessen wird, und, dass die Zentralströmung in Abhängigkeit von der gemessenen Materialtemperatur gesteuert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einer Brennkammer (20) einer Gasturbinenanlage, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungspulsationen gemessen werden, und, dass die Zentralströmung in Abhängigkeit von den gemessenen Verbrennungspulsationen gesteuert wird.
Verfahren zum Betrieb eines Brenners nach einem der Ansprüche 1 bis 18 in einem Mehrbrennersystem einer Brennkammer einer Gasturbine, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentralströmung einzelner Brenner in Abhängigkeit von den gemessenen Verbrennungspulsationen gesteuert wird.