EP1217297A1 - Brenner mit hoher Flammenstabilität - Google Patents

Brenner mit hoher Flammenstabilität Download PDF

Info

Publication number
EP1217297A1
EP1217297A1 EP01128806A EP01128806A EP1217297A1 EP 1217297 A1 EP1217297 A1 EP 1217297A1 EP 01128806 A EP01128806 A EP 01128806A EP 01128806 A EP01128806 A EP 01128806A EP 1217297 A1 EP1217297 A1 EP 1217297A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
mixing section
burner
combustion
burner according
fuel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01128806A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ruck
Hans Peter Knoepfel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
Alstom Power NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG, Alstom Power NV filed Critical Alstom Schweiz AG
Publication of EP1217297A1 publication Critical patent/EP1217297A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/62Mixing devices; Mixing tubes
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C9/00Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber
    • F23C9/006Combustion apparatus characterised by arrangements for returning combustion products or flue gases to the combustion chamber the recirculation taking place in the combustion chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/40Mixing tubes or chambers; Burner heads
    • F23D11/402Mixing chambers downstream of the nozzle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/78Cooling burner parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2206/00Burners for specific applications
    • F23D2206/10Turbines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2212/00Burner material specifications
    • F23D2212/10Burner material specifications ceramic

Definitions

  • the invention describes a burner for a heat generator according to the Preamble of claim 1.
  • premix burners are known in which a combustion air flow tangentially into a burner interior via a swirl generator introduced and mixed with fuel. bursts at the burner outlet the resulting vortex flow on a cross-sectional jump, whereby a backflow zone is induced, which stabilizes during operation of the burner serves a flame.
  • the present invention has for its object the stability of the lean Premix combustion of modern burners of the type mentioned above, such as they are used in particular in the combustion chambers of gas turbines, to improve by the distance between the flame temperature and the Extinguishing limit temperature is increased. There is an essential increase the combustion temperature to avoid a low pollutant To ensure operation.
  • the burner on a downstream one End has a combustion gas mixing section, which combustion gas mixing section at least partially protrudes into a combustion chamber, and which combustion gas inlet openings upstream of their mouth into the combustion chamber has, via which combustion gas inlet openings in the Operation of the burner a quantity of combustion gas from the combustion chamber into the Combustion gas mixing section flows.
  • the invention makes use of the knowledge that an increase the temperature of the fresh gas - i.e. the fuel-air mixture - one Increase in flame speed.
  • an increase of the fresh gas temperature by 300K roughly doubles the flame speed.
  • the expansion is reduced the flame front, and the extinguishing limit temperature of the burner sinks.
  • the essence of the invention is therefore an increase in the temperature of the fuel-air mixture prior to the combustion. Preheating the combustion air is actually no longer feasible, especially in gas turbine applications.
  • a protruding into the combustion zone Combustion gas mixing section used, in which on the one hand the premixed Fuel / air mixture flows as fresh gas, in which on the other hand but also in an upstream area of the mixing section Combustion gases from the combustion chamber into the combustion gas mixing section inflow, which mix in the mixing section with the fresh gas and so the temperature of the in a downstream of the combustion gas mixing section raise the forming combustion zone of the incoming gas. As described above, this lowers the extinguishing limit temperature of the flame, and thus improves flame stability at the same combustion temperature.
  • the combustion temperature becomes apparent and thus increases nitrogen oxide formation; however, must not do not take into account that the fuel / air mixture with inert combustion gas is mixed. Therefore, the mean flame temperature increased, but the power density and the temperature increase decrease, what the overall effects on pollutant and especially nitrogen oxide formation compensated.
  • the effects combine particularly favorably if the Mass flow of the added combustion gases between 5% and 60% of the supplied air mass flow.
  • the admixture of combustion gases can be done by suitable constructive Support measures.
  • the axial flow cross section the mixing section can be designed so that at the point where the Combustion gas inlet openings are arranged opposite a negative pressure prevails in the combustion chamber. This can be achieved, for example, by the axial flow cross section an abrupt expansion of the cross section has, on which a dead water with a negative pressure forms.
  • the combustion gas inlet openings are in this case immediately downstream of the Cross-sectional jump arranged. In operation, combustion gases are in the Dead water sucked in.
  • the pressure conditions in the combustion gas mixing section in the sense of increased combustion gas mixing a diffuser-like shape the mixing section downstream of the combustion gas inlet openings; also a convergent-divergent course of the mixing section, in which the combustion gas inlet openings arranged in the area of the narrowest flow cross-section are possible.
  • the diffuser half angle of the divergent part of the In these cases, the combustion gas mixing section should be in the range of 3 ° to 10 °, preferably 5 °.
  • the invention is based on premix burners, which from the above State of the art as such are well known and familiar to those skilled in the art.
  • the invention can readily be used with all of the documents cited therein and those further developed from these writings, to the skilled worker per se common swirl generator and burner types are combined, which in the variety of possible embodiments by the in the subclaims specified preferred variants are only partially reflected.
  • the wall of the combustion gas mixing section is in operation in a strong exposure to hot gas. Especially when using conventional ones Materials are advantageously cooled. For cooling efficiency reasons film cooling will be preferred.
  • combustion gas mixing section it is possible to separate the combustion gas mixing section from the others Burner components, i.e. from the swirl generator and / or one possibly to mechanically decouple the mixing tube downstream of the swirl generator.
  • This advantageously enables the use of materials with expansion coefficients and thermal resistance of that of the burner material are very different. Since the combustion gas mixing section still none has to bear significant mechanical loads, it can advantageously be fully ceramic be carried out. In this case, despite the Hot gas exposure of the mixing section can be dispensed with cooling, or the cooling can be carried out closed. Such a waiver of the Blow out of cooling medium in the area of the flame brings for the specialist immediately recognizable significant advantages.
  • FIGS. 1 and 2 reflect the essence of the invention in a highly schematic manner.
  • a swirl generator 100 is effective, the design options of which are discussed in detail in the following FIGS. 3-5.
  • this swirl generator 100 can be a premix burner known per se, as is described, inter alia, in the publications cited in this description. These burners cited as examples are all based on a common principle. They have an axially extending, at least approximately rotationally symmetrical cavity 122, into which combustion air flows, preferably via inlet slots 121 that run parallel to the longitudinal axis.
  • the combustion air Due to the tangential orientation of these more or less slit-shaped inlet openings 121, the combustion air receives a strong tangential velocity component, from which, in interaction with the axial component directed towards the burner mouth, a swirl flow through said interior space (122) results.
  • the combustion air is enriched with fuel alternatively or additionally via means (1111) on the housing jacket near the combustion air inlet slots (121) and / or via central feed means (113) in the burner axis (100a).
  • these burners have in common that the flow cross-section widens steadily in the direction of the burner outlet in order to maintain approximately constant flow conditions with the increasing mass flow.
  • a mixing section (300) protruding into the combustion chamber (50) now adjoins the burner mouth in the extension of the burner axis. This can be done in any suitable manner. Depending on the specific conditions of the application, a number of possibilities open up to the person skilled in the art.
  • the mixing section (300) can be connected directly to the swirl generator (100) via a flange connection.
  • swirl generator (100) and mixing section (300) can also be indirectly connected by interposing the combustion chamber wall.
  • this mixing section (300) hot combustion gases from the combustion chamber (50) are added to the premixed fuel / air mixture.
  • the mixing section (300) forms an area of relative negative pressure at its upstream end, which is equipped with a number of passage channels (311) for the combustion gases from the combustion chamber (50).
  • the relative negative pressure is generated by designing the mixing section (300) accordingly.
  • the mixing section (300) has an abrupt cross-sectional widening in relation to the swirl zone (100).
  • the inner contour of the mixing section (300) takes a convergent-divergent course, in the narrowest cross-section of which the combustion gas inlet openings (311) are arranged distributed over the circumference.
  • the half angle of the diffuser is 5 °.
  • the combustion gas passage channels (311) penetrate the casing (301) of the mixing section (300) either radially or with one component in the direction of flow. This means that the longitudinal axes of these openings (311) run perpendicularly or at an acute angle to the burner axis 100a.
  • the range of their cross-sectional shapes is varied and ranges from circular to annular gap. They can have a parallel or flared inner contour.
  • the burner as characterized in the preamble of the claims, is familiar to the person skilled in the art in different designs, which can differ in the specific embodiment from the burner shown in FIG.
  • burners which essentially consists of a conical swirl generator. Nevertheless, all of these burners are constructed according to a common principle: they have a swirl generator in the form of a hollow body with a longitudinal extension, which includes a swirl generator interior.
  • the swirl generator furthermore has inlet slots extending in the direction of the swirl generator longitudinal axis or inlet openings arranged in the direction of the longitudinal axis, the flow cross section of which essentially specifies a tangential flow direction. Combustion air flows through these inlet openings with a strong tangential speed component into the interior of the swirl generator, where it forms a swirl flow with a certain axial component directed towards the burner orifice in the combustion chamber.
  • the axial flow cross section of the swirl generator interior is advantageously expanded toward the burner mouth.
  • This design is favorable in order to achieve a constant swirl number of the swirl flow in the combustion air mass flow increasing in the direction of the swirl generator axis in the swirl generator interior.
  • these burners have means for introducing fuel into the combustion air flow, which mixes as homogeneously as possible with the swirled combustion air in the swirl generator and in a mixing zone, for example a mixing tube, to be arranged downstream of the swirl generator.
  • a cross-sectional jump in the axial flow cross-section At the outlet from the burner into the combustion chamber there is a cross-sectional jump in the axial flow cross-section. This causes the swirl flow to burst open and the formation of a central backflow zone which, as already described in detail above, can be used to stabilize a lean premix flame.
  • FIG. 3 shows a preferred embodiment of one in the preamble of the claims characterized premix burner, as it is known from EP 0 321 809 became known.
  • the burner consists essentially of one Swirl generator 100 for a combustion air flow, which consists of two conical Partial bodies 101, 102 is formed.
  • FIG. 7 Cross section can be seen that the partial body 101 and 102 with their axes 101a and 102a relative to the burner axis 100a as well as mutually laterally are staggered. Because of this lateral offset of the partial body Tangential inlet slots 121 are formed between the partial bodies.
  • a stream of combustion air flows through the tangential inlet slots 121 141 essentially tangentially into the interior 122 of the swirl generator 100 on.
  • a swirl generator 100 of this type it is of course also possible to use a swirl generator 100 of this type to be carried out with a different number of partial bodies; in Fig. 8 that is perfect analog structure with, for example, four swirl generator partial bodies 101, 102, 103 and 104, with the axes 101a offset against one another, 102a, 103a, 104a of the partial body.
  • FIG. 8 forms in Inside the swirl generator in a row a swirl flow 144, the axial Flow component to the downstream mouth of the swirl generator 100 points out.
  • the partial bodies 101, 102 border on the downstream end of the Swirl generator 100 to a front plate 108.
  • the front plate 108 usually forms the end wall of a combustion chamber 50 and is cooled in the normal case.
  • cooling air 148 flows through cooling bores 1081 out.
  • the interior 122 of the swirl generator 100 essentially has the Form one from an upstream to a downstream end of the swirl generator (100) or burner expanding truncated cone.
  • the axial flow cross section formed in this way points at its downstream At the end, at the mouth into the combustion chamber 50, an abrupt cross-sectional expansion on.
  • the cross-sectional jump leads to bursting the vortex flow 144 and to form a backflow zone 123 in Area of the burner mouth.
  • the combustion air flow is in the swirl generator 100 a suitable amount of fuel supplied. In the embodiment are in the axial direction of the swirl generator 100, in the area of tangential inlet slots 121, fuel lines 111 along the partial body 101,102 arranged.
  • a fuel amount 142 is about Fuel lines 111 brought up, and flows through the fuel outlet openings 1111 in the interior 122 of the swirl generator 100.
  • This type The fuel admixture takes place frequently and preferably with gaseous fuels Use.
  • a central fuel nozzle 113 can be used
  • Fuel 146 in addition or as an alternative to fuel quantity 142 in FIGS Swirl generator interior 122 are introduced; in the example in Figure 3 this is a liquid fuel that has a spray cone 147 in the swirl generator interior formed. An intense occurs in the interior of the swirl generator 100 Mixing the amount of fuel 142 with the tangentially flowing Combustion air 141.
  • Fig. 4 in one opposite Fig. 1 reproduced more detailed representation, is downstream of the Swirl generator 100 arranged a combustion gas mixing section 300, which protrudes into the combustion chamber 50.
  • the configuration has a small one sudden cross-sectional expansion. This is sufficient to make a dead water Let 320 arise.
  • the cross-sectional expansion also small enough so that the swirl flow 144 is largely undisturbed can continue to exist and extend transversely through the interior 310 of the combustion gas mixing section 300 stretched through.
  • combustion gas passage channels 311 are arranged in the wall 301 of the Mixing section 300. These are advantageously arranged in an area in which the dead water 320 with the resulting negative pressure is effective. As a result, an amount of combustion gas 145 sucked into the mixing section 300. Within the combustion gas mixing section 300 these combustion gases 145 Mix largely homogeneously with the swirled fuel / air mixture. The temperature of the swirl flow 144 is determined by the mixing with the hot combustion gases 145 significantly increased. As elsewhere already explained, this increase in temperature increases the flame front speed and thus lowers the extinguishing limit temperature. With the same or The flame stability is therefore only insignificantly higher clearly improved.
  • burners according to the preamble of the claims, which have cylindrical swirl generators with tangential combustion air inlets.
  • a displacement body (105) which tapers towards the burner mouth in the interior of a cylindrical swirl generator.
  • Such a swirl generator inner body (105) can also meet the above-mentioned favorable criteria for the axial flow cross section of the swirl generator, namely that the axial flow cross section increases in the axial flow direction.
  • An embodiment of the invention with such a swirl generator is shown in Figure 5.
  • the mode of operation of the swirl generator 100 is sufficiently known and is explained in principle in connection with FIG. 3. In contrast to the embodiment of a premix burner shown in FIGS.
  • the embodiment of a swirl generator 100 shown in FIG. 5 has a conical displacement body 105 tapering toward the burner mouth into the combustion chamber 50 in the case of a cylindrical or slightly conically tapering housing jacket 102 on.
  • Combustion air flows into the swirl generator interior 122 with a strong tangential speed component via tangential inlet slots 121 extending parallel to the longitudinal axis.
  • Fuel is metered into the combustion air via inlet openings 142 and mixes as homogeneously as possible with the combustion air in the swirl generator interior (122).
  • the injection device (112) for the axial central flow (147) is expediently arranged in the region of the downstream end of this displacement body.
  • Swirl generator (100) borders with its downstream end on a front plate (108), which preferably forms the end wall of the combustion chamber (50).
  • the interior (122) has the cross-sectional widening in the direction of flow that is characteristic of this type of burner.
  • the swirl flow (144) which forms as a result of the tangential inflow of the combustion air has an axial movement component towards the mouth of the swirl generator in the combustion chamber (50).
  • the combustion gas mixing section (300) protruding into the combustion chamber (50) forms an abrupt cross-sectional widening of the interior (122) of the swirl generator (100) to the interior (322) of the mixing section (300).
  • combustion gases (145) are sucked out of the combustion chamber (50) through the combustion gas passage channels (311) and largely homogeneous in the swirled fuel / air mixture (144) with formation of a mixing temperature distributed. To avoid repetition, reference is made to the explanations given there.
  • transition channels 221 which generated the swirl generator 100 from the incoming combustion air Swirl flow 144 without sudden cross-sectional changes in the first Transfer mixing section.
  • Downstream of the transition element 220 is the actual one Fresh gas mixing tube 230 arranged. In this first mixing tube 230 if necessary, the mixture of Combustion air and fuel.
  • a front segment forming a combustion chamber wall 108 in this example is via baffle cooling plates 109 and baffle cooling air 149 chilled.
  • Downstream of the fresh gas mixing section 200 is a flue gas mixing section 300 arranged according to the invention.
  • the flow cross section increases of the interior of the mixing section 200 a continuous convergent-divergent Course by the flow cross-section initially on narrowed to a minimum value and then continuously Mouth of the mixing section 300 increases.
  • a number is distributed over the circumference of the wall 301 preferably circularly shaped passage channels 311 are arranged. In operation, it sucks due to the injector-like design of the flow cross-section accelerating swirl flow 144 flue gas 145 the combustion chamber 50 into the mixing section interior 310.
  • the mixing section 300 mix the incoming combustion gases and the fuel / air mixture into a homogeneous mixture. Like others The temperature of the mixture becomes significant in this case raised and subsequently the flame stability significantly improved.
  • the mixing section 300 exposed to high thermal stress.
  • the housing is equipped with coolant channels 312, through which cooling air flows. In the interest of efficient cooling the cooling air after passing through the coolant channels 312 via film cooling holes be released into the combustion chamber 50.
  • the burners can be cylindrical or conical slightly tapering swirl generator (100) with one of the swirl generator (100) downstream mixing section (200) can be provided without to deviate from the idea of the invention.
  • Swirl generators with tangential combustion air inlets can be set to different To be built wisely.
  • FIG. 9 in cross section shown construction from several partial bodies (101,102,103,104) monolithic designs with inlet openings are also possible.
  • a such an embodiment is shown in cross section in FIG. 9.
  • the swirl generator (100) is made up of a hollow cylindrical monolith. In these are Inlet openings (121) in the form of axially and tangentially running slots incorporated through which a combustion air flow 141 tangentially into the Inside 122 of the swirl generator (100) flows.
  • FIG. 10 shows a conical swirl generator 100 made of one shown monolithic hollow body. This could go without saying also be cylindrical.
  • tangential Openings such as holes, are incorporated, which are also tangential Inlet openings 121 serve for a combustion air flow 141.
  • the burner 1 is operated with a fuel quantity 142.
  • the mass flow of this fuel is determined at a measuring point 2.
  • the resulting mass flow signal X m is processed in a control unit 3 and converted into a control signal Y for the adjustment mechanism of the axial central air injection of the burner 1.
  • a second embodiment, shown in FIG. 12, relates to the use of the burner according to the invention in gas turbine plants, for which the burner according to the invention is particularly suitable.
  • a compressor 10, a turbine 30, and a generator 40 are arranged on a common shaft.
  • the compressor 10 is equipped with an adjustable feed line 11.
  • a combustion chamber 20 is arranged in the flow path of a working medium between the compressor 10 and the turbine 30.
  • the combustion chamber 20 is operated with at least one burner 1 according to the invention.
  • a control signal Y is fed from a control unit 3 to the adjustable device for injecting the axial central flow.
  • the control unit 3 receives a power signal X P , signals X AMB from sensors, not shown, which determine ambient conditions - such as temperature, humidity, pressure of the ambient air - and a signal X VLE , which represents the position of the preliminary row 11.
  • a whole series of further machine-relevant data can be led to the control unit 3; in particular, the generator power signal could be replaced by fuel mass flow signals.
  • the control unit 3 is able to form a burner load specific to the combustion air and from this to determine the control signal Y for the adjustment mechanism of the burner 1.
  • FIG. 13 again shows a gas turbine group with a compressor 10 arranged on a common shaft, a turbine 30, and a generator 40.
  • the combustion chamber 20 is shown as an annular combustion chamber, in longitudinal section, which is operated with at least one burner 1 according to the invention.
  • the burner 1 is provided with a temperature measuring point for determining the material temperature, which generates a temperature signal X T.
  • the combustion chamber 20 is provided with a pulsation measuring device for determining the combustion pressure fluctuations, which generates a pulsation signal X pulse .
  • the signals X T and X pulse are led to a control unit 3, which generates a control signal Y for controlling the intensity of the axial central flow.
  • the centrally injected mass flow is increased so that the flame is driven away from the burner mouth, which reduces the heat load on the burner. On the other hand, this can lead to an undesirable reduction in flame stability. This is determined by the pulsation measuring point. If the pulsation signal X pulse increases, the centrally injected mass flow can be reduced in order to increase the combustion stability and to counteract the increase in the combustion pressure fluctuations. In this way, the central injection can be regulated depending on the relevant data measured.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Vormischbrenner mit hoher Flammenstabilität zum Einsatz in einem Wärmeerzeuger, vorzugsweise in der Brennkammer einer Gasturbine. Moderne mager betriebene Vormischbrenner ermöglichen sehr niedrige Schadstoffemissionen, operieren jedoch mitunter sehr nahe an der Löschgrenze. Zur Erhöhung der Stabilität der mageren Vormischverbrennung durch Erhöhung des Abstands zwischen Flammentemperatur und Löschgrenztemperatur wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dem Brenner stromabwärtig eine Verbrennungsgasmischstrecke (300) nachzuordnen, welche Mischstrecke (300) zumindest teilweise in die Brennkammer (50) hineinragt und über Verbrennungsgaseinlassöffnungen (311) Verbrennungsgasen aus der Brennkammer (50) den Zutritt zu dem Brennstoff-/Luftgemisch (144) gestattet. Die hinzutretenden Verbrennungsgase (145) mischen sich mit dem Brennstoff/Luftgemisch (144) und erhöhen auf diese Weise dessen Temperatur. Aus dieser Temperaturerhöhung resultiert eine signifikante Erhöhung der Flammengeschwindigkeit, in deren Folge die Ausdehnung der Flammenfront (123) und die Löschgrenzentemperatur des Brenners sinken. <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.
Wiewohl derartige Brenner einen Betrieb mit sehr niedrigen Schadstoffemissionen ermöglichen, operieren sie oft gefährlich nahe an der Löschgrenze der Flamme: Übliche realisierte Flammentemperaturen mit den mageren Vormischflammen derartiger Brenner liegen um 1700K bis 1750K. Die Löschgrenze der Flammen wird um 1650K angegeben. Dieser Wert ist vergleichsweise hoch. Dies liegt in der Brennstoffarmut des Brennstoff-Luft-Gemisches begründet. Diese reduziert die Flammengeschwindigkeit, was letztlich in einer grösser räumlich ausgedehnten und daher instabileren Flammenfront resultiert.
Eine stärkere Anfettung des Gemisches würde jedoch die Schadstoffemissionen nach oben treiben und den Einsatz magerer Vormischbrenner ad absurdum führen.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilität der mageren Vormischverbrennung moderner Brenner der eingangs genannten Art, wie sie insbesondere in den Brennkammern von Gasturbinen eingesetzt werden, zu verbessern, indem der Abstand zwischen der Flammentemperatur und der Löschgrenzentemperatur vergrössert wird. Dabei ist eine essentielle Anhebung der Verbrennungstemperatur zu vermeiden, um weiterhin einen schadstoffarmen Betrieb zu gewährleisten.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem der Brenner an einem stromabwärtigen Ende eine Verbrennungsgasmischstrecke aufweist, welche Verbrennungsgasmischstrecke wenigstens teilweise in einen Brennraum hineinragt, und welche stromauf ihrer Mündung in den Brennraum Verbrennungsgaseinlassöffnungen aufweist, über welche Verbrennungsgaseinlassöffnungen im Betrieb des Brenners eine Verbrennungsgasmenge aus dem Brennraum in die Verbrennungsgasmischstrecke einströmt.
Die Erfindung macht sich dabei die Erkenntnis zunutze, dass eine Erhöhung der Temperatur des Frischgases - also des Brennstoff-Luft-Gemisches - eine Erhöhung der Flammengeschwindigkeit zur Folge hat. Im relevanten Bereich führt eine Erhöhung der Frischgastemperatur um 300K in etwa zu einer Verdoppelung der Flammengeschwindigkeit. In der Folge reduziert sich die Ausdehnung der Flammenfront, und die Löschgrenzentemperatur des Brenners sinkt.
Kern der Erfindung ist also eine Erhöhung der Temperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches vorgängig der Verbrennung. Eine Vorwärmung der Verbrennungsluft ist dabei gerade in Gasturbinenanwendungen eigentlich nicht mehr realisierbar. Erfindungsgemäss wird daher eine in die Verbrennungszone hineinragende Verbrennungsgasmischstrecke verwendet, in welche einerseits das vorgemischte Brennstoff-/Luftgemisch als Frischgas einströmt, in welche andererseits aber auch in einem stromaufwärtigen Bereich der Mischstrecke heisse Verbrennungsgase aus dem Brennraum in die Verbrennungsgasmischstrecke einströmen, die sich in der Mischstrecke mit dem Frischgas vermischen und so die Temperatur des in eine stromab der Verbrennungsgasmischstrecke sich ausbildende Verbrennungszone zuströmenden Gases anheben. Wie oben beschrieben, wird dadurch die Löschgrenzentemperatur der Flamme gesenkt, und so bei gleicher Verbrennungstemperatur die Flammenstabilität verbessert.
Durch die Erhöhung der Gemischtemperatur wird zwar vordergründig die Verbrennungstemperatur und damit die Stickoxidbildung erhöht; jedoch darf nicht unberücksichtigt bleiben, dass das Brennstoff-/Luftgemisch mit inertem Verbrennungsgas vermischt ist. Daher wird zwar die mittlere Flammentemperatur angehoben, die Leistungsdichte und die Temperaturerhöhung aber nehmen ab, was die Effekte auf die Schadstoff- und insbesondere Stickoxidbildung insgesamt kompensiert. Die Effekte kombinieren sich besonders günstig, wenn der Massenstrom der beigemischten Verbrennungsgase zwischen 5% und 60% des zugeführten Luftmassenstroms beträgt.
Die Zumischung von Verbrennungsgasen lässt sich durch geeignete konstruktive Massnahmen unterstützen. Insbesondere kann der axiale Strömungsquerschnitt der Mischstrecke derart gestaltet werden, dass an der Stelle, an der die Verbrennungsgaseinlassöffnungen angeordnet sind, ein Unterdruck gegenüber dem Brennraum vorherrscht. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der axiale Strömungsquerschnitt eine sprunghafte Querschnittserweiterung aufweist, an dem sich ein Totwasser mit einem Unterdruck ausbildet. Die Verbrennungsgaseintrittsöffnungen sind in diesem Falle unmittelbar stromab des Querschnittssprungs angeordnet. Im Betrieb werden Verbrennungsgase in das Totwasser eingesogen. Hierbei sollte Sorge getragen werden, dass das Querschnittsverhältnis der Strömungssektionen stromauf und stromab des Querschnittssprunges nicht zu gross wird, damit die im Brenner erzeugte Drallströmung bis zur Mündung der Mischstrecke in den Brennraum erhalten bleibt, was wesentlich für die Funktion der im Oberbegriff der Ansprüche genannten Brenner ist. Ein gutes Betriebsverhalten gewährleistet ein Querschnittsflächenverhältnis im Bereich von 1,05 bis 2,5.
Eine weitere Möglichkeit, mittels der Druckverhältnisse in der Verbrennungsgasmischstrecke die Druckverhältnisse im Sinne einer verstärkten Verbrennungsgaseinmischung zu beeinflussen, stellt eine diffusorartige Ausformung der Mischstrecke stromab der Verbrennungsgaseintrittsöffnungen dar; auch ein konvergent-divergenter Verlauf der Mischstrecke, bei dem die Verbrennungsgaseintrittsöffnungen im Bereich des engsten Strömungsquerschnittes angeordnet sind, ist möglich. Der Diffusorhalbwinkel des divergenten Teiles der Verbrennungsgasmischstrecke sollte in diesen Fällen im Bereich von 3° bis 10°, vorzugsweise bei 5° liegen.
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, dem Fachmann an sich geläufigen Drallerzeuger- und Brennerbauarten kombiniert werden, welche in der Vielgestalt der möglichen Ausführungsformen durch die in den Unteransprüchen angegebenen Vorzugsvarianten nur unvollständig reflektiert werden.
Die Wandung der Verbrennungsgasmischstrecke befindet sich im Betrieb in einer starken Heissgasexposition. Insbesondere bei Verwendung herkömmlicher Werkstoffe wird sie mit Vorteil gekühlt ausgeführt. Aus Gründen der Kühleffizienz wird eine Filmkühlung zu bevorzugen sein.
Es ist andererseits möglich, die Verbrennungsgasmischstrecke von den übrigen Brennerbauteilen, das heisst vom Drallerzeuger und/oder einem eventuell dem Drallerzeuger nachgeschalteten Mischrohr, mechanisch zu entkoppeln. Das ermöglicht vorteilhaft den Einsatz von Werkstoffen, deren Ausdehnungskoeffizienten und thermische Beständigkeit von denen des Brennerwerkstoffs stark verschieden sind. Da die Verbrennungsgasmischstrecke weiterhin keine nennenswerten mechanischen Lasten zu tragen hat, kann sie mit Vorteil vollkeramisch ausgeführt werden. In diesem Falle kann gegebenenfalls trotz der Heissgasexposition der Mischstrecke auf eine Kühlung verzichtet werden, oder die Kühlung kann geschlossen ausgeführt werden. Ein solcher Verzicht auf die Ausblasung von Kühlmedium in den Bereich der Flamme bringt für den Fachmann sofort erkennbare erhebliche Vorteile mit sich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung seien nachfolgend anhand der Zeichnungen erläutert. Es werden nur die für die Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche oder einander entsprechende Elemente figurieren unter demselben Bezugszeichen.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Die Figuren 1 und 2 geben in stark schematisierter Weise das Wesen der Erfindung wieder. Anfänglich ist ein Drallerzeuger 100 wirksam, dessen Ausgestaltungsmöglichkeiten in den nachfolgenden Fig.3 - 5 noch ausführlich diskutiert werden. Wie dort gezeigt werden wird, kann es sich bei diesem Drallerzeuger 100 um einen an sich bekannten Vormischbrenner handeln, wie er unter anderem in den in dieser Darlegung zitierten Veröffentlichungen beschrieben ist. Diese beispielhaft zitierten Brenner beruhen allesamt auf einem gemeinsamen Prinzip. Sie weisen einen sich axial erstreckenden, wenigstens annähernd rotationssymmemetrischen Hohlraum 122 auf, in den über vorzugsweise parallel zur Längsachse verlaufende Einlassschlitze 121 Verbrennungsluft einströmt. Durch die tangentiale Ausrichtung dieser mehr oder weniger schlitzförmigen Einlassöffnungen 121 erhält die Verbrennungsluft eine starke tangentiale Geschwindigkeitskomponente, aus der in Wechselwirkung mit der zur Brennermündung hin gerichteten axialen Komponente eine Drallströmung durch den besagen Innenraum (122) resultiert. Die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Brennstoff erfolgt alternativ oder ergänzend über Mittel (1111) am Gehäusemantel nahe den Verbrennungslufteinlassschlitzen (121) und/oder über zentrale Zuführmittel (113) in der Brennerachse (100a).
Ferner ist diesen Brennern gemein, dass sich der Strömungsquerschnitt in Richtung zum Brenneraustritt hin stetig erweitert, um mit dem zunehmenden Massenstrom annähernd konstante Strömungsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Obgleich die in dieser Schrift beispielhaft genannten Brenner auf dem geschilderten einheitlichen Prinzip beruhen, soll die Erfindung nicht auf diese besondere Gattung von Drallbrennern beschränkt sein, sondern jegliche Art von Vormischbrennern umfassen, deren Flammenstabilität bei gleichbleibend niedriger Schadstoffemission erhöht werden soll.
Erfindungsgemäss schliesst sich nun an die Brennermündung in Verlängerung der Brennerachse eine in die Brennkammer (50) hineinragende Mischstrecke (300) an. Dies kann in jeder geeigneten Weise erfolgen. In Abhängigkeit von den konkreten Bedingungen des Anwendungsfalls erschliesst sich dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten. So kann die Mischstrecke (300) beispielsweise über eine Flanschverbindung unmittelbar mit dem Drallerzeuger (100) verbunden sein. Alternativ können Drallerzeuger (100) und Mischstrecke (300) auch unter Zwischenschaltung der Brennkammerwand mittelbar verbunden sein. In dieser Mischstrecke (300) werden dem vorgemischten Brennstoff/Luftgemisch heisse Verbrennungsgase aus der Brennkammer (50) beigemischt. Zu diesem Zweck bildet die Mischstrecke (300) an ihrem stromaufwärtigen Ende einen Bereich relativen Unterdrucks aus, der mit einer Anzahl von Durchtrittskanälen (311) für die Verbrennungsgase aus der Brennkammer (50) ausgestattet ist. Der relative Unterdruck wird durch eine dementsprechende Gestaltung der Mischstrecke (300) erzeugt.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform, wiedergegeben in Fig.1, besitzt die Mischstrecke (300) gegenüber der Drallzone (100) eine sprunghafte Querschnittserweiterung. Bei der Durchströmung dieses Bereichs kommt es zu einer Grenzschichtablösung der Aussenströmung, auf deren Rückseite sich ein Gebiet stark verzögerter Strömung ausbildet, in dem ein verminderter Druck herrscht, das Totwasser. Als vorteilhaft hat sich dabei ein Querschnittsflächenverhältnis von 1,05 bis 2,5 erwiesen.
Nach einer alternativen Ausführungsform, wiedergegeben in Fig. 2, nimmt die Innenkontur der Mischstrecke (300) einen konvergent-divergenten Verlauf, in dessen engstem Querschnitt die Verbrennungsgaseintrittsöffnungen (311) über den Umfang verteilt angeordnet sind. Um einen ungestörten Strömungsverlauf zu gewährleisten, nimmt der Diffusorhalbwinkel einen Wert von 5° ein. Innerhalb der Mischstrecke (300) mischen sich die Verbrennungsgase weitgehend homogen mit dem Brensstoff-/Luftgemisch, was zwangsläufig zu einem signifikanten Anstieg der Gemischtemperatur führt. Eben diese Temperaturerhöhung steigert die Flammenfrontgeschwindigkeit und senkt damit die Löschgrenzentemperatur, was bei gleicher oder nur unwesentlich höherer Verbrennungstemperatur die Flammenstabilität deutlich verbessert.
Die Verbrennungsgasdurchtrittskanäle (311) durchstossen das Mantelgehäuse (301) der Mischstrecke (300) entweder radial oder mit einer Komponente in Strömungsrichtung. Das heisst, die Längsachsen dieser Öffnungen (311) verlaufen senkrecht oder in einem spitzen Winkel zur Brennerachse 100a. Die Variationsbreite ihrer Querschnittsformen ist vielfältig und reicht vom Kreisrund bis hin zum Ringspalt. Sie können eine parallele oder sich konisch erweiternde Innenkontur besitzen.
Der Brenner, wie er im Oberbegriff der Ansprüche gekennzeichnet ist, ist dem Fachmann in unterschiedlichen Ausbildungen geläufig, die sich von dem in Figur 3 dargestellten Brenner, der im wesentlichen aus einem kegelförmigen Drallerzeuger besteht, in der konkreten Ausführung unterscheiden können. 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 mit Vorteil 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 mageren Vormischflamme nutzbar ist.
Die Fig. 3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines im Oberbegriff der Ansprüche gekennzeichneten Vormischbrenners, 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. 7 dargestellten Querschnitt ist erkennbar, dass die Teilkörper 101 und 102 mit ihren Achsen 101a 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 100 ein. Es ist selbstverständlich auch möglich, einen derartigen Drallerzeuger 100 mit einer anderen Anzahl von Teilkörpern auszuführen; in Fig. 8 ist der vollkommen analoge Aufbau mit beispielsweise vier Drallerzeuger-Teilkörpern 101, 102, 103 und 104 dargestellt, mit den gegeneinander versetzten Achsen 101a, 102a, 103a, 104a der Teilkörper. Wieder mit Bezug auf Figur 3 bildet sich im Inneren des Drallerzeugers in Folge eine Drallströmung 144 aus, deren axiale Strömungskomponente zur stromabwärtigen Mündung des Drallerzeugers 100 hin weist. Die Teilkörper 101, 102 grenzen am stromabwärtigen Ende des Drallerzeugers 100 an eine Frontplatte 108. Die Frontplatte 108 bildet üblicherweise die Stirnwand eines Brennraumes 50 aus und ist im Normalfall gekühlt. Im Ausführungsbeispiel strömt Kühlluft 148 durch Kühlbohrungen 1081 aus. Der Innenraum 122 des Drallerzeugers 100 weist im wesentlichen die Form eines sich von einem stromaufwärtigen zu einem stromabwärtigen Ende des Drallerzeugers (100) respektive Brenners erweiternden Kegelstumpfes auf. Der so gebildete axiale Strömungsquerschnitt weist an seinem 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 100 wird der Verbrennungsluftströmung auf geeignete Weise eine Brennstoffmenge zugeführt. Im Ausführungsbeispiel sind in axialer Richtung des Drallerzeugers 100, im Bereich der tangentialen Einlassschlitze 121, Brennstoffleitungen 111 entlang der Teilkörper 101,102 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. Weiterhin kann über eine zentrale Brennstoffdüse 113 ein Brennstoff 146 ergänzend oder alternativ zu der Brennstoffmenge 142 in den Drallerzeugerinnenraum 122 eingebracht werden; im Beispiel in Figur 3 ist dies ein Flüssigbrennstoff, der einen Spraykegel 147 im Drallerzeugerinnenraum ausbildet. Im Innenraum des Drallerzeugers 100 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 Brennstoff-/Luftgemisch 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 Drallströmung 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.
Erfindungsgemäss werden dem vorgemischten Brennstoff-/Luftgemisch in der Drallströmung 144 Verbrennungsgase zugemischt. Wie in Fig. 4 in einer gegenüber Fig.1 detailreicheren Darstellung wiedergegeben,.ist stromab des Drallerzeugers 100 eine Verbrennungsgasmischstrecke 300 angeordnet, welche in die Brennkammer 50 hineinragt. Am Übergang vom Drallerzeuger (100) zur Verbrennungsgasmischstrecke (300) weist die Konfiguration eine kleine sprunghafte Querschnittserweiterung auf. Diese ist ausreichend, um ein Totwasser 320 entstehen zu lassen. Andererseits ist die Querschnittserweiterung auch klein genug, damit die Drallströmung 144 im grossen und ganzen ungestört weiterexistieren kann und sich transversal durch das Innere 310 der Verbrennungsgasmischstrecke 300 hindurch weitererstreckt. In der Wand 301 der Mischstrecke 300 sind Verbrennungsgasdurchtrittskanäle 311 angeordnet. Diese sind mit Vorteil in einem Bereich angeordnet, in dem das Totwasser 320 mit dem resultierenden Unterduck wirksam ist. Hierdurch wird eine Verbrennungsgasmenge 145 in die Mischstrecke 300 eingesaugt. Innerhalb der Verbrennungsgasmischstrecke 300 können sich diese Verbrennungsgase 145 weitgehend homogen mit dem verdrallten Brennstoff-/Luftgemisch vermischen. Die Temperatur der Drallströmung 144 wird durch die Vermischung mit den heissen Verbrennungsgasen 145 signifikant angehoben. Wie an anderer Stelle bereits erläutert, steigert diese Anhebung der Temperatur die Flammenfrontgeschwindigkeit und senkt damit die Löschgrenzentemperatur. Bei gleicher oder nur unwesentlich höherer Verbrennungstemperatur ist damit die Flammenstabilität deutlich verbessert.
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 (105) anzuordnen. Durch einen derartigen Drallerzeuger-Innenkörper (105) können weiterhin die oben angegebenen günstigen Kriterien für den axialen Durchflussquerschnitt des Drallerzeugers, nämlich, dass der axiale Durchflussquerschnitt in axialer Durchströmungsrichtung zunimmt, erfüllt werden.
Eine Ausführungsform der Erfindung mit einem solchen Drallerzeuger ist in Figur 5 dargestellt. Die Funktionsweise des Drallerzeugers 100 ist hinreichend bekannt und im Zusammenhang mit Figur 3 prinzipiell erläutert. Abweichend von der in den Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsform eines Vormischbrenners weist die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform eines Drallerzeugers 100 allerdings einen kegeligen, sich zur Brennermündung in den Brennraum 50 hin verjüngenden Verdrängungskörper 105 bei einem zylindrischen oder sich leich konisch verjüngenden Gehäusemantel 102 auf. Über parallel zur Längsachse sich erstreckende tangentiale Einlassschlitze 121 strömt Verbrennungsluft mit einer starken tangentialen Geschwindigkeitskomponente in den Drallerzeugerinnerraum 122 ein. Über Eintrittsöffnungen 142 wird der Verbrennungsluft Brennstoff zudosiert, der sich im Drallerzeugerinnenraum (122) möglichst homogen mit der Verbrennungsluft vermischt. Die Eindüsungsvorrichtung (112) für die axiale Zentralströmung (147) wird zweckmässig im Bereich des stromabwärtigen Endes dieses Verdrängungskörpers angeordnet. Drallerzeuger (100) grenzt mit seinem stromabwärtigen Ende an eine Frontplatte (108), die vorzugsweise die Stirnwand der Brennkammer (50) bildet. Der Innenraum (122) weist die für diese Brennergattung charakteristische Querschnittserweiterung in Strömungsrichtung auf. Die infolge der tangentialen Einströmung der Verbrennungsluft sich ausbildende Drallströmung (144) weist eine axiale Bewegungskomponente hin zur Mündung des Drallerzeugers in die Brennkammer (50) auf. Stromab schliesst sich an den Drallerzeugers (100) die in die Brennkammer (50) ragende Verbrennungsgasmischstrecke (300) unter Ausbildung einer sprunghaften Querschnittserweiterung Innenraum (122) des Drallerzeugers (100) zum Innenraum (322) der Mischstrecke (300) an. In Analogie zu den im Zusammenhang mit Fig.1 und Fig.6 erläuterten Wirkungsmechanismen werden durch die Verbrennungsgasdurchtrittskanäle (311) Verbrennungsgase (145) aus der Brennkammer (50) angesaugt und in dem verdrallten Brennstoff/Luftgemisch (144) unter Bildung einer Mischtemperatur weitgehend homogen verteilt. Zur Vermeidung von Wiederholungen sei auf die dortigen Ausführungen hingewiesen.
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 Frischgas-Mischrohr 230 zur Intensivierung der Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft anzuordnen. Die Realisierung der Erfindung mit einem solchen Brenner ist in Figur 6 beispielhaft dargestellt. Stromab eines kegeligen Drallerzeugers 100, dessen Aufbau und Funktion an dieser Stelle nicht mehr im Detail zu diskutieren sind, ist eine erste, als Frischgeas-Mischstrecke dienende Mischstrecke 200 angeordnet. Der Drallerzeuger (100) 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 erste Mischstrecke überführen. Stromab des Übergangselementes 220 ist das eigentliche Frischgasmischrohr 230 angeordnet. In diesem ersten Mischrohr 230 kommt es nötigenfalls zu einer weiteren Homogenisierung des Gemischs von Verbrennungsluft und Brennstoff. Ein eine Brennraumwand bildendes Frontsegment 108 ist in diesem Beispiel über Prallkühlbleche 109 und Prallkühlluft 149 prallgekühlt. Stromab der Frischgasmischstrecke 200 ist eine Rauchgasmischstrecke 300 gemäss der Erfindung angeordnet. Dabei nimmt der Durchströmquerschnitt des Innenraums der Mischstrecke 200 einen stetigen konvergent-divergenten Verlauf, indem der Durchströmquerschnitt sich zunächst auf einen minimalen Wert verengt und anschliessend wieder kontinuierlichzur Mündung der Mischstrecke 300 hin zunimmt. Im Bereich des engsten Strömungsquerschnitts ist dabei eine Anzahl über den Umfang der Wand 301 verteilter vorzugsweise kreisförmig ausgeformter Durchtrittskanäle 311 angeordnet. Im Betrieb saugt die aufgrund der injektorartigen Ausbildung des Durchströmquerschnitts sich beschleunigende Drallströmung 144 Rauchgas 145 aus der Brennkammer 50 in das Mischstreckeninnere 310 ein. Im weiteren Verlauf der Mischstrecke 300 vermischen sich die zutretenden Verbrennungsgase und das Brennstoff-/Luftgemisch zu einem homogenen Gemisch. Wie an anderer Stelle bereits ausgeführt, wird dabei die Temperatur des Gemischs signifikant angehoben und in der Folge die Flammenstabilität deutlich verbessert. Aufgrund ihrer exponierten Lage in der Brennkammer 50 ist die Mischstrecke 300 einer hohen thermischen beanspruchung ausgesetzt. Bei Einsatz herkömmlicher Werkstoffe wird daher für eine Kühlung des Gehäusemantels zu sorgen sein. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse mit Kühlmittelkanälen 312 ausgestattet, die von Kühlluft durchströmt werden. Im Interesse einer effizienten Kühlung kann die Kühlluft nach Passieren der Kühlmittelkanäle 312 über Filmkühlbohrungen in die Brennkammer 50 entlassen werden.
Selbstverständlich können auch die Brenner mit zylindrischem oder sich konisch leicht verjüngendem Drallerzeuger (100) mit einer dem Drallerzeuger (100) stromab nachgeschalteten Mischstrecke (200) versehen werden, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen.
Drallerzeuger mit tangentialen Verbrennungslufteinlässen können auf unterschiedliche Weise aufgebaut sein. Neben dem in den Figuren 7 und 8 im Querschnitt dargestellten Aufbau aus mehreren Teilkörpern (101,102,103,104) kommen auch monolithische Bauweisen mit Einlassöffnungen in Frage. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 9 im Querschnitt dargestellt. Der Drallerzeuger (100) 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 Innere 122 des Drallerzeugers (100) 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 10 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. 11 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 Xm 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. 12 dargestellte Ausführungsform betrifft den Einsatz des erfindungsgemässen Brenners in Gasturbinenanlagen, wofür der erfindungsgemässe Brenner in ganz besonderem Masse geeignet ist. Im Beispiel in Figur 13 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 Steuersignal Y an die verstellbare Vorrichtung zur Eindüsung der axialen Zentralströmung geführt. Im dargestellten Beispiel erhält die Steuereinheit 3 ein Leistungssignal XP, Signale XAMB von nicht dargestellten Sensoren, welche Umgebungsbedingungen - wie Temperatur, Feuchte, Druck der Umgebungsluft - bestimmen, sowie ein Signal XVLE, welches die Stellung der Vorleitreihe 11 wiedergibt. Selbstverständlich können eine ganze Reihe weiterer maschinenbetriebsrelevanter 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 für den Verstellmechanismus des Brenners 1 zu bestimmen.
In Figur 13 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 XT erzeugt. Die Brennkammer 20 ist mit einer Pulsationsmessvorrichtung zur Bestimmung der Verbrennungs-Druckschwankungen versehen, welche ein Pulsationssignal XPuls erzeugt. Die Signale XT und XPuls 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 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 XPuls 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.
Die vorstehenden 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. Sie sind nicht beschränkend zu verstehen.
Bezugszeichenliste
1
Brenner
2
Massenstrom-Messstelle
3
Steuereinheit
10
Verdichter
11
verstellbare Vorleitreihe
20
Gasturbinen-Brennkammer
30
Turbine
40
Generator
50
Brennkammer
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
Verbrennungsgase
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
300
Mischstrecke
301
Mantelgehäuse der Mischstrecke
311
Durchtrittskanäle für Verbrennungsgase
320
Totwasser
322
Innenraum der Mischstrecke (300)
1051
Kammer
1081
Filmkühlöffnungen
1111
Austrittsbohrung
1121
Durchströmkörper
1122
Zentralkörper
1123
Konus
1124
Boden
1125
Öffnung
1126
Aussenkörper
1127
äussere Steuerbohrung
1128
innere Steuerbohrung
1131
Brennstoffzuleitung
X
Messgrösse
Y
Stellgrösse

Claims (27)

  1. Brenner mit hoher Flammenstabilität zum Einsatz in einem Wärmeerzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Drallerzeuger (100) mit Mitteln zum tangentialen Einbringen eines Verbrennungsluftstroms (141) in einen Innenraum (122) des Drallerzeugers (100) sowie Mitteln zum Einbringen wenigstens eines Brennstoffes (142) in den Verbrennungsluftstrom unter Ausbildung einer Drallströmung mit einer axialen Bewegungskomponente hin zur Brennermündung, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des Drallerzeugers (100) eine zumindest teilweise in die Brennkammer (50) ragende Mischstrecke (300) angeordnet ist und diese Mischstrecke (300) in einem stromaufwärtigen Bereich Durchtrittskanäle (311) zur Brennkammer (50) aufweist.
  2. Brenner nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine sprunghafte Querschnittserweiterung im Übergangsbereich von dem Drallerzeuger (100) zur Mischstrecke (300), wobei die Durchtrittskanäle (311) zur Brennkammer (50) unmittelbar stromab dieser Querschnittserweiterung angeordnet sind.
  3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsflächenverhältnis von der Mischstrecke (300) zum Drallerzeuger (100) 1,05 bis 2,5 beträgt.
  4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (300) eine im wesentlichen zylindrische Innenkontur besitzt.
  5. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrecke (300) in axialer Richtung eine konvergent-divergente Innenkontur besitzt und im Bereich des engsten Strömungsquerschnitts die Durchtrittskanäle (311) zur Brennkammer (50) angeordnet sind.
  6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusorhalbwinkel der Mischstrecke (300) 3° bis 10° beträgt.
  7. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittskanäle (311) gleichmässig über den Umfang des die Mischstrekke (300) umschliessenden Mantelgehäuses (301) angeordnet sind.
  8. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskanäle (311) eine im wesentlichen kreisrunde oder langrunde Querschnittsform besitzen.
  9. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittskanäle (311) eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform besitzen.
  10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittskanäle (311) ringspaltförmig ausgebildet sind.
  11. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittskanäle (311) eine in Strömungsrichtung konstante Querschnittsfläche aufweisen.
  12. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Durchtrittskanäle (311) senkrecht zur Brennerachse (100a) verlaufen.
  13. Brenner nach Anspruch 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen der Durchtrittskanäle (311) in einem spitzen Winkel zur Brennerachse (100a) verlaufen.
  14. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mischstrecke (300) umhüllende Mantelgehäuse (301) mit dem Gehäuse des Drallererzeugers (100) mechanisch gekoppelt ist
  15. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mischstrecke (300) umhüllende Mantelgehäuse (301) vom Gehäuse des Drallerzeugers (100) mechanisch entkoppelt ist.
  16. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mischstrecke (300) umhüllende Mantelgehäuse (301) aus einem metallischen Werkstoff besteht.
  17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Mantelgehäuse (301) gekühlt ist.
  18. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Mischstrecke (300) umhüllende Mantelgehäuse (301) aus einem keramischen Werkstoff besteht.
  19. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zum Betrieb in einer Brennkammer einer Gasturbinenanlage.
  20. Verfahren zur Verbrennung gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoffe in mager vorgemischten Brennern, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff-/Luftgemisch vor der Zündung erwärmt wird.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff-/Luftgemisch vor der Zündung eine Verbrennungsgasmenge zugemischt wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff-/Luftgemisch eine Verbrennungsgasmenge in einem Massentanteil von 5% bis 60% zugemischt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff-/Luftgemisch eine Verbrennungsgasmenge unmittelbar aus der Brennkammer zugemischt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das strömende Brennstoff-/Luftgemisch eine Verbrennungsgasmenge unmittelbar aus der Brennkammer ansaugt.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennstoff-/Luftgemisch in einer Drallströmung eine in eine Brennkammer ragende Mischstrecke durchströmt und stromauf der Mündung dieser Mischstrekke aus der Brennkammer Verbrennungsgase ansaugt.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase über Einlassöffnungen im Gehäusemantel der Mischstrecke angesaugt werden.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass es zum Betrieb mager vorgemischter Brenner einer Gasturbinenanlage angewendet wird.
EP01128806A 2000-12-22 2001-12-04 Brenner mit hoher Flammenstabilität Withdrawn EP1217297A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10064259A DE10064259B4 (de) 2000-12-22 2000-12-22 Brenner mit hoher Flammenstabilität
DE10064259 2000-12-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1217297A1 true EP1217297A1 (de) 2002-06-26

Family

ID=7668433

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP01128806A Withdrawn EP1217297A1 (de) 2000-12-22 2001-12-04 Brenner mit hoher Flammenstabilität

Country Status (3)

Country Link
US (2) US6640545B2 (de)
EP (1) EP1217297A1 (de)
DE (1) DE10064259B4 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1614963A1 (de) 2004-07-09 2006-01-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vormischverbrennungssystem
CN101907296A (zh) * 2010-07-12 2010-12-08 昆明理工大学 一种高效二甲醚/空气低NOx高温燃烧系统
US7871262B2 (en) * 2004-11-30 2011-01-18 Alstom Technology Ltd. Method and device for burning hydrogen in a premix burner
FR3041742A1 (fr) * 2015-09-30 2017-03-31 Ifp Energies Now Chambre de combustion d'une turbine, notamment d'une turbine a cycle thermodynamique avec recuperateur, pour la production d'energie, en particulier d'energie electrique.
WO2021229468A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Sacmi Forni & Filter S.p.A. Apparatus, burner and method for the firing of ceramic articles
CN117109930A (zh) * 2023-10-23 2023-11-24 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10049205A1 (de) * 2000-10-05 2002-05-23 Alstom Switzerland Ltd Verfahren und Vorrichtung zur Brennstoffversorgung eines Vormischbrenners
EP1828684A1 (de) * 2004-12-23 2007-09-05 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner mit mischstrecke
CN101137868A (zh) * 2005-03-09 2008-03-05 阿尔斯通技术有限公司 用于产生可燃燃料/气体混合物的预混燃烧器
US7762074B2 (en) * 2006-04-04 2010-07-27 Siemens Energy, Inc. Air flow conditioner for a combustor can of a gas turbine engine
EP2085695A1 (de) * 2008-01-29 2009-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennstoffdüse mit Drallkanal und Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffdüse
EP2257736B1 (de) * 2008-03-07 2015-11-25 Alstom Technology Ltd Verfahren zum erzeugen von heissgas
US8443607B2 (en) * 2009-02-20 2013-05-21 General Electric Company Coaxial fuel and air premixer for a gas turbine combustor
US8640464B2 (en) * 2009-02-23 2014-02-04 Williams International Co., L.L.C. Combustion system
US8667800B2 (en) * 2009-05-13 2014-03-11 Delavan Inc. Flameless combustion systems for gas turbine engines
US8453454B2 (en) 2010-04-14 2013-06-04 General Electric Company Coannular oil injection nozzle
EP2722591A1 (de) * 2012-10-22 2014-04-23 Alstom Technology Ltd Mehrfach-Kegelbrenner für eine Gasturbine
US20160053999A1 (en) * 2014-08-20 2016-02-25 General Electric Company Combustor for a gas turbomachine
FR3049044B1 (fr) * 2016-03-18 2019-12-20 IFP Energies Nouvelles Chambre de combustion d'une turbine, notamment d'une turbine a cycle thermodynamique avec recuperateur, pour la production d'energie, en particulier d'energie electrique.
JP6792786B2 (ja) * 2016-06-20 2020-12-02 東京エレクトロン株式会社 ガス混合装置および基板処理装置
FR3055403B1 (fr) * 2016-08-29 2021-01-22 Ifp Energies Now Chambre de combustion avec un deflecteur d'air comprime chaud, notamment pour une turbine destinee a la production d'energie, notamment d'energie electrique
CN110542701A (zh) * 2019-07-08 2019-12-06 华侨大学 一种可燃气体吹熄极限测试装置
TWI769612B (zh) * 2020-11-02 2022-07-01 國立成功大學 渦捲式加熱裝置
DE102021100007A1 (de) 2021-01-04 2022-07-07 Vaillant Gmbh Brenneranordnung für einen Vormischbrenner
CN114486273A (zh) * 2021-12-27 2022-05-13 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 一种园区灵活性改造机组氢混燃烧试验装置
CN116293787B (zh) * 2023-04-27 2024-05-03 上海交通大学 一种结合等离子体和钝体稳定火焰的燃烧装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4412365A1 (de) * 1994-04-11 1995-10-12 Koerting Ag Brenner für flüssigen Brennstoff, insbesondere Öl
EP0687854A1 (de) * 1994-06-13 1995-12-20 N.V. Acotech S.A. Brenner mit Abgasrückführung
EP0780629A2 (de) * 1995-12-21 1997-06-25 ABB Research Ltd. Brenner für einen Wärmeerzeuger
EP0945677A2 (de) * 1998-03-24 1999-09-29 United Technologies Corporation Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Flammenstabilisierung

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3366154A (en) * 1966-08-01 1968-01-30 Gulf Research Development Co Recirculating burner
CH674561A5 (de) 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
CH680157A5 (de) * 1989-12-01 1992-06-30 Asea Brown Boveri
US5141432A (en) * 1990-07-18 1992-08-25 Radian Corporation Apparatus and method for combustion within porous matrix elements
US5307634A (en) 1992-02-26 1994-05-03 United Technologies Corporation Premix gas nozzle
US5339630A (en) * 1992-08-28 1994-08-23 General Motors Corporation Exhaust burner catalyst preheater
DE4320212A1 (de) * 1993-06-18 1994-12-22 Abb Research Ltd Feuerungsanlage
DE19501041C2 (de) * 1995-01-16 2003-01-02 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Brenner mit optimalem Startverhalten
DE19635545C1 (de) * 1996-09-02 1998-02-26 Viessmann Werke Kg Verfahren zur sicheren Zündung und zum Anfahren von Brennern mit Abgasrückführung beim Einsatz flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe und Brennereinrichtungen zur Durchführung der Verfahren
DE19720786A1 (de) * 1997-05-17 1998-11-19 Abb Research Ltd Brennkammer
DE59710093D1 (de) 1997-10-08 2003-06-18 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie mittel-oder niederkalorischen Brennstoffen in einem Brenner
EP0918190A1 (de) * 1997-11-21 1999-05-26 Abb Research Ltd. Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers
ATE232282T1 (de) * 1997-11-25 2003-02-15 Alstom Brenner zum betrieb eines wärmeerzeugers
DE19859829A1 (de) * 1998-12-23 2000-06-29 Abb Alstom Power Ch Ag Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers
US6485294B2 (en) * 2000-12-20 2002-11-26 Lennox Manufacturing Inc. NOx reduction device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4412365A1 (de) * 1994-04-11 1995-10-12 Koerting Ag Brenner für flüssigen Brennstoff, insbesondere Öl
EP0687854A1 (de) * 1994-06-13 1995-12-20 N.V. Acotech S.A. Brenner mit Abgasrückführung
EP0780629A2 (de) * 1995-12-21 1997-06-25 ABB Research Ltd. Brenner für einen Wärmeerzeuger
EP0945677A2 (de) * 1998-03-24 1999-09-29 United Technologies Corporation Brennstoffeinspritzvorrichtung mit Flammenstabilisierung

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1614963A1 (de) 2004-07-09 2006-01-11 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Vormischverbrennungssystem
US7871262B2 (en) * 2004-11-30 2011-01-18 Alstom Technology Ltd. Method and device for burning hydrogen in a premix burner
CN101907296A (zh) * 2010-07-12 2010-12-08 昆明理工大学 一种高效二甲醚/空气低NOx高温燃烧系统
CN101907296B (zh) * 2010-07-12 2012-05-30 昆明理工大学 一种高效二甲醚/空气低NOx高温燃烧系统
FR3041742A1 (fr) * 2015-09-30 2017-03-31 Ifp Energies Now Chambre de combustion d'une turbine, notamment d'une turbine a cycle thermodynamique avec recuperateur, pour la production d'energie, en particulier d'energie electrique.
WO2017055074A1 (fr) * 2015-09-30 2017-04-06 IFP Energies Nouvelles Chambre de combustion d'une turbine, notamment d'une turbine a cycle thermodynamique avec recuperateur, pour la production d'energie, en particulier d'energie electrique
US10948190B2 (en) 2015-09-30 2021-03-16 IFP Energies Nouvelles Combustion chamber of a turbine, in particular a thermodynamic cycle turbine with recuperator, for producing energy, in particular electrical energy
WO2021229468A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Sacmi Forni & Filter S.p.A. Apparatus, burner and method for the firing of ceramic articles
CN117109930A (zh) * 2023-10-23 2023-11-24 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台
CN117109930B (zh) * 2023-10-23 2023-12-26 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台

Also Published As

Publication number Publication date
US20040018459A1 (en) 2004-01-29
US20020172905A1 (en) 2002-11-21
US6640545B2 (en) 2003-11-04
DE10064259A1 (de) 2002-07-04
DE10064259B4 (de) 2012-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10064259B4 (de) Brenner mit hoher Flammenstabilität
EP1199516B1 (de) Brenner
EP0571782B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine
EP2115353B1 (de) Brennkammer für eine Gasturbine
DE60128513T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der Emissionen in einer Brennkammer mit einer Wirbelmischvorrichtung
DE69719688T2 (de) Gasturbinenbrenner und Betriebsverfahren dafür
EP2156095B1 (de) Drallfreie stabilisierung der flamme eines vormischbrenners
EP2225488B1 (de) Vormischbrenner für eine gasturbine
EP0576697B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine
EP0401529B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine
EP0733861A2 (de) Brennkammer mit Zweistufenverbrennung
EP0274630A1 (de) Brenneranordnung
CH710573A2 (de) Brennstoffdüse für eine Gasturbinenbrennkammer.
EP0713058A1 (de) Brennkammer mit Mehrstufenverbrennung
DE2555085A1 (de) Brennkammer und verfahren zum erzeugen einer emissionsarmen verbrennung
CH697862A2 (de) Brenner mit Vormischer mit radial gestuften Strömungskanälen und Verfahren zum Mischen von Luft und Gas in einem Brenner einer Gasturbine.
DE4411624A1 (de) Brennkammer mit Vormischbrennern
DE102005024062A1 (de) Brennerrohr und Verfahren zum Mischen von Luft und Gas in einem Gasturbinentriebwerk
EP0995066B1 (de) Brenneranordnung für eine feuerungsanlage, insbesondere eine gasturbinenbrennkammer
EP0816759B1 (de) Vormischbrenner und Verfahren zum Betrieb des Brenners
EP0742411B1 (de) Luftzuströmung zu einer Vormischbrennkammer
EP1062461B1 (de) Brennkammer und verfahren zum betrieb einer brennkammer
DE19939235B4 (de) Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE4242003A1 (de) Prozesswärmeerzeuger
EP0727611A1 (de) Brennkammer mit Zweistufenverbrennung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE TR

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD

17P Request for examination filed

Effective date: 20021122

AKX Designation fees paid

Designated state(s): DE GB

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD

17Q First examination report despatched

Effective date: 20060321

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20070206