EP1336800B1

EP1336800B1 - Verfahren zur Verminderung verbrennungsgetriebener Schwingungen in Verbrennungssystemen sowie Vormischbrenner zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: EP1336800B1
Application number: EP03405031.0A
Authority: EP
Inventors: Ephraim Gutmark; Christian Oliver Paschereit
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2002-02-13
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2013-11-27
Anticipated expiration: 2023-01-24
Also published as: JP2003240242A; US20030150217A1; DE10205839B4; EP1336800A1; DE10205839A1; US6918256B2

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vormischbrenner zur Verminderung verbrennungsgetriebener Schwingungen innerhalb eines Verbrennungssystems, insbesondere eines solchen mit geringer akustischer Dämpfung, wie es in Brennkammern von Strömungskraftmaschinen häufig anzutreffen ist.

Stand der Technik

Beim Betrieb von Strömungskraftmaschinen, wie beispielsweise Gasturbinenanlagen, treten in den Brennkammern häufig verbrennungsgetriebene thermoakustische Schwingungen auf, die am Brenner als strömungsmechanische Instabilitätswellen entstehen und zu Strömungswirbeln führen, die den gesamten Verbrennungsvorgang stark beeinflussen und zu unerwünschten periodischen Wärmefreisetzungen innerhalb der Brennkammer führen. Daraus resultieren Druckschwankungen hoher Amplitude, die zu unerwünschten Effekten, wie zu einer hohen mechanischen Belastung des Brennkammergehäuses, einer erhöhten NO_x-Emission durch eine inhomogene Verbrennung oder sogar zu einem Erlöschen der Flamme innerhalb der Brennkammer führen können.
Thermoakustische Schwingungen beruhen zumindest teilweise auf Strömungsinstabilitäten der Brennerströmung, die sich in kohärenten Strömungsstrukturen äußern, und die die Mischungsvorgänge zwischen Verbrennungsluft und Brennstoff beeinflussen.
Es ist mittlerweile eine Reihe von Techniken bekannt, thermoakustischen Schwingungen entgegenzutreten, bspw. mit Hilfe eines Kühlluftfilmes, der über die Brennkammerwände geleitet wird oder durch eine akustische Ankopplung sogenannter Helmholtz-Dämpfer im Bereich der Brennkammer oder im Bereich der Kühlluftzufuhr.
Ferner ist bekannt, dass den im Brenner auftretenden Verbrennungsinstabilitäten dadurch entgegengetreten werden kann, indem die Brennstoffflamme durch zusätzliche Eindüsung von Brennstoff stabilisiert wird. Eine derartige Eindüsung von zusätzlichem Brennstoff erfolgt über die Kopfstufe des Brenners, in der eine auf der Brennerachse liegende Düse für die Pilot-Brennstoffgaszuführung vorgesehen ist, was zu einer Anfettung der zentralen Flammstabilisierungszone führt. Diese Methode der Verminderung von thermoakustischen Schwingungsamplituden ist jedoch mit dem Nachteil verbunden, dass die Eindüsung von Brennstoff an der Kopfstufe mit einer Erhöhung der Emission von NO_x einhergeht.
Untersuchungen zur Ausbildung thermoakustischer Schwingungen haben gezeigt, dass oftmals Strömungsinstabilitäten zu diesen Instabilitäten führen. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die sich zwischen zwei mischenden Strömungen ausbildenden Scherschichten, die senkrecht zur Strömungsrichtung verlaufende Wellen initiieren (Kevin-Helmholtz-Wellen). Diese Instabilitäten auf Scherschichten in Kombination mit dem ablaufenden Verbrennungsprozess sind hauptverantwortlich für die von Reaktionsratenschwankungen ausgelösten thermoakustischen Oszillationen. Diese weitgehend kohärenten Wellen führen bei einem Brenner der vorgenannten Art unter typischen Betriebsbedingungen zu Schwingungen mit Frequenzen im Bereich um 100 Hz. Da diese Frequenz mit typischen fundamentalen Eigenmoden von vielen Ringbrennern in Gasturbinenanlagen zusammenfällt, stellen die thermoakustischen Oszillationen ein Problem dar. Nähere Ausführungen hierzu sind folgenden Druckschriften zu entnehmen: Oster & Wygnanski 1982, "The forced mixing layer between parallel streams", Journal of Fluid mechanics, Vol. 123, 91-130; Paschereit et al. 1995, "Experimental investigation of subharmonic resonance in an axisymmetric jet", Journal of Fluid Mechanics, Vol. 283, 365-407; Paschereit et al., 1998, "Structure and Control of Thermoacoustic Instabilities in a Gas-turbine Burner", Combustion, Science & Technology, Vol. 138, 213-232).
Wie aus den vorstehenden Veröffentlichungen zu entnehmen ist, ist es möglich, die sich innerhalb der Scherschichten ausbildenden kohärenten Strukturen durch gezieltes Einbringen einer akustischen Anregung derart zu beeinflussen, dass die Ausbildung solcher Wirbel weitgehend verhindert wird. Damit werden Schwankungen in der Wärmefreisetzung unterbunden und die Druckschwankungen reduziert.
Vorgemischte Flammen benötigen Zonen geringer Geschwindigkeit, um stabilisiert zu werden. Zur Stabilisierung der Flamme dienen Rückströmzonen, die entweder durch den Nachlauf hinter Störkörpern, so genannten Flammenhaltern, oder durch aerodynamische Methoden (vortex breakdown) erzeugt werden. Die Stabilität der Rückströmzone ist ein weiteres Kriterium für die Stabilität der Verbrennung und die Vermeidung von thermoakustischen Instabilitäten.
US 5325660 beschreibt Ausführungsarten von Brennern der erstgenannten Kategorie. Zur Stabilisierung der Flamme ist stromab der Vormischzone des Brenners ein strömungsbeeinflussender Körper derart angeordnet, dass sich stromab eine Rückströmzone ausbildet. Im Brennerbetrieb sitzt die Flamme unmittelbar hinter dem Flammenhalter. Dergestalt konzipierte Brenner sind für einen Betrieb im Zusammenhang mit Strömungskraftmaschinen, wie Gasturbinen, wenig geeignet. Die Flammenhalter unterliegen aufgrund ihrer exponierten Lage und der enormen thermischen und chemischen Beanspruchungen einem hohen Verschleiss. Abfallende Teile hätten verheerende Auswirkungen auf die nachgeordnete Turbine. In modernen Gasturbinenanlagen stellen solche Brenner daher keine Alternative dar.
EP 321 809 B1 offenbart einen Vormischbrenner mit einer stromab des Brenneraustritts sich ausbildenden Rückströmzone, die die Flamme stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen. Dieser Brenner besteht aus wenigstens zwei hohlen, ineinandergeschachtelten Teilkegelkörpern, deren Längsachsen derart zueinander versetzt sind, dass sich tangentiale Schlitze zur Zuführung der Verbrennungsluft ausbilden, welche drallförmig durch eine von den Teilkegelkörpern umschlossene, sich konisch erweiternde Vormischzone zum Brenneraustritt hin strömt. Zentral ist eine in die Vormischzone hineinragende Lanze zur Brennstoffeindüsung angeordnet.
Nach der in DE 195 45 309 mitgeteilten Lehre werden bei einem Brenner gemäss EP 321 809 die NO_x-Emissionen dadurch vermindert und die Rückströmzone dadurch stabilisiert, indem sich die Brennstofflanze mindestens bis in das untere Drittel der Vormischzone erstreckt und an ihrem stromabwärtigen Ende mit einer Brennstoffdüse ausgestattet ist. Durch diese Massnahme einer Verkürzung der Distanz zwischen Brennstoffdüse und Rückströmzone werden nicht nur Pulsationen vermindert, sondern zudem reduziert sich der Brennstoffbedarf zur Stabilisierung der Flamme.
WO 01/96785 offenbart einen gattungsgleichen Vormischbrenner, der sich durch eine stabile Fahrweise im Teillastbereich auszeichnet und thermoakustische Instabilitäten, die zu einem vollständigen Verlöschen der Flamme, insbesondere im Teillastbereich, führen können, vermindert. Dies wird durch eine örtlich variable Brennstoffeindüsung in die Vormischzone über mindestens eine erste Gruppe und mindestens eine zweite Gruppe von Brennstoffzuführeinrichtungen erreicht. Dabei soll auch die Brennerlanze vorzugsweise mit mehr als einer Gruppe von Brennstoffzuführeinrichtung ausgerüstet sein und sich relativ weit in die Vormischzone hinein erstrecken.
Gegenstand der US 5487274 ist eine Gasturbinenbrennkammer mit schadstoffarmer Verbrennung. An die Brennkammer ist eine Anzahl von Vormischzonen zur Zuführung eines Brennstoff-Luft-Gemischs angekoppelt. Die Vormischzonen bestehen jeweils aus einem zylindrischen Mantelrohr mit einem innenliegenden zylindrischen Zentralkörper, besitzen also einen ringförmigen Querschnitt. Der Zentralkörper endet kurz vor dem Austritt der Vormischzone in die Brennkammer. Eingangs der Vormischzone befinden sich Wirbelelemente für die Verbrennungsluft und von dem Zentralkörper radial ausgehende, in die Verbrennungsluftströmung hineinragende Lanzen zur Eindüsung von Brennstoff in die strömende Verbrennungsluft. Ausgehend vom Mantelrohr oder vom Zentralkörper ragen am brennkammerseitigen Austritt der Vormischzone mehrere, etwa zwei bis sechs, Strömungselemente radial in die ringförmige Vormischzone, welche die ausgebildeten Strömungsmuster stören und damit die Ausbildung kohärenter Strukturen hemmen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Vormischbrenner zur Verminderung verbrennungsgetriebener thermoakustischer Schwingungen innerhalb eines Verbrennungssystems, insbesondere eines solchen mit einer geringen akustischen Dämpfung, bereitzustellen, der die Ausbildung kohärenter Strömungsinstabilitäten am Brenneraustritt weiter vermindert und welcher mit geringem apparativen Aufwand zu erstellen ist.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe durch einen Vormischbrenner der in dem unabhängigen Anspruch genannten Art gelöst.
Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Ausgehend von einem Verbrennungssystem, das einen Vormischbrenner der gemäss EP 0 321 809 B1 geschützten Bauart umfasst, besteht der Grundgedanke der Erfindung darin, die sich stromab des Brenneraustritts ausbildende zentrale Rückströmzone, innerhalb der sich das Brennstoff-/Luftgemisch entzündet, weiter zu stabilisieren. Durch die Stabilisierung der Rückströmzone sowie die Verminderung der Ausbildung kohärenter Wirbelstrukturen am Brenneraustritt werden die das Auftreten thermoakustischer Schwingungen verursachenden periodischen Wärmefreisetzungen innerhalb der Brennkammer weitgehend unterbunden.
Die strömungstechnische Stabilisierung der Rückströmzone erfolgt erfindungsgemäß durch das Vorsehen der zentralen Brennstoffdüse in Form einer Brennerlanze, wie sie üblicherweise zur Pilotgaszufuhr verwendet wird, wobei die Brennerlanze eine Länge aufweist, die von Seiten des Brennerkopfes in einer Länge von 60 bis 80% in den Brenner stromab hineinragt, mittig zur Brennerachse angeordnet ist und in ihrem stromabwärtigen Endbereich einen sich erweiternden Querschnitt aufweist.Der Brennstoffaustrag erfolgt durch wenigstens eine am Lanzenende angebrachte Brennstoffdüsenöffnung derart, dass sich der in den Innenraum des Brenners ausgetragene Brennstoff feinstverteilt mit Zuluft mischt und zugleich verwirbelt wird. Insbesondere erfolgt durch den Nachlauf am Lanzenende eine weitere Stabilisierung der aerodynamisch erzeugten Rückströmzone. Insbesondere wird durch den erfindungsgemäßen Brennstoffeintrag in einer stromab verlagerten Position innerhalb des Brennerinnenraums ein periodisches Hinaus- und wieder Hineinlaufen der sich innerhalb der Rückströmzone ausbildenden Flamme in den Brenner verhindert. Durch die räumliche Nähe des Brennstoffaustrages zur sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Rückströmzone kann eben jener Wirbelzusammenbruch durch das sich in Strömungsrichtung ausbreitende, verwirbelte Brennstoff-/Luftgemisch unterstützt werden, wodurch die Rückströmzone und damit verbunden die Flamme entscheidend stabilisiert werden.
Es ist erkannt worden, dass durch unterschiedliche Lanzenformen die Entstehung kohärenter Strukturen beeinflusst werden kann. In den nachfolgenden Ausführungen wird eine Reihe bevorzugter Lanzenkonfigurationen vorgestellt werden. Diesen Konfigurationen ist gemein, durch eine Auffächerung der Wirbelbewegung die Entstehung kohärenter Strukturen zusätzlich zu hemmen.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Lanze in an sich bekannter Weise mit Mitteln ausgerüstet, die eine voneinander unabhängige Zuführung zweier fluider Medien gestatten. Eine solche Gestaltung erlaubt es, neben einer Brennstoffeindüsung noch Zusatzluft in den Brennerinnenraum einzuführen. Durch eine an sich bekannte modulierte Zuführung dieser Zusatzluft kann den Brennkammerschwingungen damit zusätzlich entgegengewirkt werden.
Insbesondere bei einer Betriebsweise des Vormischbrenners mit Brennstoffzuführung in die tangential in den Brennerinnenraum eintretende Verbrennungsluft über längs des Mantels angeordnete Düsen, trägt die erfindungsgemäße Massnahme einer teilweisen Brennstoffeindüsung über die in den Innenraum hineingeschobene, im Endbereich einen sich erweiternden Querschnitt aufweisende zentrale Brennstofflanze zur Stabilisierung der sich innerhalb der Rückströmzone ausbildenden Flamme bei.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Erfindung sei nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: schematisierten Längsschnitt durch einen kegelförmig ausgebildeten Brenner mit verlängerter Brennerlanze,
Fig. 2: Diagrammdarstellung zur Abhängigkeit der Länge der Brennerlanze auf das akustische Dämpfungsverhalten,
Fig. 3: Diagrammdarstellung zur Abhängigkeit der Länge der Brennerlanze auf das akustische Dämpfungsverhalten im Hinblick auf unterschiedliche Lanzenkonfigurationen,
Fig. 4: Diagrammdarstellung der Abhängigkeit der Länge der Brennerlanze auf die NO_x-Emissionen im Hinblick auf unterschiedliche Lanzenkonfigurationen,
Fig. 5-8: unterschiedliche Brennerlanzenkonfigurationen.

In Figur 1 ist im Längsschnitt ein Vormischbrenner 1 dargestellt, wie er in seinem Grundaufbau beispielweise aus der EP 0 321 809 hervorgeht. Der Vormischbrenner 1 besteht aus zwei halbschalenförmigen, sich konisch erweiternden Teilkörpern 1a und 1 b, die derart achsparallel und zueinander versetzt angeordnet sind, dass sie in zwei spiegelbildlich gegenüberliegenden Überlappungsbereichen tangentiale Spalte bilden. Die aus der Versetzung der Längsachsen der Teilkörper 1 a und 1 b resultierenden Spalte dienen als Eintrittskanäle, durch die im Brennerbetrieb die Verbrennungsluft 7 tangential in den Brennerinnenraum 2 einströmt. Entlang diesen Eintrittskanälen befinden sich Eindüsungsöffnungen, durch welche ein vorzugsweise gasförmiger Brennstoff 8 in die vorbeiströmende Verbrennungsluft 7 eingedüst wird. Neben dieser Brennstoffeindüsung 8 am Brennermantel besitzt diese vorgenannte Brennergattung in zentraler Anordnung im Anfangsbereich des Brennerinnenraums 2 eine Düse zur Einführung weiteren, vorzugsweise flüssigen Brennstoffs. Unter Ausbildung einer Drallströmung 6 durchqueren Verbrennungsluft 7 und Brennstoff 8 unter intensiver Durchmischung den Brennerinnenraum 2. Am Brenneraustritt bricht die Drallströmung 6 unter Ausbildung einer Rückstromzone 5 mit einem gegenüber der dort wirkenden Flammenfront stabilisierenden Effekt zusammen. Weitere Einzelheiten des Aufbaus und der Wirkungsweise dieses Brenners 1 sind der vorgenannten EP-Schrift und anderen dem Fachmann bekannten Informationsquellen zu entnehmen.
Erfindungsgemäss ragt in Verlängerung der erwähnten zentralen Brennstoffdüse eine Brennerlanze 3 parallel zur Brennerachse in den Brennerinnenraum 2. Die Lanze 3, die eine Länge I aufweist, die vorzugsweise im Bereich von etwa 2/3 der axialen Erstreckung des Brenners 1 liegt, weist einen mittig angeordneten Brennstoffkanal 31 auf, der stromab am Lanzenende in einer Brennstoffdüse 32 endet.
Nach der in Fig.1 dargestellten Ausführungsvariante münden im Bereich des Lanzenendes darüber hinaus radial ausgerichtete Düsen 33, aus denen zur zusätzlichen Dämpfung sich im Verbrennungssystem ausbildender thermoakustischer Schwingungen Luft in den Brennerinnenraum 2 eingebracht wird. Diese Luft, wie auch der Brennstoff, können moduliert eingespeist werden. Das sich in einer Drallströmung 6 durch den Brennerinnenraum 2 in die Brennkammer 4 ausbreitende Brennstoff/Luftgemisch vermag die sich innerhalb der Brennkammer 4 ausbildende Rückströmzone 5 zu stabilisieren, zumal die Wirbelstärke des Brennstoff-/Luftgemisches vor und während der Zündung den Wirbelzerfall innerhalb der Brennkammer 4 begünstigt, wodurch die Rückströmzone 5 stabilisiert wird. Hierdurch kann verhindert werden, daß die Rückströmzone 5 ihre Lage periodisch ändert, was letztlich Ursache der sich innerhalb des Verbrennungssystems ausbreitenden thermoakustischen Schwingungen ist.
In Figur 2 ist eine Diagrammdarstellung abgebildet, die die Wirkung der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennerlanze 3 auf die Unterdrückung von Instabilitäten in Form von Druckschwingungen im 120 Hz-Bereich verdeutlicht. Die Pulsationen, die in Druckwerten (Pa) entlang der Ordinate in Figur 2 aufgetragen sind, sind als Funktion der Position des Lanzenendes im Brenner 1 aufgetragen. Entlang der Abszisse ist das Verhältnis I/L aufgetragen, d.h. das Verhältnis der Länge der Brennerlanze 3 zur gesamtaxialen Erstreckung L des Brenners. Die Position I/L = 0 entspricht dabei der ursprünglichen Position der zentralen Brennstoffdüse, wie vorstehend erwähnt.
Die unterschiedlichen im Diagramm dargestellten Funktionsverläufe entsprechen, folgenden Messbedingungen, wie sie im übrigen aus der Legende der Figur 2 entnehmbar sind:

Die durchgehend, horizontal eingetragene Linie entspricht der Basislinie, gemäß der an sich bekannte Brennersysteme ohne die Vorkehrung der erfindungsgemäß ausgebildeten Lanze bei vorgegebenen Betriebsbedingungen schwingen. Der mit Quadraten durchsetzte Funktionsverlauf gibt das Schwingungsverhalten eines Brenners im Premixbetrieb wieder, bei dem lediglich die zentrale Brennerlanze vorgesehen ist, durch die jedoch kein Brennstoffeintrag in den Brenner erfolgt. Die mit den ausgefüllten Rauten durchsetzte Linie gibt den Betrieb unter Verwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennerlanze 3 wieder, bei der 2 kg Brennstoffaustrag pro Std. als Brennstoffzugabe durch die Brennerlanze 3 gewählt wurde. Schließlich zeigt die mit Dreiecken durchsetzte punktierte Linie einen Fall unter Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Brennerlanze 3, gleichsam jenem mit der Rauten durchsetzten Linie, jedoch mit einer Brennstoffzugabe von 5 kg pro Std.

Aus Figur 2 wird deutlich, dass die sich einstellenden Instabilitäten im Vormischbetrieb bei dem in Figur 1 dargestellten Brenner mit einer Lanzenposition von I/L = 0,6 - 0,8 am besten unterdrücken lassen. Die bevorzugte Lanzenposition liegt dabei bei I/L = 0,7.
Die Unterdrückung der Instabilitäten im Brennerbetrieb, die im wesentlichen durch eine verbesserte Flammenstabilität und durch die Zerstörung kohärenter Strukturen gewährleistet werden kann, lässt sich verbessern, indem das Lanzenende als Störkörper 10, 11, 13 konfiguriert wird, um Wirbelstärke in Strömungsrichtung einzubringen. Aus den Figuren 6-8 gehen hierzu unterschiedliche Störkörpergeometrien hervor, gemäß denen das Lanzenende auszubilden ist. In Abhängigkeit der in diesen Figuren dargestellten Störkörpergeometrien können die in Figur 3 dargestellten Kennlinien zur Darstellung der Wirkungsweise der Unterdrückung von Instabilitäten gewonnen werden.
Die in Figur 3 dargestellte Diagrammdarstellung ist mit der in Figur 2 vergleichbar. Die Zugehörigkeit der einzelnen Funktionsverläufe zu den unterschiedlich ausgebildeten Störkörpergeometrien ist ebenfalls direkt aus der Legende der Figur zu entnehmen. Wieder ergibt sich der Sachverhalt, dass eine Unterdrückung von Instabilitäten mit einer Brennerlanzenlänge von I/L = 0,6 - 0,8 am deutlichsten ausgeprägt ist.
Von allen untersuchten Störgeometrien erweist sich die konisch ausgebildete Brennerlanze (Fig.7) als besonders geeignet, Instabilitäten zu unterdrücken (siehe hierzu die mit auf den Kopf gestellten Dreiecken durchsetzte gestrichelte Linie in Fig. 3).
In Figur 4 ist die Auswertung der einzelnen Störgeometrien in Bezug auf die Stickoxidemission dargestellt. Hierbei erweist sich die mit einer Vielzahl von Brennstoffaustrittsöffnungen durchsetzte Brennerlanze als besonders vorteilhaft, die in Figur 5 dargestellt ist. Die in Figur 5 abgebildete Störgeometrie sowie auch die in den Folgefiguren abgebildeten Geometrien können beispielsweise als Schraubaufsätze mit einem Gewinde ausgebildet, die in den Brennerkopf eingeschraubt werden und insbesondere zu Testzwecken leicht ausgetauscht werden können.
Die in Figur 5 abgebildete Brennerlanze 3 ist mit einer Vielzahl den Mantel lateral durchsetzender Brennstoffaustrittsöffnungen 9 ausgerüstet. Durch eine axiale Auffächerung der Brennstoffeindüsung wird eine homogene Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft gewährleistet. Die Eindüsung erfolgt dabei vorzugsweise im Bereich der - in Strömungsrichtung gesehen - zweiten Lanzenhälfte.
Figur 6 zeigt eine sternförmig ausgebildete Lanzenendgeometrie, Figur 7 eine konisch ausgebildete Lanzenendgeometrie, wobei der Brennstoffaustrag aus der Lanze 3 durch axial ausgerichtete Austrittsöffnungen 12, 32 erfolgt, gleichsam der Lanzengeometrie in Figur 8, die eine Brennerlanze zeigt, an der eine Platte 13 angebracht ist.
Die Störgeometrien vermögen, wie oben anhand von Fig. 3 geschildert, die Premixströmung entscheidend zu beeinflussen.

Bezugszeichenliste

1: Brenner
1a;1b: Halbschalen
2: Brennerinnenraum
3: Brennerlanze
31: Brennstoffleitung
32: axiale Brennstoffaustrittsöffnung an der Lanze 3
33: radiale Lufteindüsung
4: Brennkammer
5: Rückströmzone
6: Drallströmung
7: Verbrennungsluft
8: Brennstoff
9: Brennstoffaustrittsöffnung an der Lanze 3
10: sternförmige Lanzenendgeometrie
11: konische Lanzenendgeometrie
12: Brennstoffaustrittsöffnung an der Lanze 3
13: Platte am Lanzenende
I: Länge der Brennerlanze

Claims

Vormischbrenner zur Verminderung verbrennungsgetriebener Schwingungen innerhalb eines Verbrennungssystems, insbesondere einer Brennkammer (4) einer Strömungskraftmaschine, im wesentlichen umfassend einen Drallerzeuger aus zwei halbschalenförmigen, sich konisch erweiternden Teilkörpern (1a) und (1b), die derart achsparallel und zueinander versetzt angeordnet sind, dass sie in zwei spiegelbildlich gegenüberliegenden Überlappungsbereichen tangentiale Spalte bilden, die als Eintrittskanäle für die Verbrennungsluft (7) in den Brennerinnenraum (2) dienen, weiterhin umfassend wenigstens eine zentrale Brennstoffdüse innerhalb des von den Teilkörpern (1a) und (1b) umschlossenen Innenraums (2),
wobei die zentrale Brennstoffdüse in Form einer koaxial orientierten Brennerlanze (3) ausgebildet ist, die in den Brennerinnenraum (2) hineinragt und in einem Bereich zwischen 60% und 80% der axialen Länge des Brennerinnenraums (2) endet, und die Brennerlanze (3) zumindest in ihrem stromabwärtigen Endbereich mit Mitteln zum Austrag wenigstens eines Fluids in den Brennerinnenraum (2) ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (3) zumindest in ihrem stromabwärtigen Endbereich einen sich erweiternden Querschnitt aufweist.
Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (3) einen in Strömungsrichtung sich konisch erweiternden Endbereich aufweist.
Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (3) einen in Strömungsrichtung sich sternförmig erweiternden Endbereich aufweist.
Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Lanze (3) in ihrem Endbereich eine senkrecht zur Strömungsrichtung orientierte Platte (13) aufweist.
Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich der Brennerlanze (3) mit Austrittsöffnungen (32) und (33) für Brennstoff und Verbrennungsluft ausgerüstet ist.
Vormischbrenner nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel der Brennerlanze (3) mit Austrittsöffnungen (9) für Brennstoff ausgerüstet ist.