EP2407715B1 - Burner - Google Patents

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EP2407715B1
EP2407715B1 EP20100169632 EP10169632A EP2407715B1 EP 2407715 B1 EP2407715 B1 EP 2407715B1 EP 20100169632 EP20100169632 EP 20100169632 EP 10169632 A EP10169632 A EP 10169632A EP 2407715 B1 EP2407715 B1 EP 2407715B1
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EP
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burner
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modules
characterized
fuel
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Werner Krebs
Jürgen MEISL
Bernhard Wegner
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • F23D2900/00017Assembled burner modules

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a burner according to the preamble of claim 1.
  • Um möglichst geringe Stickoxidemissionen bei steigenden Verbrennungstemperaturen zu erzielen, sind moderne Gasturbinenverbrennungssysteme durch ein kompaktes Design gekennzeichnet. To the lowest possible NOx emissions to achieve with increasing combustion temperatures, modern gas turbine combustion systems are characterized by a compact design. Damit die geforderten thermischen Leistungen erreicht werden, sind in der Regel eine größere Anzahl an Brennern, in denen der Brennstoff zugemischt und der Brennstoff mit der Luft vorgemischt wird, parallel geschaltet. Thus the required thermal performance is achieved, are usually a larger number of burners, in which the fuel is mixed and the fuel is pre-mixed with the air, connected in parallel. Durch Verringerung der Verweilzeit in kompakten Anordnungen können die Stickoxidemissionen weiter verringert werden. By reducing the residence time in a compact arrangements, the nitrogen oxide emissions can be further reduced. Eine weitere Verringerung der Verweilzeit über den gegenwärtigen Stand der Technik, der bei stationären Gasturbinenverbrennungssystemen ca. 15 ms beträgt, kann durch Einführung sogenannter Mikroflammen oder Brennermodulen erzielt werden. A further reduction of the residence time of the present state of the art, which is approximately 15 ms in stationary gas turbine combustion systems, may be achieved by introducing so-called micro flame or burner modules. Aufgrund der dadurch bedingten hohen Leistungsdichten neigen diese Verbrennungssysteme jedoch zu thermoakustisch induzierten Verbrennungsschwingungen, die den Betriebsbereich der Gasturbine einschränken. However, due to the resulting high power densities, these combustion systems tend to thermoplastic acoustically induced combustion oscillations that limit the operating range of the gas turbine. Eine Vermeidung dieses Nachteils wäre daher wünschenswert. A avoid this disadvantage would be desirable.
  • Die The DE 20 23 060 DE 20 23 060 zeigt einen Brenner für gasförmige Brennstoffe mit einer durchlöcherten porösen Austrittsplatte, die an einer Seite an eine Verbrennungszone und an der anderen an eine Grundplatte angrenzt. shows a burner for gaseous fuels with a perforated porous outlet plate that is adjacent on one side to a combustion zone and on the other to a base plate. Die Grundplatte ist mit der Austrittsplatte so verbunden, dass die Perforationen in der Austrittsplatte den Perforationen in der Grundplatte deckungsgleich gegenüberliegen. The base plate is connected to the outlet plate so that the perforations opposite congruent to the perforations in the base plate in the outlet plate. So kann Luft durch sie strömen. So air can flow through it. Die Austrittspunkte haben von der Grundplatte einen solchen Abstand zwischen den Löchern, dass Brennstoffdurchgänge gebildet werden. The exit points are from the base plate at such a distance between the holes that fuel passages are formed. Der Brenner ist insgesamt so ausgebildet, dass während des Gebrauchs des Brenners gasförmiger Brennstoff durch die Brennstoffdurchgänge und von dort durch die poröse Austrittsplatte in die Verbrennungszone strömt, wo er mit der durch die Perforationen angesaugten Luft verbrennt. The burner as a whole is designed such that flows during use of the burner of gaseous fuel through the fuel passages and from there through the porous plate exit into the combustion zone, where it combusts with the intake air through the perforations.
  • Die The EP 1 001 216 A1 EP 1001216 A1 zeigt eine Scheibe, mit durch die Scheibe hindurchführende Öffnungen. shows a disc, with leading through the flange openings. Quer zu den Öffnungen sind Kanäle angeordnet, durch welche Brennstoff geführt wird. Transverse to the channels are arranged openings, through which fuel is passed. Über diese Kanäle kann Brennstoff den Öffnungen zugeführt werden. Fuel can be supplied to the openings through these channels.
  • Die The US6427447 B1 US6427447 B1 offenbart einen Brenner bestehend aus mehreren Brennermodulen mit Ober- und Unterseite und einen Kanal zur Führung von Luft, wobei in den Luftkanal Brennstoff eingedüst wird. discloses a burner comprising a plurality of burner modules having top and bottom surfaces and a channel for guiding air, fuel is injected into the air channel.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe eines Brenners, welcher den obigen Nachteil vermeidet. The object of the present invention is to provide a burner which avoids the above drawback.
  • Die Aufgabe wird durch die Angabe eines Brenners mit einer Brennkammerwand, umfassend mehrere Brennermodule nach Anspruch 1 gelöst. The object is achieved by the indication of a burner with a combustion chamber wall comprising a plurality of burner modules according to Claim. 1 Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Further advantageous embodiments result from the dependent claims.
  • Die Verwendung derartiger vieler Brennermodule in verschaltbaren Gruppen ermöglicht eine hohe Flexibilität, sowohl hinsichtlich der Auslegung des Verbrennungssystems, als auch beim Betrieb einer Gasturbine. The use of such burners of many modules in interconnectable groups can be very flexible, both in terms of design of the combustion system, as well as the operation of a gas turbine. Weiterhin kann durch die gewählte Anordnung die Wärme in der gesamten Brennkammer verteilt freigesetzt werden, womit eine Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen möglich ist. Further, the heat can be released distributed in the entire combustion chamber by the chosen arrangement, thereby suppressing combustion oscillations is possible. Die Brennstoffversorgung der unterschiedlichen Gruppen von Brennermodulen kann zudem lastabhängig zugeschaltet werden. The fuel supply of the different groups of burner modules can also be connected load. Der Brennstoffeindüsung kann zudem eine Brennstoffmenge zugewiesen werden, die im Regelbereich variiert. The fuel injection can be assigned also an amount of fuel that varies within the control range. So kann eine verbesserte Kontrolle der Eindüsemenge und somit verbesserte NOx-Werte erhalten werden. Thus improved control of Eindüsemenge and thus improved NOx values ​​can be obtained. Die Brennermodule einer Gruppe können unterschiedlich ausgelegt sein. The burner modules of a group can be interpreted in different ways. Somit kann die Brennstoffmenge an unterschiedlichen Teilen der Brennkammer zusätzlich zu der Verschaltung in Gruppen gesteuert werden und bietet somit zusätzliche Betriebsflexibilität. Thus, the fuel amount can be controlled at different parts of the combustion chamber in addition to the interconnection in groups, and thus provides additional operating flexibility.
  • Der Brenner weist eine axiale Richtung und eine radiale Richtung auf. The burner has an axial direction and a radial direction. Die Gruppen sind in axialer Richtung und/oder radialer Richtung an der Brennkammerwand des Brenners angeordnet. The groups are arranged in the axial direction and / or radial direction of the combustion chamber wall of the burner. Die Anordnung der Gruppen ist bestimmend für die Brennergeometrie oder falls eine bestimmte Brennergeometrie vorgegeben ist, kann das Design der Gruppen an diese angepasst werden. The arrangement of the groups is determinative of the burner geometry, or if a specific burner geometry is specified, the design of the groups may be adapted to these. Die Gruppen können dabei radial angeordnet und axial gestaffelt sein. The groups can be arranged radially and axially staggered. Die jeweils nächste äußere Gruppe von Brennermodulen liegt in axialer Richtung gesehen stromabwärts der nächsten inneren Gruppe von Brennermodulen. The respective next outer group of burner modules is seen in the axial direction downstream of the next group of inner burner modules. Die axiale Staffelung erlaubt eine gleichmäßige Verteilung der Verbrennungszonen innerhalb der Brennkammer. The axial staggering allows a uniform distribution of the combustion zone within the combustor. Die Gruppe mit gleicher axialer Staffelung wird zu einer Stufe zusammengefasst, die eine gemeinsame Brennstoffregelung besitzt. The group with the same axial staggering is combined to form a circuit having a common fuel control. Abhängig von der Last werden die axialen Stufen zugeschaltet, wobei die innerste (bezogen auf die Brennerachse) zuerst und die äußerste zuletzt zugeschaltet wird. Depending on the load, the axial stages are switched on, wherein the innermost (relative to the burner axis) is last switched on first and the outermost. Eine Anzahl von drei axialen Stufen wird als ideal angesehen. A number of three axial stages is considered ideal. Somit kann die Brennstoffmenge besonders gut lastabhängig eingebracht werden, was sich wiederum günstig auf die NOx-Entstehung auswirkt. Thus, the amount of fuel can be introduced particularly well depending on the load, which in turn has a favorable effect on NOx formation.
  • Bevorzugt ist der Durchgangskanal im Wesentlichen im Querschnitt rund. Preferably, the passageway is substantially round in cross section. Bevorzugt sind mehrere Durchgangskanäle vorhanden, welche zumindest einen Abstand zueinander aufweisen. Preferably which have a distance to each other, at least a plurality of through channels are present. Es ist aus Flammenstabilitätsgründen günstig, den Faktor Abstand zu Querschnittsfläche bei den von der Turbine weiter entfernten Gruppen von Brennermodulen, größer zu wählen und den Faktor Abstand zu Querschnittsfläche bei den näher zur Turbine befindlichen Gruppen von Brennermodulen, enger zu wählen. It is favorable flame stability reasons, to choose a factor of distance to cross-sectional area at the more distant from the turbine groups of burner modules larger and a factor of distance to cross-sectional area in the nearer to the turbine groups of burner modules to choose narrower. Somit kann ein Verlöschen der Flamme und Hot Spots vermieden werden. Thus, the flame is extinguished and hot spots can be avoided.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Further features, properties and advantages of the present invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the accompanying figures.
  • Fig. 1 Fig. 1
    zeigt ein Brennermodul. shows a burner module.
    Fig. 2 Fig. 2
    zeigt ein Brennermodul mit zwei Durchgangskanälen und einer Brennstoffeindüsung. shows a burner module with two through channels and a fuel injector.
    Fig. 3 Fig. 3
    zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel von Gruppen von Brennermodulen in einem Rohrbrenner mit Brennkammer. shows a first exemplary embodiment of groups of burner modules in a tube burner with combustion chamber.
    Fig. 4 Fig. 4
    zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel von Gruppen von Brennermodulen in einem Rohrbrenner mit Brennkammer. shows a further exemplary embodiment of groups of burner modules in a tube burner with combustion chamber.
    Fig. 5 Fig. 5
    zeigt ein Ausführungsbeispiel von Gruppen von Brennermodulen in einem Ringbrenner mit Brennkammer. shows an exemplary embodiment of groups of burner modules in an annular burner with combustion chamber.
  • Um möglichst geringe Stickoxidemissionen bei steigenden Verbrennungstemperaturen zu erzielen, sind moderne Gasturbinenverbrennungssysteme durch ein kompaktes Design gekennzeichnet. To the lowest possible NOx emissions to achieve with increasing combustion temperatures, modern gas turbine combustion systems are characterized by a compact design. Damit die geforderten thermischen Leistungen erreicht werden, wird in der Regel eine größere Anzahl an Brennern, in denen der Brennstoff zugemischt und der Brennstoff mit der Luft vorgemischt wird, parallel geschaltet. Thus the required thermal performance is achieved, usually a larger number of burners, in which the fuel is mixed and the fuel is pre-mixed with the air, connected in parallel. Durch Verringerung der Verweilzeit in kompakten Anordnungen können die Stickoxidemissionen weiter verringert werden. By reducing the residence time in a compact arrangements, the nitrogen oxide emissions can be further reduced. Eine weitere Verringerung der Verweilzeit über den gegenwärtigen Stand der Technik, der bei stationären Gasturbinenverbrennungssystemen ca. 15 ms beträgt, kann durch Einführung sogenannter Brennermodule (Mikroflammenbrenner) erzielt werden. A further reduction of the residence time of the present state of the art, which is approximately 15 ms in stationary gas turbine combustion systems may, by the introduction of so-called burner modules (micro-flame burner) can be achieved. Aufgrund der dadurch bedingten hohen Leistungsdichten neigen diese Verbrennungssysteme jedoch zu thermoakustisch induzierten Verbrennungsschwingungen, die den Betriebsbereich der Gasturbine stark einschränken. However, due to the resulting high power densities, these combustion systems tend to thermoplastic acoustically induced combustion oscillations, which limit the operating range of the gas turbine strong. Dies wird mit Hilfe der Erfindung nun vermieden. This is implemented using the invention now avoided.
  • Fig. 1 Fig. 1 zeigt ein Brennermodul 1. Das Brennermodul 1 weist dabei eine Platte 90 mit einer Oberseite 92 und einer Unterseite 91 auf. shows a burner module 1. The burner module 1 has a plate 90 having a top 92 and a bottom 91st Zudem weist das Brennermodul 1 ein Durchgangskanal 100 zur Führung von Luft 102 auf. 1 also, the burner module in a through channel 100 for directing air 102nd Dabei kann die Luft 102 auch ein Luft-Brennstoffgemisch sein. Here, the air 102 also be an air-fuel mixture. Der Durchgangskanal 100 erstreckt sich von der Unterseite 91 zur Oberseite 92 durch die Platte 90 hindurch. The passageway 100 extends from the bottom 91 to the top 92 by the plate 90 therethrough. Die durch den Durchgangskanal 100 hindurchströmende Luft 102 bildet eine Luftströmungsrichtung L aus, wobei in Luftströmungsrichtung L nachgeschaltet eine Brennkammer 52 ( The air flowing through the through duct 100 air 102 forms an air flow direction L, wherein L in the air flow direction downstream of a combustion chamber 52 ( Fig. 3 Fig. 3 ) vorgesehen ist. ) is provided. Zudem umfasst das Brennermodul 1 eine Brennstoffeindüsung zur Einbringung von Brennstoff. In addition, the burner module 1 comprises a fuel injector for the introduction of fuel. Die Brennstoffeindüsung umfasst dabei zumindest einen Verteilerkanal 5 und einen Kanal 101, der Brennstoff vom Verteilerkanal 5 zu dem Durchgangskanal 100 transportiert. The fuel injector includes at least while transported to the through channel 100 has a distribution channel 5 and a passage 101, the fuel from the manifold channel. 5 Der Brennstoff kann dabei mittels nicht näher beschriebener Kanäle zu dem Verteilerkanal 5 transportiert werden. The fuel can thereby be transported to the distribution channel 5 by means of unspecified channels.
  • Fig. 2 Fig. 2 zeigt zwei Durchgangkanäle 100 die von einem gemeinsamen Verteilerkanal 5 über zwei Kanäle 101 mit Brennstoff versorgt werden. shows two through-channels 100, the two channels from a common manifold channel 5 are supplied with fuel 101. Als eine Gruppe 7 von Brennermodulen 1 wird eine Anzahl von mindestens einem, üblicherweise aber mehreren Brennermodulen 7 bezeichnet. As a group 7 of burner modules 1 is a number of at least one, but commonly referred to more burner modules. 7 Umschließt eine Gruppe 7 mehrere Durchgangskanäle 100, wie in Encloses a Group 7 plurality of through-channels 100, as in Fig. 2 Fig. 2 gezeigt, so kann eine Brennstoffeindüsung auch mehrere solcher Kanäle 101 umfassen, die mehrere Durchgangskanäle 100 mit Brennstoff versorgen. shown, a fuel injector can comprise a plurality of such channels 101 which provide a plurality of through passages 100 with fuel. Der Brennstoff kann dabei - wie in The fuel can be there - as in Fig. 2 und 1 Fig. 2 and 1 gezeigt - über senkrecht zu dem Durchgangskanal 100 angeordnete Kanäle 101 direkt senkrecht zur Luftströmungsrichtung L und damit zur Luft 102 eingebracht werden. are introduced via vertically arranged to the through channel 100 channels 101 directly perpendicular to the air flow direction L and thus to the air 102 - shown. Zudem kann - je nach Brennerbauart - auch eine Einbringung unter einem Winkel erfolgen. In addition - depending on the type of burner - also be a contribution at an angle. Eine Gruppe 7 kann aus einer unterschiedlichen Anzahl von Brennermodulen 1 bestehen, das heißt unterschiedlich viele Durchgangskanäle 100 und unterschiedlich viele Verteilerkanäle 5 und unterschiedlich viele Kanäle 101 aufweisen. A group 7 may consist of a different number of burner modules 1, i.e. a different number of through passages 100 and many different distribution channels 5 and a different number of channels 101 may have.
  • Luft 102 wird durch den Durchgangskanal 100 hindurchgeströmt. Air 102 is passed through the passageway 100th Der Durchgangskanal 100 kann dabei als zylindrische Durchgangsbohrung mit einem Durchmesser D und einer Querschnittsfläche realisiert sein. The passageway 100 can thereby be realized as a cylindrical through hole having a diameter D and a cross-sectional area. Der Durchmesser D beträgt hierbei bevorzugt 1-12 mm. The diameter D in this case is preferably 1-12 mm. Die Turbulenz der Luftströmung 102 kann durch Turbulenzgeneratoren erhöht werden. The turbulence of the air flow 102 can be increased by the turbulence generators. Dies können beispielsweise Deltawings, oder Mischelemente etc. sein (nicht gezeigt). This can, for example, Delta Wings, or mixing elements, etc. (not shown). Darüber hinaus kann durch eine Einlaufströmungsvorrichtung, die beispielsweise in Luftströmungsrichtung L gesehen vor dem Brennermodul 1 angeordnet wird (nicht gezeigt), die Luft 102 verdrallt werden. In addition (not shown) through an inlet flow device, which is seen, for example in the air flow direction L disposed upstream of the burner module 1, the air can be swirled 102nd Dies ergibt eine bessere Durchmischung von Luft 102 mit Brennstoff und somit eine bessere Verbrennung ohne Hot Spots. This results in a better mixing of air 102 with fuel and thus better combustion without hot spots. Durch die Kanäle 101 der Brennstoffeindüsung wird Brennstoff in dem Durchgangskanal 100, und damit in die Luft 102 eingedüst und vermischt sich mit diesem zu einem Luft-Brennstoffstrom 103. Die Kanäle 101 können dabei in einem Abstand KL von der Austrittsfläche des Luft-Brennstoffstroms 103 angeordnet sein. Through the passages 101 of the fuel injection is fuel in the passageway 100, and thus injected into the air 102 and mixes therewith to form an air-fuel stream 103. The channels 101 may in this case arranged at a distance KL from the exit face of the air-fuel stream 103 his. Dabei wird das Verhältnis von Abstand KL zu D, bevorzugt mit 0.1-8 angegeben. Here, the ratio of the distance D to KL, preferred, with 0.1-8. Bei einem Brennermodul 1 mit mehreren Durchgangskanälen 100 können diese einen Abstand S voneinander aufweisen, gerechnet vom jeweiligen Mittelpunkt der Querschnittsfläche des Durchgangskanals 100 an. In a burner module 1 having a plurality of through channels 100, these can have a distance S from each other, calculated from the respective center of the cross-sectional area of ​​the transit channel 100 at. Dabei ist bevorzugt das Verhältnis von S zu D mit 1.5 bis 10 anzugeben. The ratio of S is preferable to provide D with 1.5 to 10 degrees. Somit werden Flammenstabilität gewährleistet und Hot Spots vermieden. Thus, flame stability is assured and hot spots avoided.
  • Darüber hinaus ist es aus Flammenstabilitätsgründen günstig, das Verhältnis von S zu D bei den von der Turbine 8 ( Moreover, it is favorable flame stability reasons, the ratio of S to D in the (from the turbine 8 Fig. 3 Fig. 3 ) weiter entfernten Gruppen 7 von Brennermodulen 1 größer zu wählen und das Verhältnis von S zu D bei den näher zur Turbine 8 befindlichen Gruppen 7 von Brennermodulen 1 enger zu wählen. to choose) groups further away 7 of burner modules 1 is greater, and to select the ratio of S to D at the nearer to the turbine 8 groups 7 of burner modules 1 close.
  • Wie As Fig. 3 Fig. 3 zeigt, umfasst der Brenner mit einer Brennkammerwand 110 mehrere Gruppen 7, welche aus Brennermodulen 1 bestehen. shows the burner comprises a combustion chamber with wall 110 a plurality of groups 7, which consist of burner modules. 1 Erfindungsgemäß sind mindestens zwei der Gruppen 7 verschaltbar in Bezug auf die Brennstoffmenge. According to the invention, at least two of the groups 7 interconnected with respect to the amount of fuel.
  • Die Brennermodule 1 innerhalb einer Gruppe 7 ( The burner modules 1 within a Group 7 ( Fig. 3 Fig. 3 ) oder in verschiedenen Gruppen 7 können unterschiedlich ausgelegt sein, zB unterschiedlich in der Größe. ) Or in different groups 7 can be designed differently, for example, different in size. Die Gruppen 7 können direkt an der Brennkammerwand 110 des Brenners angebracht sein oder diese zumindest teilweise ersetzen. The groups 7 can be attached directly to the combustion chamber wall 110 of the burner or replace them at least partially.
  • Die Gruppen 7 können mit vorgemischten bzw. teilvorgemischten oder gar nicht vorgemischten Brennermodulen 1 betrieben werden. The groups 7 can be operated with premixed or partially premixed or not premixed burner modules. 1 In einem Brenner können auch unterschiedliche solcher Gruppen 7 (vorgemischt, teilvorgemischt, nicht vorgemischt) vorkommen. In a burner, different such groups 7 can (premixed, partially premixed not premixed) occur.
  • Der in in Fig. 3 Fig. 3 gezeigte Brenner weist dabei eine axiale Richtung A und eine radiale Richtung R auf. Burner shown in this case has an axial direction A and radial direction R. Die Gruppen 7 können sowohl in axialer Richtung A als auch in radialer Richtung R an der Brennkammerwand 110 angeordnet werden. The groups 7 can be arranged on the combustion chamber wall 110 in the axial direction A and radial direction R. Die Anordnung der Gruppen 7 ist bestimmend für die Brennergeometrie. The arrangement of the groups 7 is determinative of the burner geometry. Falls jedoch eine bestimmte Brennergeometrie vorgegeben ist, kann das Design der Gruppen 7 an diese angepasst werden. However, if a specific burner geometry is specified, the design of groups 7 can be adapted to this. Die Brennstoffversorgung zu einzelnen Gruppen 7 kann lastabhängig zugeschaltet werden und die Brennstoffmenge kann innerhalb des Regelbereiches variiert werden. The fuel supply to individual groups 7 can be switched depending on the load and the amount of fuel can be varied within the control range.
  • In In Fig. 3 Fig. 3 wird die Anordnung von Gruppen 7 von Brennermodulen in einem Rohrbrenner mit entsprechender Brennkammer 52 gezeigt. the arrangement of groups 7 of burner modules is shown in a pipe burner with corresponding combustion chamber 52nd Die Brennkammer 52 weist dabei eine vordere Stirnseite 105 auf. The combustion chamber 52 in this case has a front end face of the 105th Der Durchmesser DS dieser Stirnseite 105 beträgt 0.05 bis 1 vom maximalen radialen Durchmesser DSmax der Brennkammer. The diameter DS of the end face 105 is 0.05 to 1 from the maximum radial diameter DSmax the combustion chamber. An der Stirnseite 105 ist ein Pilotbrenner 115 vorgesehen, mit dem die Gasturbine gestartet werden kann. On the front side 105, a pilot burner 115 is provided, with which the gas turbine can be started. Der Pilotbrenner 115 kann dabei auch durch einen Piloten aus Brennermodulen 1 ersetzt werden oder die Pilotfunktion wird von der am weitesten stromabwärts liegenden Gruppe 7 von Brennermodulen 1 wahrgenommen; The pilot burner 115 can in this case be replaced by a pilot of burner modules 1 or the pilot function is performed from the most downstream group 7 of burner modules 1; stromabwärts bedeutet hier in axialer Richtung A nach dem Pilotbrenner 115. Der Pilotbrenner 115 wird vor allem beim Starten der Maschine eingesetzt, um die Verbrennung gezielt in Gang zu setzen und ein Verlöschen von Flammen zu verhindern. downstream here means in the axial direction A to the pilot burner 115. The pilot burner 115 is primarily used when starting the machine, to set the combustion targeted in motion and to prevent extinction of flames. Die Brennkammer 52 des Ausführungsbeispiels 3 ist dabei teilweise kegelförmig. The combustion chamber 52 of the embodiment 3 is partially conical. In dem Ausführungsbeispiel der In the embodiment of Fig. 3 Fig. 3 werden die Gruppen 7 der Brennermodule auf der Kegelfläche 120 der Brennkammer 52 angeordnet. the groups are arranged 7 of the burner modules on the conical surface 120 of the combustion chamber 52nd Der Öffnungswinkel α der Kegelfläche 120 beträgt dabei bevorzugt 10 Grad. The opening angle α of the tapered surface 120 is preferably 10 degrees. Dadurch ergibt sich ein guter Einströmwinkel des Luft-Brennstoffgemisches 103 in die den Gruppen 7 nachgeschaltete Brennkammer 52. Die Anzahl dieser Gruppe 7 von Brennermodulen 1 auf der Kegelfläche 120 ist beliebig. This results in a good inflow of the air-fuel mixture 103 into the downstream combustion chamber 7 the groups 52. The number of these group 7 of burner modules 1 on the conical surface 120 is arbitrary. Die Gruppen 7 von Brennermodulen 1 können eine unterschiedliche Größe besitzen und können aus verschiedenen Brennstoffstufen gespeist werden. The groups 7 of burner modules 1 may have a different size and can be fed from different fuel levels. Dies ermöglicht einen sehr flexiblen Betrieb der Maschine. This allows a very flexible machine operation.
  • Fig. 4 Fig. 4 zeigt eine Brennkammer 52 in der die Gruppen 7 so ausgerichtet ist, dass die Ausströmrichtung des Luft-Brennstoffgemisches 103 parallel zur axialen Richtung A des Brenners erfolgt. shows a combustion chamber 52 in which the groups 7 is aligned so that the outflow direction of the air-fuel mixture 103 is parallel to the axial direction A of the burner. Die Gruppen 7 sind in radialer Richtung R von einer Brennerrotationsachse M angeordnet und in axialer Richtung A gestaffelt. The groups 7 are arranged in the radial direction R of a burner axis of rotation M and staggered in the axial direction A. Die Gruppen 7 eignen sich daher aufgrund der kleinen Verbrennungszeit auch als axiale Zusatzstufe, die stromabwärts der Hauptbrennerstufe (stromabwärts bedeutet hier in axialer Richtung A nach dem Pilotbrenner 115) angebracht ist. therefore the groups 7 are, due to the small internal combustion time as additional axial stage, downstream of the main burner stage (downstream here means in the axial direction A to the pilot burner 115) is attached. Die jeweils nächste äußere Gruppe 7 von Brennermodulen liegt stromabwärts gesehen in axialer Richtung A radial weiter nach außen als die nächste innere Gruppe 7 von Brennermodulen 1. Die Gruppen 7 von Brennermodulen 1 mit gleicher axialer Staffelung werden zu einer Stufe zusammengefasst. The respective next outer group 7 of burner modules is downstream viewed in the axial direction A radially more outward than the next inner group 7 of burner modules 1. The groups 7 of burner modules 1 with the same axial graduation are combined to form one stage. Die axiale Stufung erlaubt eine Verteilung der Verbrennungszonen innerhalb der Brennkammer 52. Die Stufe besitzt eine gemeinsame Brennstoffregelung. The axial staging allows a distribution of the combustion zone within the combustion chamber 52. The stage includes a common fuel control. Abhängig von der Last werden die axialen Stufen zugeschaltet, wobei die innerste (Abstand der Gruppe 7 zu der Brennerrotationsachse M ist am geringsten) zuerst und die äußerste zuletzt zugeschaltet wird. Depending on the load, the axial stages are switched on, wherein the innermost (distance of the group 7 to the burner axis of rotation M is the least) first and the outermost is connected last. Eine Anzahl von drei axialen Stufen wird als optimal angesehen. A number of three axial stages is considered optimal. Wie in As in Fig. 3 Fig. 3 kann auch ein Pilotbrenner 115 vorgesehen sein. a pilot burner can be provided 115th Der Pilotbrenner 115 kann dabei auch durch einen Gruppe 7 von geeigneten Brennermodulen 1 ersetzt werden oder die Pilotfunktion wird von der am weitesten in axialer Richtung des Brenners liegenden Gruppe 7 von Brennermodulen 1 wahrgenommen. The pilot burner 115 can then be replaced by a group 7 of suitable burner modules 1 or the pilot function is performed by the in the axial direction of the burner furthest group 7 of burner modules. 1
  • Figur 5 Figure 5 zeigt - sehr schematisch - ein Ausführungsbeispiel von Gruppen 7 von Brennermodulen 1 in einem Ringbrenner mit einer entsprechenden Brennkammer 52, wobei in der Brennkammer 52 eine zweite Verbrennungszone 160 in axialer Richtung A stromabwärts einer primären Verbrennungszone 140 mit Hilfe von Gruppen 7 von Brennermodulen 1 ausgebildet werden kann. shows - very schematically - an exemplary embodiment of groups 7 of burner modules 1 in an annular burner with a corresponding combustion chamber 52, wherein a second combustion zone are formed 160 in the axial direction A downstream of a primary combustion zone 140 by means of groups 7 of burner modules 1 in the combustor 52 can. Die Gruppen 7 von Brennermodulen 1 können an unterschiedlichen Positionen an der Brennkammerwand 110, sowohl an der Brennkammeraußenwand als auch einer Brennernabenaußenwand (nicht gezeigt) angebracht werden oder die Brennkammerwand 110 ersetzten. The groups 7 of burner modules 1 can be at different positions on the combustion chamber wall 110, both the combustion chamber outer wall and a burner hub outer wall (not shown) may be attached to or replace the combustion chamber wall 110th Weiterhin ist ebenfalls eine Stufung der Gruppen 7 möglich. Further, a gradation of the group 7 is also possible. Dabei werden die Gruppen 7 von Brennermodulen 1 dann konzentrisch um den Pilotbrenner 115 angeordnet, wobei die Bereiche zwischen Gruppen 7 von Brennermodulen 1 mit weiteren Gruppen 7 von Brennermodulen 1 versehen werden können oder als Brennkammerwand 110 ausgeführt werden (nicht gezeigt) . The groups 7 of burner modules 1 are then arranged concentrically around the pilot burner 115, the regions between groups 7 of burner modules may be provided with further groups 7 of burner modules 1 1 or be embodied as a combustion chamber wall 110 (not shown).
  • Die Verwendung vieler Gruppen 7 von Brennermodulen 1 ermöglicht eine hohe Flexibilität sowohl hinsichtlich der Auslegung des Verbrennungssystems als auch beim Betrieb einer Gasturbine. The use of many groups 7 of burner modules 1 allows a high flexibility both as regards the design of the combustion system and also during operation of a gas turbine. Weiterhin kann durch die gewählte Anordnung die Wärme in der gesamten Brennkammer verteilt freigesetzt werden, womit eine Unterdrückung von Verbrennungsschwingungen ermöglicht wird. Further, the heat can be released distributed in the entire combustion chamber by the chosen arrangement, thereby suppressing combustion oscillations is allowed.

Claims (10)

  1. Burner with a combustion chamber wall (110) comprising a plurality of burner modules (1), the respective burner modules (1) having a plate (90) with a top side (92) and with an underside, a passage duct (100) for the routing of air (100) also being present, which extends through from the underside (91) to the top side (92) of the plate (90), an air flow direction (L) being formed by the air (102) flowing through the passage duct (100), a combustion chamber (52) being provided downstream in the air flow direction (L), and also fuel injection for the introduction of fuel into the passage duct (100), the plurality of burner modules (1) being divided at least into two different groups (7) of burner modules (1), and these groups (7) being connectable in terms of the fuel quantity, the passage duct (100) having a round cross section, a plurality of passage ducts (100) being present which are at least at a distance (S), measured from the centre point of the cross-sectional area (D), from one another, characterized in that the selected ratio of the distance (S) to the cross-sectional area (D) is greater in the case of the groups (7) of burner modules (1) further away from a turbine (8) following the combustion chamber (250) in the axial direction (A) than in the case of the groups (7) of burner modules (1) located nearer to the turbine (8).
  2. Burner according to Claim 1,
    characterized in that the groups (7) consist of a different number of burner modules (1).
  3. Burner according to Claim 1 or 2,
    characterized in that the burner modules (1) of a group (7) are designed differently.
  4. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the burners have an axial direction (A) and a radial direction (R), the groups (7) being arranged on the combustion chamber wall (110) in the axial direction (A) and/or in the radial direction (R).
  5. Burner according to Claim 4, characterized in that the groups (7) have staggering in the axial direction (A).
  6. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the passage duct (100) has a diameter (D) of 1-12 mm.
  7. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the passage duct (100) has turbulence generators.
  8. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the air (102), before flowing into the passage duct (100), is swirled by means of an entry flow device.
  9. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that fuel injection comprises at least one distributor duct (5) and also a duct (101), in order to supply at least one passage duct (100) with fuel.
  10. Gas turbine with a compressor (5), with a turbine (8) and with a burner according to one of the preceding claims.
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