EP2409079A2 - Brenner und verfahren zum betrieb eines brenners, insbesondere für eine gasturbine - Google Patents

Brenner und verfahren zum betrieb eines brenners, insbesondere für eine gasturbine

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Publication number
EP2409079A2
EP2409079A2 EP10712376A EP10712376A EP2409079A2 EP 2409079 A2 EP2409079 A2 EP 2409079A2 EP 10712376 A EP10712376 A EP 10712376A EP 10712376 A EP10712376 A EP 10712376A EP 2409079 A2 EP2409079 A2 EP 2409079A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
jet pipe
fuel
opening
burner
central axis
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Withdrawn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
EP10712376A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Hase
Bernd Prade
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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 Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP10712376A priority Critical patent/EP2409079A2/de
Publication of EP2409079A2 publication Critical patent/EP2409079A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet

Definitions

  • the present invention relates to methods of operating a burner, a burner and a gas turbine.
  • a second object of the present invention is to provide an advantageous burner.
  • a third object is to provide an advantageous gas turbine available.
  • the first object is achieved by a method according to claim 1.
  • the second object is achieved by a burner according to claim 9.
  • the third object is achieved by a gas turbine according to claim 14.
  • the dependent claims contain further, advantageous embodiments of the invention.
  • the inventive method for operating a burner relates to a burner which comprises at least one jet pipe.
  • the jet pipe flows an oxidizing agent, typically air.
  • the jet pipe comprises at its circumference at least one supply channel with an opening directed towards the interior of the jet pipe, which in relation to the stream tion direction of the oxidizing agent comprises an upstream and a downstream wall.
  • a liquid fuel is introduced along the upstream wall through the opening in the jet pipe.
  • an auxiliary medium is introduced through the supply channel in the jet pipe.
  • auxiliary medium As fuel, for example, oil can be used.
  • air or an inert substance can be used as the auxiliary medium.
  • nitrogen or steam, for example water vapor can be used as the inert substance.
  • compressor air can be compressed as an auxiliary medium, that is to say by means of a compressor or in another way Air, to be used.
  • the auxiliary medium is advantageously cooled.
  • inert auxiliary media for example steam, nitrogen or cooled air
  • safe operation can be enabled even at very high compressor outlet pressure or at very high temperatures.
  • gaseous inert materials or cooled compressor air as an auxiliary medium causes a delay of the auto-ignition and thus allows longer mixing paths.
  • auxiliary compressor may be required in this case.
  • the jet pipe may comprise a central axis.
  • the fuel and the auxiliary medium can be introduced in this case at an angle between 0 ° and 90 ° to the central axis in the jet pipe.
  • the fuel and the auxiliary medium can be introduced at an angle between 40 ° and 50 ° to the central axis in the jet pipe.
  • the burner according to the invention comprises at least one jet pipe.
  • the jet pipe comprises an outlet and has at its circumference at least one supply channel with an opening directed towards the jet tube interior, which is in fluid communication with a supply device for supplying a Zerstäuber oscilsmediums in the jet tube interior.
  • the feed channel includes an upstream and a downstream wall with respect to a flow direction directed toward the exit of the jet pipe.
  • the upstream wall is connected to a fuel supply that allows for the generation of a fuel film on the upstream wall.
  • the supply channel can be configured as an annular channel and the opening as an annular gap running along the circumference of the jet tube.
  • the jet pipe is typically designed split.
  • the annular gap may be for introducing liquid fuel which is driven by the nebulizing aid medium as a film to the nebulizing edge between a main flow in the jet pipe and the flow of nebulizer auxiliary medium.
  • the sputtering edge is formed by the upstream edge of the annular gap.
  • the jet pipe and the opening may each comprise a central axis.
  • the central axis of the jet pipe and the center axis of the opening may include an angle between 0 ° and 90 °.
  • the center axis of the jet pipe and the center axis of the opening may include an angle between 40 ° and 50 °.
  • effusion openings are provided downstream of the at least one supply channel in the jet tube wall, which can in particular be designed as effusion bores.
  • the gas turbine according to the invention comprises a previously described burner according to the invention.
  • the gas turbine according to the invention have the same advantages as the burner according to the invention.
  • the gas turbine according to the invention can be used to carry out the process according to the invention.
  • the present invention provides a feedback through the flowing atomizing medium due to the prevention of contact of the fuel with the downstream wall. Stagnation and unwanted ignition on this wall largely prevented.
  • FIG. 1 shows schematically a section through a burner according to a first embodiment.
  • FIG 2 shows schematically a section through a burner according to a second embodiment.
  • 3 shows schematically a gas turbine.
  • FIG 1 shows schematically a section through the jet pipe 1 of a burner according to the invention.
  • the jet pipe 1 comprises a central axis 2, an inlet 3 and an outlet 4.
  • the jet pipe 1 along its circumference two opposing feed channels 5a and 5b with directed to the interior of the jet pipe 1 openings 16a, 16b.
  • the center axes of the feed channels 5a and 5b are through the
  • the channels 5a and 5b each have an upstream wall 7 and downstream wall 8 and an upstream and a downstream wall area, respectively.
  • air is passed through the jet pipe 1 as an oxidizing agent.
  • the direction of flow of the air is indicated by the reference numeral 10.
  • a film of a liquid fuel in the present embodiment, oil is produced on the upstream wall 7.
  • an auxiliary The oil is passed through the supply channels 5a, 5b in such a way that the oil is driven along the upstream wall 7 as a film to the jet pipe 1 and atomized at the inlet to the jet pipe 1 at an atomizer edge 13 located there.
  • auxiliary medium By the auxiliary medium forming a buffer between the fuel film and the downstream wall 8, contact of the oil with the downstream wall 8 is avoided. This prevents residue formation and ignition on the downstream wall.
  • the flow direction of the oil is indicated by the reference numeral 11
  • the flow direction of the auxiliary medium is indicated by the reference numeral 12.
  • the auxiliary medium may be, for example, air, in particular cooled compressor air, steam, in particular water vapor, nitrogen or another inert auxiliary medium.
  • the oil and the auxiliary medium used at an angle ⁇ between 0 ° and 90 °, advantageously between 40 ° and 50 °, are introduced to the central axis 2 in the jet pipe 1.
  • the angle ⁇ is indicated by the reference numeral 9.
  • effusion bores are present in the jet tube wall between the channels 5a and 5b and the outlet 4, which likewise counteract the formation of deposits on the jet tube wall and also the self-ignition of the fuel at the jet tube wall.
  • FIG 2 shows schematically a section through the jet pipe of a burner according to the invention.
  • the jet pipe shown in FIG 2 comprises two parts Ia and Ib. Between the two parts Ia and Ib of the jet pipe is an annular channel 5c with a to the interior of the jet pipe Ia, Ib towards open
  • the opening 16c in this case forms an annular gap in the peripheral wall of the jet pipe.
  • the annular channel 5 c is connected to a fuel supply 14 and a supply of a Zerstäuberagismediums 15.
  • Fuel supply 14 may in particular be an oil supply.
  • the atomizer auxiliary medium may be, for example, air, in particular cooled compressor air, steam, in particular steam, nitrogen or another inert auxiliary medium.
  • the fuel supply 14 is arranged so that the supplied fuel flows on the upstream wall 7 of the annular channel 5c as a film in the direction of the jet pipe.
  • the direction of flow of the fuel is indicated by the reference numeral 11.
  • the supply 15 for the Zerstäuberinsmedium is designed so that the atomizer auxiliary medium drives the fuel used as a film in the direction of the jet pipe and atomized at the Zerstäuberkante 13 at the entrance into the jet pipe.
  • the atomizer auxiliary medium prevents contact between the fuel 11 and the downstream wall 8. As a result, residue formation and ignition at the downstream wall 8 are largely avoided.
  • the flow direction of the atomizer auxiliary medium is indicated by the reference numeral 12.
  • the center of the annular channel 5c can form an imaginary conical jacket 6, which forms an angle ⁇ (reference numeral 9) between 0 ° and 90 °, in particular between 40 ° and 50 °, with the central axis 2 of the jet pipe 1 a, 1 b.
  • ⁇ reference numeral 9
  • the annular gap 5c and the output 4 effusion holes may be present in the jet tube wall, which also counteract the formation of deposits on the jet tube wall and a self-ignition of the fuel at the jet tube wall.
  • a gas turbine has inside a rotor rotatably mounted about a rotation axis with a shaft 107, which is also referred to as a turbine runner.
  • a turbine runner Along the rotor follow one another an intake housing 109, a compressor 101, a combustion system 151 with a number of steel burners 1, a turbine 105 and the exhaust housing 190.
  • the combustion system 151 with the burners according to the invention may basically comprise an annular combustion chamber or a plurality of tube combustion chambers.
  • the combustion system 151 communicates with a, for example, annular hot gas channel.
  • a turbine stage connected in series form the turbine 105.
  • Turbine stage is formed of blade rings. As seen in the direction of flow of a working medium, a vane collar 117 is followed by a ring formed by blades 115 in the hot gas duct. The guide vanes 117 are fastened to an inner housing of a stator, whereas the moving blades 115 are attached to the rotor. Coupled to the rotor is a generator or a work machine.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners zu Verfügung gestellt. Der Brenner umfasst mindestens ein Strahlrohr, durch welches ein Oxidationsmittel (10) strömt, wobei das Strahlrohr (1, 1a, 1b) an seinem Umfang mindestens einen Zufuhrkanal (5a, 5b) mit einer zum Inneren des Strahlrohres (1) gerichteten Öffnung (16a, 16b) umfasst, der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels (10) eine stromaufwärtige Wand (7) und eine stromabwärtige Wand (8) umfasst. Ein flüssiger Brennstoff (11) wird entlang der stromaufwärtigen Wand (7) durch die Öffnung (16a, 16b) in das Strahlrohr (1, 1a, 1b) eingebracht und mit Hilfe eines zwischen dem Brennstoff und der stromabwärtigen Wand (8) durch die Öffnung (16a, 16b) in das Strahlrohr strömenden Hilfsmediums (12)

Description

Beschreibung
Brenner und Verfahren zum Betrieb eines Brenners, insbesondere für eine Gasturbine
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Betrieb eines Brenners, einen Brenner und eine Gasturbine.
Auf vorgemischten Strahlflammen basierende Verbrennungssyste- me bieten gegenüber drallstabilisierten Systemen aufgrund der verteilten Wärmefreisetzungszonen und der fehlenden drallinduzierten Wirbel, insbesondere aus thermoakustischer Sicht, Vorteile. Durch geeignete Wahl des Strahlimpulses lassen sich kleinskalige Strömungsstrukturen erzeugen, die akustisch in- duzierte Wärmefreisetzungsfluktuationen dissipieren und somit Druckpulsationen, die typisch für drallstabilisierte Flammen sind, unterdrücken.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zum Betrieb eines Brenners, welcher mindestens ein Strahlrohr umfasst, zur Verfügung zu stellen. Eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen vorteilhaften Brenner zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus besteht eine dritte Aufgabe darin, eine vorteilhafte Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Die zweite Aufgabe wird durch einen Brenner nach Anspruch 9 gelöst. Die dritte Aufgabe wird durch eine Gasturbi- ne nach Anspruch 14 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Brenners betrifft einen Brenner, welcher mindestens ein Strahlrohr um- fasst. Durch das Strahlrohr strömt ein Oxidationsmittel, typischerweise Luft. Das Strahlrohr umfasst an seinem Umfang mindestens einen Zufuhrkanal mit einer zum Inneren des Strahlrohres gerichteten Öffnung, der in Bezug auf die Strö- mungsrichtung des Oxidationsmittels eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Wand umfasst. Ein flüssiger Brennstoff wird entlang der stromaufwärtigen Wand durch die Öffnung in das Strahlrohr eingebracht. Zudem wird ein Hilfsmedium durch den Zufuhrkanal in das Strahlrohr eingebracht. Mithilfe des zwischen dem Brennstoff und der stromabwärtigen Wand in das Strahlrohr strömenden Hilfsmediums wird der entlang der stromaufwärtigen Wand in das Strahlrohr eingebrachte flüssige Brennstoff zerstäubt.
Die Anwendung des Prinzips „Filmleger mit Zerstäuberhilfsmedium" zur Einbringung eines Flüssigbrennstoffes ist wegen der hohen oxidationsseitigen Strömungsgeschwindigkeiten in einem drallfrei betriebenen Brenner vorteilhaft. Das das Strahlrohr durchströmende Oxidationsmittel weist hohe Strömungsgeschwindigkeiten und damit einen hohen Impuls auf. Mithilfe des Hilfsmediums, welches als Treibmittel für den Film wirkt, werden an der räumlichen Kontaktstelle der beiden Ströme sehr geeignete Bedingungen zur feinen Zerstäubung und Einmischung des Flüssigbrennstoffes in die Oxidationsmittelströmung bereitgestellt. Durch hohe Impulse von Oxidationsmittel und Hilfsmedium kann der Brennstoff mit relativ geringem Druck eingebracht werden, und es wird dennoch eine gute Zerstäubung erreicht .
Weiterhin wird durch die räumliche Anordnung des Hilfsmediums zwischen dem Brennstoff und der stromabwärtigen Wand ein Kontakt des Brennstoffes mit der stromabwärtigen Wand vermieden. Dies verhindert weitgehend eine Rückstandsbildung und eine Zündung an der stromabwärtigen Wand.
Als Brennstoff kann beispielsweise Öl verwendet werden. Zudem kann als Hilfsmedium Luft oder eine inerte Substanz verwendet werden. Als inerte Substanz kann insbesondere Stickstoff oder Dampf, beispielsweise Wasserdampf, verwendet werden. Vorteilhafterweise kann als Hilfsmediums Verdichterluft, also mit- hilfe eines Verdichters oder auf andere Weise komprimierte Luft, verwendet werden. Das Hilfsmedium ist vorteilhafterweise gekühlt.
Durch die Verwendung inerter Hilfsmedien, beispielsweise Dampf, Stickstoff oder gekühlte Luft, kann ein sicherer Betrieb auch bei sehr hohem Verdichteraustrittsdruck beziehungsweise bei sehr hohen Temperaturen ermöglicht werden. Zudem bewirkt die Verwendung von gasförmigen Inertstoffen oder gekühlter Verdichterluft als Hilfsmedium eine Verzögerung der Selbstzündung und ermöglicht damit längere Mischungswege.
Bei einer Anwendung des vorliegenden Verfahrens bei relativ niedrigem Verdichterenddruck kann gegebenenfalls auf die Kühlung der Verdichterendluft verzichtet werden. Darüber hinaus kann die Menge des erforderlichen Hilfsmediums gegebenenfalls durch hohe Machzahlen verringert werden. Gegebenenfalls kann in diesem Fall ein Hilfsverdichter erforderlich sein.
Das Strahlrohr kann eine Mittelachse umfassen. Der Brennstoff und das Hilfsmedium können in diesem Fall in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Mittelachse in das Strahlrohr eingebracht werden. Vorteilhafterweise können der Brennstoff und das Hilfsmedium in einem Winkel zwischen 40° und 50° zur Mittelachse in das Strahlrohr eingebracht werden.
Der erfindungsgemäße Brenner umfasst mindestens ein Strahlrohr. Das Strahlrohr umfasst einen Ausgang und weist an seinem Umfang mindestens einen Zufuhrkanal mit einer zum Strahlrohrinneren hin gerichteten Öffnung auf, welcher mit einer Zufuhreinrichtung zur Zufuhr eines Zerstäuberhilfsmediums in das Strahlrohrinnere in strömungstechnischer Verbindung steht. Der Zufuhrkanal umfasst in Bezug auf eine zum Ausgang des Strahlrohres hin gerichtete Strömungsrichtung eine stromaufwärtige und eine stromabwärtige Wand. Die stromauf- wärtige Wand ist mit einer Brennstoffzufuhr verbunden, die das Erzeugen eines Brennstofffilms an der stromaufwärtigen Wand ermöglicht. Der erfindungsgemäße Brenner eignet sich zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Er bietet daher dieselben Vorteile wie das erfindungsgemäße Verfahren.
Insbesondere können der Zufuhrkanal als Ringkanal und die Öffnung als ein entlang des Umfanges des Strahlrohres verlaufende Ringspalt ausgestaltet sein. In diesem Fall ist das Strahlrohr typischerweise geteilt ausgestaltet. Der Ringspalt kann zur Einbringung von Flüssigbrennstoff dienen, der von dem Zerstäuberhilfsmedium als Film zur Zerstäubungskante zwi- sehen einer Hauptströmung im Strahlrohr und der Strömung des Zerstäuberhilfsmediums getrieben wird. In diesem Fall wird die Zerstäubungskante durch die stromaufwärtige Kante des Ringspaltes gebildet.
Das Strahlrohr und die Öffnung können jeweils eine Mittelachse umfassen. Die Mittelachse des Strahlrohres und die Mittelachse der Öffnung können einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Vorteilhafterweise können die Mittelachse des Strahlrohres und die Mittelachse der Öffnung einen Winkel zwischen 40° und 50° einschließen.
In einer speziellen Ausgestaltung des Brenners sind stromab des mindestens einen Zufuhrkanals in der Strahlrohrwand Effu- sionsöffnungen vorhanden, die insbesondere als Effusionsboh- rungen ausgestaltet sein können. Mittels dieser Effusionsöff- nungen können Ablagerungen an der Strahlrohrwand sowie eine Selbstzündung des Brennstoffs an der Strahlrohrwand zuverlässig vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Gasturbine umfasst einen zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Brenner. Die erfindungsgemäße Gasturbine haben dieselben Vorteile wie der erfindungsgemäße Brenner. Mithilfe der erfindungsgemäßen Gasturbine lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren ausführen.
Insgesamt wird durch die vorliegende Erfindung aufgrund der Verhinderung des Kontaktes des Brennstoffes mit der stromab- wärtigen Wand durch das strömende Zerstäubermedium eine Rück- Standsbildung und eine unerwünschte Zündung an dieser Wand weitgehend verhindert.
Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten FIGen näher beschrieben. Die beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander vorteilhaft.
FIG 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Brenner gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels.
FIG 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen Brenner gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. FIG 3 zeigt schematisch eine Gasturbine.
Im Folgenden wird im Rahmen eines ersten Ausführungsbeispiels für den erfindungsgemäßen Brenner das erfindungsgemäße Verfahren anhand der FIG 1 näher erläutert. Die FIG 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch das Strahlrohr 1 eines erfin- dungsgemäßen Brenners. Das Strahlrohr 1 umfasst eine Mittelachse 2, einen Eingang 3 und einen Ausgang 4. Darüber hinaus weist das Strahlrohr 1 entlang seines Umfanges zwei einander gegenüber liegende Zufuhrkanäle 5a und 5b mit zum Inneren des Strahlrohres 1 gerichteten Öffnungen 16a, 16b auf. Die Mittelachsen der Zufuhrkanäle 5a und 5b sind durch die
Bezugsziffern 6a und 6b gekennzeichnet. Die Kanäle 5a und 5b weisen jeweils eine stromaufwärtige Wand 7 und stromabwärtige Wand 8 beziehungsweise einen stromaufwärtigen und einen stro- mabwärtigen Wandbereich auf.
Im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels wird Luft als Oxidationsmittel durch das Strahlrohr 1 geleitet. Die Strömungsrichtung der Luft ist durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet .
In den Kanälen 5a und 5b wird an der stromaufwärtigen Wand 7 ein Film aus einem flüssigen Brennstoff, im vorliegenden Ausführungsbeispiel Öl, erzeugt. Gleichzeitig wird ein Hilfsme- dium derart durch die Zufuhrkanäle 5a, 5b geleitet, dass das Öl entlang der stromaufwärtigen Wand 7 als Film zum Strahlrohr 1 hin getrieben und am Eingang zum Strahlrohr 1 an einer dort befindlichen Zerstäuberkante 13 zerstäubt wird.
Durch das Hilfsmedium, das einen Puffer zwischen dem Brennstofffilm und der stromabwärtigen Wand 8 bildet, wird ein Kontakt des Öls mit der stromabwärtigen Wand 8 vermieden. Dadurch werden eine Rückstandsbildung und eine Zündung an der stromabwärtigen Wand verhindert. Die Strömungsrichtung des Öls ist durch die Bezugsziffer 11 gekennzeichnet, die Strömungsrichtung des Hilfsmediums ist durch die Bezugsziffer 12 gekennzeichnet .
Bei dem Hilfsmedium kann es sich beispielsweise um Luft, insbesondere gekühlte Verdichterluft, Dampf, insbesondere Wasserdampf, Stickstoff oder eine anderes inertes Hilfsmedium handeln .
Weiterhin können das Öl und das verwendete Hilfsmedium in einem Winkel α zwischen 0° und 90°, vorteilhafterweise zwischen 40° und 50°, zur Mittelachse 2 in das Strahlrohr 1 eingebracht werden. Der Winkel α ist mit der Bezugsziffer 9 gekennzeichnet .
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform sind zwischen den Kanälen 5a und 5b und dem Ausgang 4 Effusionsbohrungen in der Strahlrohrwand vorhanden, die der Bildung von Ablagerungen an der Strahlrohrwand sowie einer Selbstzündung des Brennstoffs an der Strahlrohrwand ebenfalls entgegenwirken.
Im Folgenden wird ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der FIGen 2 und 3 näher erläutert. Elemente, die Elementen des ersten Ausführungsbeispiels ent- sprechen, sind mit denselben Bezugsziffern versehen und werden nicht erneut im Detail beschrieben. Die FIG 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch das Strahlrohr eines erfindungsgemäßen Brenners. Das in der FIG 2 gezeigte Strahlrohr umfasst zwei Teile Ia und Ib. Zwischen den beiden Teilen Ia und Ib des Strahlrohres ist ein Ringkanal 5c mit einer zum Inneren des Strahlrohres Ia, Ib hin offenen
Öffnung 16c ausgebildet. Die Öffnung 16c bildet hierbei einen Ringspalt in der Umfangswand des Strahlrohres.
Der Ringkanal 5c ist mit einer Brennstoffzufuhr 14 und einer Zufuhr eines Zerstäuberhilfsmediums 15 verbunden. Bei der
Brennstoffzufuhr 14 kann es sich insbesondere um eine Ölzu- fuhr handeln. Bei dem Zerstäuberhilfsmedium kann es sich beispielsweise um Luft, insbesondere gekühlte Verdichterluft, um Dampf, insbesondere um Wasserdampf, Stickstoff oder ein and- res inertes Hilfsmedium handeln.
Die Brennstoffzufuhr 14 ist so angeordnet, dass der zugeführte Brennstoff an der stromaufwärtigen Wand 7 des Ringkanals 5c als Film in Richtung auf das Strahlrohr strömt. Die Strö- mungsrichtung des Brennstoffes ist durch die Bezugsziffer 11 gekennzeichnet .
Die Zufuhr 15 für das Zerstäuberhilfsmedium ist so ausgestaltet, dass das Zerstäuberhilfsmedium den verwendeten Brenn- Stoff als Film in Richtung auf das Strahlrohr treibt und an der Zerstäuberkante 13 am Eingang in das Strahlrohr zerstäubt. Das Zerstäuberhilfsmedium verhindert hierbei einen Kontakt zwischen dem Brennstoff 11 und der stromabwärtigen Wand 8. Dadurch wird eine Rückstandsbildung und eine Zündung an der stromabwärtigen Wand 8 weitgehend vermieden. Die Strömungsrichtung des Zerstäuberhilfsmediums ist durch die Bezugsziffer 12 gekennzeichnet.
Das Zentrum des Ringkanals 5c kann einen gedachten Kegelman- tel 6 bilden, der mit der Mittelachse 2 des Strahlrohres Ia, Ib einen Winkel α (Bezugsziffer 9) zwischen 0° und 90°, insbesondere zwischen 40° und 50° einschließt. Ähnlich wie im ersten Ausführungsbeispiel können im zweiten Ausführungsbeispiel zwischen dem Ringspalt 5c und dem Ausgang 4 Effusionsbohrungen in der Strahlrohrwand vorhanden sein, die der Bildung von Ablagerungen an der Strahlrohrwand sowie einer Selbstzündung des Brennstoffs an der Strahlrohrwand ebenfalls entgegenwirken.
Die FIG 3 zeigt schematisch eine Gasturbine. Eine Gasturbine weist im Inneren einen um eine Rotationsachse drehgelagerten Rotor mit einer Welle 107 auf, der auch als Turbinenläufer bezeichnet wird. Entlang des Rotors folgen aufeinander ein Ansauggehäuse 109, ein Verdichter 101, ein Verbrennungssystem 151 mit einer Anzahl von Stahlbrennern 1, eine Turbine 105 und das Abgasgehäuse 190. Das Verbrennungssystem 151 mit den erfindungsgemäßen Brennern kann grundsätzlich eine Ringbrennkammer oder eine Mehrzahl von Rohrbrennkammern umfassen.
Das Verbrennungssystem 151 kommuniziert mit einem beispielsweise ringförmigen Heißgaskanal. Dort bilden mehrere hinter- einander geschaltete Turbinenstufen die Turbine 105. Jede
Turbinenstufe ist aus Schaufelkränzen gebildet. In Strömungsrichtung eines Arbeitsmediums gesehen folgt im Heißgaskanal einer Leitschaufelkranz 117 ein aus Laufschaufeln 115 gebildeter Kranz. Die Leitschaufeln 117 sind dabei an einem Innen- gehäuse eines Stators befestigt, wohingegen die Laufschaufeln 115 am Rotor angebracht sind. An dem Rotor angekoppelt ist ein Generator oder eine Arbeitsmaschine.
Während des Betriebes der Gasturbine wird vom Verdichter 101 durch das Ansauggehäuse 109 Luft angesaugt und verdichtet. Die am turbinenseitigen Ende des Verdichters 101 bereitgestellte verdichtete Luft wird zu dem Verbrennungssystem 151 geführt und dort mit einem Brennstoff vermischt. Das Gemisch wird dann mit Hilfe der Stahlbrenner 1 unter Bildung des Ar- beitsmediums im Verbrennungssystem 151 verbrannt. Von dort aus strömt das Arbeitsmedium entlang des Heißgaskanals an den Leitschaufeln 117 und den Laufschaufeln 115 vorbei. An den Laufschaufeln 115 entspannt sich das Arbeitsmedium impuls- übertragend, so dass die Laufschaufeln 115 den Rotor antreiben und dieser die an ihn angekoppelte Arbeitsmaschine bzw. Generator (nicht dargestellt) sowie den Verdichter.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners, welcher mindestens ein Strahlrohr (1, Ia, Ib) umfasst, durch welches ein Oxida- tionsmittel (10) strömt, wobei das Strahlrohr (1, Ia, Ib) an seinem Umfang mindestens einen Zufuhrkanal (5a, 5b, 5c) mit einer zum Inneren des Strahlrohres (1, Ia, Ib) gerichteten Öffnung (16a, 16b, 16c) umfasst, der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Oxidationsmittels (10) eine stromaufwärtige Wand (7) und eine stromabwärtige Wand (8) besitzt, in dem ein flüssiger Brennstoff (11) entlang der stromaufwär- tigen Wand (7) durch die Öffnung (5a, 5b, 5c) in das Strahlrohr (1, Ia, Ib) eingebracht und mit Hilfe eines zwischen dem Brennstoff und der stromabwärtigen Wand (8) durch die Öffnung (5a, 5b, 5c) in das Strahlrohr (1, Ia, Ib) strömenden Hilfs- mediums (12) zerstäubt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Brennstoff (11) Öl verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsmedium (12) Luft oder eine inerte Substanz verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als inerte Substanz Stickstoff oder Dampf verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Hilfsmedium (12) gekühlte Verdichterluft verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als das das Strahlrohr (1, Ia,
Ib) durchströmende Oxidationsmittel (10) Luft verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (1, Ia, Ib) eine Mittelachse (2) umfasst und der Brennstoff (11) und das Hilfsmedium (12) in einem Winkel zwischen 0° und 90° zur Mit- telachse (2) in das Strahlrohr (1, Ia, Ib) eingebracht werden .
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff (11) und das Hilfsmedium (12) in einem Winkel zwischen 40° und 50° zur Mittelachse (2) in das Strahlrohr (1, Ia, Ib) eingebracht werden .
9. Brenner, der mindestens ein Strahlrohr (1, Ia, Ib) um- fasst, welches einen Ausgang (4) und an seinem Umfang mindestens einen Zufuhrkanal (5a, 5b, 5c) mit einer zum Inneren des Strahlrohres gerichteten Öffnung (16a, 16b, 16c) aufweist, wobei der Zufuhrkanal (5a, 5b, 5c) in Bezug auf eine zum Ausgang (4) des Strahlrohres (1, Ia, Ib) hin gerichtete Strö- mungsrichtung (10) eine stromaufwärtige Wand (7) und eine stromabwärtige Wand (8) umfasst, der Zufuhrkanal (5a, 5b, 5c) mit einer Zufuhreinrichtung (15) zur Zufuhr eines Zerstäuberhilfsmediums (12) in strömungstechnischer Verbindung steht und die stromaufwärtige Wand (7) mit einer Brennstoffzufuhr (14) verbunden ist, die das Erzeugen eines Brennstofffilms an der stromaufwärtigen Wand ermöglicht.
10. Brenner nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zufuhrkanal (5c) als Ringka- nal und die Öffnung (16c) als entlang des Umfanges des
Strahlrohres (1, Ia, Ib) verlaufender Ringspalt ausgestaltet sind.
11. Brenner nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlrohr (1, Ia, Ib) und die Öffnung jeweils eine Mittelachse umfassen, wobei die Mittelachse (2) des Strahlrohres (1, Ia, Ib) und die Mittelachse (6) der Öffnung (5a, 5b, 5c) einen Winkel (9) zwischen 0° und 90° einschließen.
12. Brenner nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelachse (2) des Strahlrohres (1, Ia, Ib) und die Mittelachse (6) der Öffnung (5a, 5b, 5c) einen Winkel (9) zwischen 40° und 50° einschließen.
13. Brenner nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass stromab des mindestens einen Zufuhrkanals (5a, 5b, 5c) Effusionsöffnungen in der Strahlrohrwand vorhanden sind.
14. Gasturbine, die wenigstens einen Brenner nach einem der Ansprüche 9 bis 13 umfasst.
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