EP2588806B1 - Brennermodul - Google Patents

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EP2588806B1
EP2588806B1 EP11720444.6A EP11720444A EP2588806B1 EP 2588806 B1 EP2588806 B1 EP 2588806B1 EP 11720444 A EP11720444 A EP 11720444A EP 2588806 B1 EP2588806 B1 EP 2588806B1
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EP
European Patent Office
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fuel
module according
burner
plate
burner module
Prior art date
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Active
Application number
EP11720444.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP2588806A1 (de
Inventor
Matthias Hase
Nicolas Savilius
Oliver Schneider
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2588806A1 publication Critical patent/EP2588806A1/de
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Active legal-status Critical Current
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • F23D14/24—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other at least one of the fluids being submitted to a swirling motion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/02—Premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air upstream of the combustion zone
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00012—Liquid or gas fuel burners with flames spread over a flat surface, either premix or non-premix type, e.g. "Flächenbrenner"

Definitions

  • the invention relates to a burner module according to the preamble of claim 1.
  • micro flame burners Another approach to gas turbine combustion is the use of micro flame burners.
  • the number of flames is significantly increased compared to the design in the prior art (number depending on the power (> 1000)).
  • the size of the flames is only a few millimeters to a few centimeters.
  • the shorter residence time at high temperatures drastically reduces the formation of thermal NOx. Due to the good burnout, the formation of CO is minimized.
  • the DE 2023 060 shows a burner for gaseous fuels with a perforated porous outlet plate which is adjacent to a combustion zone on one side and to a base plate on the other.
  • the base plate is connected to the exit plate such that the perforations or holes in the exit plate are congruent with the perforations or holes in the base plate. So air can flow through them.
  • the exit points have such a distance from the base plate between the holes that fuel passageways are formed. These provide the flow of fuel gas with a resistance that is low compared to the flow resistance through the outlet plate.
  • the burner as a whole is designed so that during the Using the burner gaseous fuel flows through the fuel passages and from there through the porous discharge plate in the combustion zone, where it burns with the sucked through the perforations or holes air.
  • the EP 1 001 216 A1 shows a disc, with openings passing through the disc. Channels are arranged transversely to the openings through which fuel is passed. Through these channels fuel can be supplied to the openings.
  • microflame burners a major drawback is that the high number of microflame burners adds enormously to the cost of manufacturing the entire gas turbine unless an efficient manufacturing process of a correspondingly simple design is used. At the same time, however, each individual burner must ensure adequate mixing of air and fuel / fuel gas. In addition, a certain control range for the power control of the gas turbine is desirable, which must be achieved differently for small flames than for large ones.
  • the object of the present invention is therefore to provide a burner module which avoids the above disadvantages while maintaining the above-mentioned conditions.
  • burner module according to the invention thus individual parts of the combustion chamber or the entire combustion chamber can be replaced by such burner modules.
  • the design and manufacture of the individual modules is very cost-efficient and can also be used in small applications and also reduce costs here.
  • the burner module according to the invention reduces the required residence time in the combustion chamber.
  • the combustion chamber compared to the combustion chambers in the prior art can be significantly reduced.
  • the costs and the effort can be reduced here as well.
  • the reduction of the combustion chamber simultaneously allows a shortening of the rotor or the entire gas turbine.
  • material costs are saved to a great extent and the dynamic behavior of the machine with respect to vibrations and mass inertia is improved.
  • the surface of the combustion chamber to be cooled also decreases. Cooling air can be saved here, which improves the efficiency of the overall process.
  • Fig. 1 shows a section along an axis II of a burner module according to the invention according to a first embodiment.
  • Fig. 2 shows the section of the first embodiment along the axis II to II extending perpendicular to II.
  • the burner module consists of a plate 90 with a lower part 91. On this lower part 91, a top 92 is fixed by soldering or welding, wherein the centering is accomplished with index holes and pinnacles. In the lower part 91, however, at least two mostly more cavities are introduced.
  • the cavities may be a laser cut or an erosion or an embossing or a pressing, but are not limited to this manufacturing method.
  • the cavities are supplied with fuel 110 (not shown). These cavities are in the first embodiment grooves 95 (FIG.
  • grooves 95 Also suitable for the production of grooves 95 laser cutting, milling, EDM or embossing / pressing. Are - as in Fig. 2 shown - several such grooves 95 on a burner module, they are preferably parallel to each other, that is arranged in rows. In the grooves 95 also fuel 110 is provided. The grooves 95 open into a collection channel (not shown) at the end of the burner module and are then connected to a fuel supply system (not shown) via a suitable flange construction.
  • a passageway 98 is now attached, which extends from the bottom 91 to the top 92.
  • the passageway 98 in the top 92 has a passageway end 111 thereof.
  • the plate 90 consists of a plurality of passageways 98 and a plurality of cavities.
  • the passageways 98 serve to guide air 100 through the plate 90.
  • the air 100 may also be an air-fuel mixture.
  • an air flow direction L is formed by the air 100 flowing through the passageways 98. Downstream of the plate 90 in the air flow direction L is a combustion chamber (not shown).
  • the air 100 is transported through the passageways 98 into the combustion chamber.
  • the through-passages 98 like the cavities, are introduced into the plate 90, for example by punching, drilling or laser drilling.
  • the passageway 98 is also not limited to this type of manufacture, but these represent a particularly simple method of manufacture.
  • the passageway 98 has at least two mutually opposite channel openings 101 (FIG. Fig. 2 ) on; that is, they are arranged at the same height in the passageway 98. This allows a better turbulence of the fuel with the air 100 take place.
  • the plate 90 also has two fuel connections 105 leading from the grooves 95 to the channel openings 101.
  • the fuel connections 105 are at the same height with the channel openings 101.
  • the fuel connections 105 are introduced, for example, by punching, eroding or laser drilling.
  • the fuel 110 may thus be injected from the grooves 95 via the fuel connections 105 into the flow of the air 100 of the passageway 98 and thus mix.
  • the fuel connections 105 can be arranged in such a way to the through-passage 98, which here essentially sets a 90 ° angle. This results in a particularly good mixing ratio of fuel with the air 100.
  • compressed air 100 flows through the passageways 98 into the combustion chamber.
  • Fuel 110 enters the air 100 from the grooves 95 through the fuel connections 105. After appropriate mixing then burns a flame essentially as a premix flame or partially pre-mixed flame behind the flame bottom.
  • the channel openings 101 are ordered directly under the top 92 ( Fig. 1 ), this results in the combustion of a premixed or partially premixed flame.
  • the upper side 92 then contains exclusively the through-channel end 111 (seen in the air flow direction L) (FIG. Fig.1 ).
  • the through-channel end 111 is designed as a diffuser for mixing air 100 with fuel 110. This results in a change in the flow rate of the flow present in the passageway 98, resulting in improved mixing and inflow into the combustion chamber.
  • Fig. 3 shows a second embodiment of a burner module according to the invention.
  • the plate 90 consists of a lower part 91 and an upper part 92. Hollow regions 120 are introduced as cavities in the lower part 91. Again, it is believed that the plate 90 has a plurality of hollow regions 120 and through channels 98. Hollow regions 120 also include fuel (not shown).
  • the hollow regions 120 are formed as honeycomb-shaped ( Fig. 5 ) or square ( Fig. 4 ) Pattern distributed in the plate 90. In this case, the pattern can be made by milling grooves over cross or embossing.
  • the hollow regions 120 can thereby be triangular with a side surface b and arranged at a distance a from each other ( Fig. 5 ).
  • the hollow regions 120 can also be made quadrangular with a side surface b and arranged at a distance a from each other ( Figure 4 ).
  • the geometric arrangement of the hollow regions 120 in the plate is not limited to these geometric shapes.
  • the hollow regions 120 may have any other shape.
  • Passage channels 98 are also provided with channel openings 101.
  • the passageways 98 have honeycomb-shaped ( Fig. 5 ) or square ( Fig. 4 ) Distribution of the hollow regions 120 preferably three channel openings 101 or four channel openings 101.
  • the three or four channel openings 101 each relate to a passage channel 98.
  • the channel openings 101 may be arranged in the upper part 92, so that the fuel either first in the combustion chamber with the air 100 mixes (that is, the channel openings are on the surface 92 is arranged) or in the passageway 98, just before entry of the air 100 into the combustion chamber.
  • the fuel connections 105 directed to the passageway 98 obliquely radially inward, possibly employed tangentially to the passageway 98.
  • the two fuel connections 105 to the through-passage 98 can have an angle between> 0 and 90 °. This will increase the mix.
  • Fuel which is guided in the hollow region 120 thus escapes into the flow of the air 100 of the through-channel 98 via the fuel connections 105, which are oriented obliquely radially inwards, possibly tangentially engaged. The flame then burns after appropriate mixing essentially as a diffusion flame behind the flame bottom.
  • a combustion chamber is formed by a plurality of burner modules.
  • the combustion chamber can be significantly reduced in size, as a conventional combustion chamber with e.g. Pilot burner.
  • the described construction and method of manufacture allows the advantages of micro flame burners to be used cost-effectively also in gas turbines for large scale industrial applications.
  • the concept of construction and production described here can also find use in small applications and also reduce costs here.
  • the design allows for a fast and intensive mixing of fuel and air 100, with just the supply of fuel, with tangential or at 90 ° angle, arranged for air flow fuel compounds leads to excellent mixing ratios. Due to the concept, the required residence time in the combustion chamber is reduced or the combustion chamber can be downsized. Thus, the costs and the effort can be reduced here as well.
  • the reduction of the combustion chamber also allows a shortening of the rotor or the entire gas turbine, here are largely saved material costs, the dynamic behavior of the machine with respect to vibration and inertia improved. By reducing the size of the combustion chamber, the surface of the combustion chamber to be cooled also decreases. Cooling air can be saved here, which improves the efficiency of the overall process.

Landscapes

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Brennermodul nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im Stand der Technik wird in Gasturbinen für industrielle Großanwendungen eine geringe Anzahl von Brennern (bis ca. 24) mit langen Flammen (bis ca. 0.5 m) eingesetzt. Um hierbei einen ausreichenden Ausbrand vor Eintritt in die Turbine zu gewährleisten, ist eine ausreichende Verweilzeit des Fluids in der Brennkammer nötig. Daraus ergibt sich zwangsweise eine große bzw. längere Brennkammer.
  • Ein anderer Ansatz für die Verbrennung in Gasturbinen ist die Verwendung von Mikroflammen-Brennern. Die Anzahl der Flammen wird hier im Vergleich zur Bauweise im Stand der Technik deutlich erhöht (Anzahl je nach Leistung (> 1000)). Die Größe der Flammen beträgt hierbei je nach Konstruktion nur einige Millimeter bis wenige Zentimeter. Durch die kürzere Verweilzeit auf hohen Temperaturen wird die Formierung von thermischem NOx drastisch reduziert. Durch den guten Ausbrand wird auch die Formierung von CO minimiert.
  • Die DE 2023 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. Die Grundplatte ist mit der Austrittsplatte so verbunden, dass die Perforationen oder Löcher in der Austrittsplatte den Perforationen oder Löchern in der Grundplatte deckungsgleich gegenüberliegen. So kann Luft durch sie strömen. Die Austrittspunkte haben von der Grundplatte einen solchen Abstand zwischen den Löchern, dass Brennstoffdurchgänge gebildet werden. Diese bieten der Strömung des Brenngases einen Widerstand, der im Vergleich zum Strömungswiderstand durch die Austrittsplatte gering ist. 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 oder Löcher angesaugten Luft verbrennt.
  • Die EP 1 001 216 A1 zeigt eine Scheibe, mit durch die Scheibe hindurchführende Öffnungen. Quer zu den Öffnungen sind Kanäle angeordnet, durch welche Brennstoff geführt wird. Über diese Kanäle kann Brennstoff den Öffnungen zugeführt werden.
  • Bei den Mikroflammen-Brennern des Stands der Technik liegt jedoch ein großer Nachteil darin, dass die hohe Anzahl an Mikroflammen-Brennern die Herstellungskosten der gesamten Gasturbine enorm in die Höhe treibt, wenn nicht ein effizientes Fertigungsverfahren bei entsprechend einfachem Design zum Einsatz kommt. Gleichzeitig jedoch muss jeder einzelne Brenner eine ausreichende Durchmischung von Luft und Brennstoff/Brenngas gewährleisten. Zudem ist ein gewisser Regelbereich für die Leistungsregelung der Gasturbine wünschenswert, wobei diese bei kleinen Flammen anders erreicht werden muss, als bei großen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Angabe eines Brennermoduls, welche die obigen Nachteile unter Einhaltung der oben genannten Bedingungen vermeidet.
  • Die auf das Brennermodul bezogene Aufgabe wird durch die Angabe eines Brennermoduls nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Durch das erfindungsgemäße Brennermodul können somit einzelne Teile der Brennkammer oder die gesamte Brennkammer durch solche Brennermodule ersetzt werden. Die Konstruktion und Fertigung der einzelnen Module ist dabei sehr kosteneffizient und kann dabei auch in Kleinanwendungen Verwendung finden und auch hier die Kosten senken.
  • Die einfache Konstruktion ermöglicht hierbei eine schnelle und intensive Vermischung von Brennstoff und Luft (oder eines Luft-Brennstoffgemisches), wobei gerade die Zuführung des Brennstoffes mit nicht parallel zum Luftstrom angeordneten Brennstoffverbindungen zu sehr guten Mischverhältnissen führt.
  • Durch das erfindungsgemäße Brennermodul wird die benötigte Verweilzeit in der Brennkammer herabgesetzt. Dadurch kann die Brennkammer, gegenüber den Brennkammern im Stand der Technik wesentlich verkleinert werden. Damit können auch hier die Kosten und der Aufwand reduziert werden. Die Verkleinerung der Brennkammer ermöglicht gleichzeitig eine Verkürzung des Rotors bzw. der gesamten Gasturbine. Hier werden im großen Maße Materialkosten gespart sowie das dynamische Verhalten der Maschine im Bezug auf Schwingungen und Massenträgheit verbessert. Durch die Verkleinerung der Brennkammer sinkt auch die zu kühlende Oberfläche der Brennkammer. Hier kann Kühlluft gespart werden, was die Effizienz des Gesamtprozesses verbessert.
  • Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.
    • Fig. 1
    zeigt einen Schnitt entlang einer Achse I-I eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennermoduls,
    Fig. 2
    zeigt den Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels entlang einer Achse II-II,
    Fig. 3
    zeigt einen Schnitt entlang einer Achse I-I eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Brennermoduls,
    Fig. 4
    zeigt den Schnitt des zweiten Ausführungsbeispiels entlang einer Achse II-II,
    Fig. 5
    zeigt den Schnitt eines dritten Ausführungsbeispiels entlang einer Achse II-II.
  • Fig. 1 zeigt einen Schnitt entlang einer Achse I-I eines erfindungsgemäßen Brennermoduls gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Fig. 2 zeigt den Schnitt des ersten Ausführungsbeispiels entlang der senkrecht zu I-I verlaufenden Achse II-II. Das Brennermodul besteht dabei aus einer Platte 90 mit einem Unterteil 91. Auf diesem Unterteil 91 wird ein Oberteil 92 durch Löten oder Schweißen befestigt, wobei die Zentrierung mit Indexbohrungen und Verstiftungen bewerkstelligt wird. In das Unterteil 91 sind mindestens zwei zumeist jedoch mehrere Hohlräume eingebracht. Die Hohlräume können eine Laserschneidung oder eine Erodierung oder eine Prägung oder eine Pressung sein, sind aber nicht auf diese Fertigungsmethode eingeschränkt. Die Hohlräume werden dabei mit Brennstoff 110 versorgt (nicht gezeigt). Diese Hohlräume sind im ersten Ausführungsbeispiel Nuten 95 (Fig.2). Für die Fertigung der Nuten 95 eignet sich ebenfalls Laserschneiden, Fräsen, Erodieren oder Prägen/Pressen. Befinden sich - wie in Fig. 2 gezeigt - mehrere solcher Nuten 95 auf einem Brennermodul, so sind diese bevorzugt parallel zueinander, das heißt in Reihen angeordnet. In den Nuten 95 ist ebenfalls Brennstoff 110 vorgesehen. Die Nuten 95 münden in einem Sammelkanal (nicht gezeigt) am Ende des Brennermoduls und werden dann über eine geeignete Flanschkonstruktion an ein Brennstoff-Versorgungssystem (nicht gezeigt) angeschlossen.
  • In die Platte 90 wird nun ein Durchgangskanal 98 angebracht, welcher sich von der Unterseite 91 zur Oberseite 92 erstreckt. Wie Fig. 1 zudem gezeigt, weist der Durchgangskanal 98 in dem Oberteil 92 ein Durchgangskanalende 111 auf. Für die nachfolgende Beschreibung wird angenommen, dass die Platte 90 aus mehreren Durchgangskanälen 98 und mehreren Hohlräumen besteht.
  • Die Durchgangskanäle 98 dienen der Führung von Luft 100 durch die Platte 90. Dabei kann die Luft 100 auch ein Luft-Brennstoffgemisch sein. Durch die durch die Durchgangskanäle 98 strömende Luft 100 wird dabei eine Luftströmungsrichtung L ausgebildet. In Luftströmungsrichtung L der Platte 90 nachgeschaltet befindet sich eine Brennkammer (nicht gezeigt). Die Luft 100 wird durch die Durchgangskanäle 98 in die Brennkammer hineintransportiert. Die Durchgangskanäle 98 werden, wie die Hohlräume beispielsweise durch Stanzen, Bohren oder durch Laserbohren in die Platte 90 eingebracht. Der Durchgangskanal 98 ist jedoch ebenfalls nicht auf diese Art der Fertigung beschränkt, jedoch stellen diese eine besonders einfache Herstellungsweise dar.
  • Der Durchgangskanal 98 weist zumindest zwei sich gegenüberliegende Kanalöffnungen 101 (Fig. 2) auf; dass heißt sie sind auf gleicher Höhe im Durchgangskanal 98 angeordnet. Dadurch kann eine bessere Verwirbelung des Brennstoffes mit der Luft 100 stattfinden. Wie Fig. 2 zeigt weist die Platte 90 zudem zwei Brennstoffverbindungen 105 auf, welche von den Nuten 95 zu den Kanalöffnungen 101 führt. Die Brennstoffverbindungen 105 sind mit den Kanalöffnungen 101 auf gleicher Höhe. Die Brennstoffverbindungen 105 werden beispielsweise durch Stanzen, Erodieren oder Laserbohren eingebracht. Der Brennstoff 110 kann so von den Nuten 95 über die Brennstoffverbindungen 105 in die Strömung der Luft 100 des Durchgangskanals 98 eingedüst werden und sich so vermischen. Dabei können die Brennstoffverbindungen 105 so zu dem Durchgangskanal 98 angeordnet sein, das sich hier im Wesentlichen ein 90° Winkel einstellt. Dies ergibt ein besonders gutes Mischungsverhältnis von Brennstoff mit der Luft 100.
  • Von dem Unterteil 92 her strömt daher verdichtete Luft 100 durch die Durchgangskanäle 98 in die Brennkammer. Brennstoff 110 strömt von den Nuten 95 durch die Brennstoffverbindungen 105 in diese Luft 100 ein. Nach entsprechender Durchmischung brennt dann eine Flamme im Wesentlichen als Vormischflamme oder teilvorgemischte Flamme hinter dem Flammboden.
  • Werden die Kanalöffnungen 101 direkt unter dem Oberteil 92 angeordert (Fig. 1), so ergibt sich bei der Verbrennung eine vorgemischte bzw. teilvorgemischte Flamme. Die Oberseite 92 enthält dann ausschließlich das in Luftströmungsrichtung L gesehene Durchgangskanalende 111 (Fig.1). Dabei ist das Durchgangskanalende 111 als Diffusor zur Mischung von Luft 100 mit Brennstoff 110 ausgebildet. Dadurch ergibt sich eine Änderung in der Strömungsgeschwindigkeit der in dem Durchgangskanal 98 vorhanden Strömung, woraus eine verbesserte Durchmischung und Einströmung in die Brennkammer resultiert.
  • Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennermoduls. Auch hierbei besteht die Platte 90 aus einem Unterteil 91 und einem Oberteil 92. In dem Unterteil 91 sind als Hohlräume Hohlbereiche 120 eingebracht. Auch hier wird angenommen, dass die Platte 90 mehrere Hohlbereiche 120 und Durchgangskanäle 98 aufweist. Die Hohlbereiche 120 beinhalten ebenfalls Brennstoff (nicht gezeigt). Dabei werden die Hohlbereiche 120 als honigwabenförmiges (Fig. 5) oder quadratisches (Fig. 4) Muster in der Platte 90 verteilt. Dabei kann das Muster durch Fräsen von Nuten über Kreuz oder Prägen gefertigt werden. Die Hohlbereiche 120 können dabei dreieckig mit einer Seitenfläche b ausgeführt und im Abstand a von einander angeordnet sein (Fig. 5). Wahlweise können die Hohlbereiche 120 auch viereckig mit einer Seitenfläche b ausgeführt und im Abstand a von einander angeordnet sein (Fig.4). Die geometrische Anordnung der Hohlbereiche 120 in der Platte ist jedoch nicht auf diese Geometrieformen beschränkt. Ebenso können die Hohlbereiche 120 jede beliebige, andere Form aufweisen.
  • In die Platte 90 der Fig. 3 sind ebenfalls Durchgangskanäle 98 mit Kanalöffnungen 101 angebracht. Die Durchgangskanäle 98 weisen bei honigwabenförmiger (Fig. 5) oder quadratischer (Fig. 4) Verteilung der Hohlbereiche 120 bevorzugt drei Kanalöffnungen 101 bzw. vier Kanalöffnungen 101 auf. Dabei beziehen sich die drei bzw. vier Kanalöffnungen 101 auf jeweils einen Durchgangskanal 98. Dabei können die Kanalöffnungen 101 in dem Oberteil 92 angeordnet sein, so dass der Brennstoff sich entweder erst in der Brennkammer mit der Luft 100 mischt (das heißt die Kanalöffnungen sind auf der Oberfläche 92 angeordnet) oder im Durchgangskanal 98, kurz vor Eintritt der Luft 100 in die Brennkammer.
  • In den Figuren 3 bis 5 sind die Brennstoffverbindungen 105 zu dem Durchgangskanal 98 schräg nach radial innen gerichtet, unter Umständen tangential zum Durchgangskanal 98 angestellt. Zudem können die zwei Brennstoffverbindungen 105 zum Durchgangskanal 98 einen Winkel zwischen >0 und 90° aufweisen. Dadurch findet eine Steigerung der Mischung statt. Brennstoff, der in dem Hohlbereich 120 geführt wird, entweicht so über die schräg nach radial innen gerichteten, unter Umständen tangential angestellten Brennstoffverbindungen 105 in die Strömung der Luft 100 des Durchgangskanals 98 hinein. Die Flamme brennt dann nach entsprechender Durchmischung im Wesentlichen als Diffusionsflamme hinter dem Flammboden.
  • Zusätzlich oder alternativ besteht die Möglichkeit, den Brennstoff 100 von den Hohlbereichen 120 durch einen um den Durchgangskanal 98 herum angeordneten (nicht notwendigerweise durchgängigen) Ringspalt (nicht gezeigt) in die Brennkammer einzudüsen.
  • Vorteilhafterweise ist durch mehrere Brennermodule eine Brennkammer ausgebildet. Dadurch kann die Brennkammer signifikant verkleinert werden, als eine herkömmliche Brennkammer mit z.B. Pilotbrenner.
  • Durch die beschriebene Konstruktion und die beschriebene Fertigungsweise wird es ermöglicht, dass die Vorteile von Mikroflammen-Brennern auch in Gasturbinen für industrielle Großanwendungen kosteneffizient Verwendung finden kann. Das beschriebene Konzept von Konstruktion und Fertigung kann dabei auch in Kleinanwendungen Verwendung finden und auch hier die Kosten senken. Die Konstruktion ermöglicht hierbei eine schnelle und intensive Vermischung von Brennstoff und Luft 100, wobei gerade die Zuführung des Brennstoffes, mit tangential oder im 90° Winkel, zum Luftstrom angeordneten Brennstoffverbindungen zu hervorragenden Mischverhältnissen führt. Durch das Konzept wird die benötigte Verweilzeit in der Brennkammer herabgesetzt bzw. die Brennkammer kann verkleinert werden. Damit können auch hier die Kosten und der Aufwand reduziert werden. Die Verkleinerung der Brennkammer ermöglicht gleichzeitig eine Verkürzung des Rotors bzw. der gesamten Gasturbine, hier werden im großen Maße Materialkosten gespart, das dynamische Verhalten der Maschine im Bezug auf Schwingungen und Massenträgheit verbessert. Durch die Verkleinerung der Brennkammer sinkt auch die zu kühlende Oberfläche der Brennkammer. Hier kann Kühlluft gespart werden, was die Effizienz des Gesamtprozesses verbessert.

Claims (12)

  1. Brennermodul umfassend eine Platte (90) bestehend aus einem Oberteil (92) und einem Unterteil (91), die aneinander befestigt sind, wobei in dem Unterteil (91) zumindest zwei Hohlräume (95; 120) mit Brennstoff (110) vorgesehen sind, und wobei ein Durchgangskanal (98) vorhanden ist zur Führung von Luft (100), welcher sich durch das Unterteil (91) und das Oberteil (92) der Platte (90) hindurch erstreckt, wobei durch die durch den Durchgangskanal (98) hindurchströmende Luft (100) eine Luftströmungsrichtung (L) ausgebildet ist, wobei in Luftströmungsrichtung (L) nachgeschaltet eine Brennkammer vorgesehen ist, und wobei innerhalb der Platte (90) zumindest zwei Brennstoffverbindungen (105) vorgesehen sind, welche von den zumindest zwei Hohlräumen (95; 120) zu zumindest zwei auf gleicher Höhe angeordneten Öffnungen (101) in dem Durchgangskanal (98) führt, so dass eine Eindüsung von in dem Hohlräumen (95; 120) vorhandener Brennstoff (110) durch die Brennstoffverbindungen (105) in die Luft (100) des Durchgangskanals (98) vorgesehen ist.
  2. Brennermodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Brennstoffverbindungen (105) mit dem Durchgangskanal (98) im Wesentlichen einen 90° Winkel ausbildet.
  3. Brennermodul nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Brennstoffverbindungen (105) zum Durchgangskanal (98) einen Winkel zwischen >0 und 90° aufweisen.
  4. Brennermodul nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass sich die Öffnungen (101) des Durchgangskanals (98) im Bereich des Oberteils der Platte (90) befinden.
  5. Brennermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Durchgangskanal (98) eine Stanzung oder Bohrung, insbesondere eine Laserbohrung ist.
  6. Brennermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Hohlräume (95; 120) eine Laserschneidung oder eine Erodierung oder eine Prägung oder eine Pressung sind.
  7. Brennermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Hohlräume durch Nuten (95) in der Platte (90) ausgebildet sind.
  8. Brennermodul nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (95) in einen Sammelkanal münden können, der an ein Brennstoffversorgungssystem angebunden ist.
  9. Brennermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Hohlräume als Hohlbereiche (120) ausgebildet und honigwabenförmig in der Platte (90) angeordnet sind.
  10. Brennermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Hohlräume als Hohlbereiche (120) ausgebildet und quadratisch in der Platte (90) angeordnet sind.
  11. Brenner mit einer Vielzahl von Brennermodulen nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  12. Gasturbine mit einem Verdichter, einer Turbine und einem Brenner nach Anspruch 11.
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