EP4695559A1 - Wasserstoff-brenner mit dampfeinmischung - Google Patents

Wasserstoff-brenner mit dampfeinmischung

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Publication number
EP4695559A1
EP4695559A1 EP24729264.2A EP24729264A EP4695559A1 EP 4695559 A1 EP4695559 A1 EP 4695559A1 EP 24729264 A EP24729264 A EP 24729264A EP 4695559 A1 EP4695559 A1 EP 4695559A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle
fuel
burner
outlet opening
air
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.)
Pending
Application number
EP24729264.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Hase
Jürgen MEISL
Bernd Prade
Michael Huth
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 Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4695559A1 publication Critical patent/EP4695559A1/de
Pending 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
    • F23D14/32—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid using a mixture of gaseous fuel and pure oxygen or oxygen-enriched air
    • 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
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/48—Nozzles
    • F23D14/58—Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002—Supplying water
    • F23L7/005—Evaporated water; Steam
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • 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
    • F23D2900/14—Special features of gas burners
    • F23D2900/14003—Special features of gas burners with more than one nozzle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L2900/00—Special arrangements for supplying or treating air or oxidant for combustion; Injecting inert gas, water or steam into the combustion chamber
    • F23L2900/07005—Injecting pure oxygen or oxygen enriched air

Definitions

  • the invention relates to a burner for the combustion of hydrogen and oxygen to produce hot steam.
  • burners which have a particularly high heat resistance and are nevertheless additionally cooled.
  • the temperature load on the burner can be reduced by adding water vapor or liquid water.
  • a central combustion of hydrogen with oxygen is aimed for, while the combustion zone is surrounded in a cylindrical shape by a strong stream of water vapor.
  • the solution of conventional gas burners is used, in which a swirl is generated in the burner by means of blade elements so that a mixing of the hydrogen and the oxygen in the water vapor stream can take place.
  • the known solutions enable combustion of hydrogen with oxygen, the known designs have optimization potential with regard to efficiency, service life and the goal of complete, stoichiometric combustion without residue of hydrogen or oxygen.
  • the object of the present invention is to enable a more efficient combustion of hydrogen with oxygen, whereby an unburned residue of hydrogen or oxygen is to be avoided if possible.
  • a generic burner is used to burn hydrogen with oxygen in water vapor. Regardless of the preferred use, the burner can also be used to burn other media and is not limited to the combustion of pure hydrogen and/or pure oxygen and/or combustion in water vapor.
  • the burner has a central axis which extends from an upstream connection side towards a downstream combustion chamber side.
  • the connection side is obviously the cold side facing away from a combustion chamber.
  • the combustion chamber side is obviously the hot side on which a subsequent combustion chamber is arranged as intended.
  • the generic burner has a steam chamber which extends along the central axis through the burner from the connection side to the combustion chamber side.
  • the steam chamber has a steam supply opening on the connection side. How this is designed is irrelevant with regard to the invention. At the very least, the connection of a steam line must be possible.
  • the steam chamber ends with an outlet opening. First of all, it is irrelevant what shape the outlet opening is. In this respect, it can be a continuous, central opening or an opening interrupted by webs, for example, or several openings arranged next to one another.
  • an air duct is required, via which oxygen is conveyed through the burner into the combustion chamber as intended.
  • the air duct comprises at least one air connection arranged on the connection side, to which a supply line for oxygen (or a gas containing oxygen) can be connected as intended.
  • the air duct is branched by means of an air distributor, so that several air nozzles can be supplied with oxygen at the end of the air duct.
  • the air nozzles each define an air nozzle outlet vector. This is the direction of the gas exiting the air nozzles when supplied as intended at the air connection but without any other external influences (i.e. direction of the gas flowing out of the respective air nozzle without a steam supply).
  • the air nozzles have an air nozzle diameter, which is determined as the diameter of a circular area transverse to the air nozzle outlet vector, corresponding to the cross section of the air nozzle. In the case of a circular air nozzle, this is therefore its diameter, otherwise it is a representative diameter for the actual cross section.
  • a fuel guide is required, via which hydrogen is conveyed through the burner into the combustion chamber as intended.
  • the fuel guide comprises at least one fuel connection on the connection side, to which a supply line for hydrogen (or a gas containing fuel) can be connected as intended.
  • the fuel guide is branched by means of a fuel distributor, so that several fuel nozzles can be supplied with hydrogen at the end of the fuel guide. o2 ]
  • the fuel nozzles each define a fuel nozzle outlet vector. This is the direction of the gas exiting the fuel nozzles when the fuel connection is supplied as intended but without any other external influences (ie the direction of the gas flowing out of the respective fuel nozzle without a steam supply).
  • the fuel nozzles have a fuel nozzle diameter which is determined as the diameter of a circular area transverse to the fuel nozzle exit vector and which corresponds to the cross section of the fuel nozzle. In the case of a circular fuel nozzle, this is therefore its diameter; otherwise, it is a representative diameter for the actual cross section.
  • the air nozzles and the fuel nozzles are not located inside the burner.
  • the air nozzles and the fuel nozzles are to be arranged on the combustion chamber side at the end of the burner outside the steam chamber.
  • the air nozzles are to be arranged in the area of the outlet opening.
  • the air nozzles are surrounded by the outlet opening and/or are arranged adjacent to the outlet opening.
  • the fuel nozzles must also be arranged in the area of the outlet opening. For this purpose, it can be provided that the fuel nozzles are surrounded by the outlet opening and/or arranged adjacent to the outlet opening.
  • the respective nozzle When positioning a nozzle “inside the outlet opening”, the respective nozzle is surrounded by the outlet opening. This means that, for example, a nozzle The steam flow exiting the outlet opening surrounds the respective nozzle. (In the case of an annular outlet opening, for example, the term “inside the outlet opening” does not mean that the nozzle is located radially within an inner circumference.)
  • the nozzle When positioning a nozzle “outside the outlet opening”, the nozzle is located either on the side facing away from the central axis relative to an outer circumference of the outlet opening or alternatively on a side facing the central axis relative to the inner circumference of the outlet opening, in both cases not “inside the outlet opening”. This means that a steam flow emerging from the outlet opening, for example, does not surround the respective nozzle, but is arranged adjacent to the outlet opening.
  • the invention provides that a fuel nozzle outlet vector and an air nozzle outlet vector are aligned facing each other. This means that the same number of air nozzles is required as there are fuel nozzles.
  • the burner In order to prevent a backflow or circulation of the hydrogen flow or the oxygen flow back to the burner, it is necessary when using the burner for its intended purpose that water vapor or another medium is passed through the steam chamber, which can flow from the outlet opening into a subsequent combustion chamber.
  • the resulting temperature in the combustion chamber downstream of the burner can also be influenced during the process by supplying water vapor or another medium during combustion.
  • any shape can be chosen for the outlet opening. For example, it can be a rectangular opening, with the fuel nozzles distributed along one long side and the air nozzles along the opposite side.
  • the outlet opening has approximately the shape of a circle.
  • a shape similar to a circular ring is particularly preferred.
  • the air nozzles and the fuel nozzles are arranged at a distance from one another and distributed around the central axis.
  • the air nozzle is spaced from the outlet opening and yet arranged adjacent to it. This defines an air nozzle boundary distance between the air nozzle and the outlet opening.
  • the air nozzle limit distance is required continuously. If the air nozzle is located outside the outlet opening at its edge, the air nozzle limit distance is determined as the shortest distance between the outlet opening and the air nozzle.
  • the fuel nozzle is spaced apart from the outlet opening and yet arranged adjacent to it. This defines a fuel nozzle limit distance between the fuel nozzle and the outlet opening.
  • the fuel nozzle limit distance is required continuously. If the fuel nozzle is located outside the outlet opening at its edge, the fuel nozzle limit distance is determined as the shortest distance between the outlet opening and the fuel nozzle.
  • the air nozzle limit distance is at least 0.2 times the air nozzle diameter.
  • the air nozzle limit distance should not be chosen to be too large.
  • the air nozzle limit distance should not be larger than the air nozzle diameter.
  • the air nozzle limit distance corresponds to at most 0.5 times the air nozzle diameter.
  • the steam flow from the outlet opening is not directly adjacent to the fuel flow from the fuel nozzle.
  • a small but deliberately provided distance favors the flows so that controlled combustion occurs.
  • the fuel nozzle boundary distance is at least 0.2 times the fuel nozzle diameter.
  • the fuel nozzle boundary distance should not be chosen to be too large.
  • the fuel nozzle boundary distance should not be larger than the fuel nozzle diameter.
  • the fuel nozzle boundary distance corresponds to at most 0.5 times the fuel nozzle diameter.
  • the basic idea of the invention is to bring about a meeting of the hydrogen flow and the oxygen flow downstream of the burner. Accordingly, a fuel nozzle outlet vector and an associated air nozzle outlet vector are to be aligned in such a way that they approach each other as the distance from the burner increases. The distance between the fuel nozzle outlet vector and the associated air nozzle outlet vector must be sufficiently small to enable combustion. It is not necessary for this to happen that the fuel nozzle outlet vector and the associated air nozzle outlet vector intersect.
  • a respective fuel nozzle exit vector leads with the associated air nozzle exit vector to a meeting point at which the smallest distance between the respective fuel nozzle exit vector and the associated air nozzle exit vector is given.
  • the meeting point is a theoretical point which is determined by the fuel nozzle exit vector and the associated air nozzle exit vector.
  • a meeting point distance is defined as the smallest distance from the fuel nozzle exit vector to the associated air nozzle exit vector.
  • the meeting point as the smallest distance between the respective fuel nozzle exit vector and the associated air nozzle exit vector further defines a meeting point distance as the distance from the meeting point to the exit opening.
  • the pairwise assignment of a fuel nozzle and an air nozzle leads to a respective nozzle spacing as the distance between the center of a fuel nozzle and the center of the associated air nozzle.
  • the meeting point is located downstream in the extension of the outlet opening. This requires that when the burner is used as intended, the meeting point is located within the water vapor stream (or another medium flowing through the vapor chamber).
  • the meeting of the hydrogen flow with the oxygen flow in the flowing steam can advantageously ensure controlled combustion. Furthermore, this avoids backflow and impermissible temperature stress on the burner. In contrast, the desired target temperature in the resulting mixture of the steam supplied via the steam channel and the steam generated by the combustion can advantageously be controlled.
  • the meeting point distance at the meeting point is at most half of the sum of the air nozzle diameter and the fuel nozzle diameter. This achieves a theoretical overlap of the hydrogen flow with the oxygen flow.
  • the meeting point is sufficiently far away from the burner, but not too far, so that during normal operation a stable, controlled combustion is achieved without damaging the burner.
  • the fuel nozzle exit vector and the associated air nozzle exit vector are aligned in a preferred angular range to each other.
  • the angle between the fuel nozzle exit vector and the associated air nozzle exit vector is at least 10°.
  • the angle should not be greater than 40°.
  • An angle range of at least 20° and a maximum of 30° is particularly advantageous.
  • the meeting point distance is a certain multiple of the nozzle distance.
  • the meeting point distance should at least correspond to the nozzle distance. In this case, it has proven advantageous if the meeting point distance corresponds to at least 1.5 times the nozzle distance.
  • a meeting point distance that is at least twice the nozzle distance is particularly advantageous.
  • a meeting point distance corresponding to 2.5 times the nozzle distance can be provided.
  • the meeting point distance should not be greater than 4 times the nozzle spacing. It is particularly advantageous if the meeting point distance corresponds to a maximum of 3.5 times the nozzle spacing. For example, a meeting point distance corresponding to 3 times the nozzle spacing can be provided.
  • An advantageous position of the meeting point is achieved when one nozzle is arranged on the side facing the central axis at the outlet opening (inside or outside the outlet opening) and the associated other nozzle is arranged on the side facing away from the central axis at the outlet opening (inside or outside the outlet opening).
  • An advantageous arrangement of the paired nozzles can also be defined by the radial distance between the fuel nozzle and the associated air nozzle being at least 0.5 times the nozzle distance. This is combined with an arrangement of one of the two nozzles on the side facing the central axis. side and an arrangement of the corresponding nozzle on the side facing away from the central axis.
  • the radial distance between the fuel nozzle and the associated air nozzle is at least 0.75 times the nozzle distance.
  • at least one fuel nozzle is advantageously arranged on the side facing the central axis and the associated air nozzle is arranged on the side facing away from the central axis at the outlet opening.
  • At least one air nozzle is advantageously arranged on the side facing the central axis and the associated fuel nozzle is arranged on the side facing away from the central axis at the outlet opening.
  • the fuel nozzles are arranged alternately radially outward and radially inward or the associated air nozzles are arranged radially inward and radially outward.
  • all air nozzles are advantageously arranged on the side facing away from the central axis and all fuel nozzles are arranged on the side facing the central axis.
  • a third variant is particularly advantageous in which all fuel nozzles are arranged on the side facing away from the central axis (radially outside) and all associated air nozzles are arranged on the side facing the central axis (radially inside).
  • a Fuel nozzle exit vector is directed towards the central axis and the associated air nozzle exit vector is directed away from the central axis.
  • the fuel nozzle exit vector is directed away from the central axis and the associated air nozzle exit vector is directed towards the central axis.
  • a fuel nozzle outlet vector has an angle to the central axis of at least 10°.
  • An angle of at least 15° is preferred.
  • the angle should be a maximum of 40°.
  • An angle of a maximum of 30° is preferred.
  • the associated air nozzle outlet vector should have an angle to the central axis of at least 2.5°. However, the angle should not be greater than 15°.
  • An angle range between 5° and 10° is preferred.
  • an air nozzle outlet vector has an angle to the central axis of at least 10°.
  • an angle of at least 15° is preferred.
  • the angle should be a maximum of 40°, preferably a maximum of 30°.
  • the associated fuel nozzle outlet vector should have an angle to the central axis of at least 2.5° and a maximum of 15°.
  • an angle range between 5° and 10° is provided.
  • the decisive factor for the invention is the mutually facing alignment of the respective fuel nozzle outlet vectors and air nozzle outlet vectors.
  • the positioning and design of the fuel nozzle and the associated air nozzle is important.
  • the arrangement of adjacent fuel nozzles and adjacent air nozzles that are not associated with each other should also be taken into account. If the fuel nozzles are arranged on one side of the outlet opening and the air nozzles on the other side of the outlet opening, this affects the distance between adjacent fuel nozzles or the distance between adjacent air nozzles. If the fuel nozzles and the air nozzles are arranged alternately are, this concerns the distance between adjacent fuel nozzles and air nozzles, which are not assigned to each other. In any case, the distance should at least correspond to the nozzle distance. It is particularly advantageous if a nozzle distance of at least 1.5 times can be achieved.
  • Various arrangements of the fuel nozzles and the air nozzles can be used at the outlet opening.
  • all fuel nozzles and all associated air nozzles are arranged within the outlet opening. This means that the outlet opening surrounds the fuel nozzles and the air nozzles.
  • all air nozzles are positioned within the outlet opening and all associated fuel nozzles are positioned outside the outlet opening.
  • the second embodiment makes it possible to arrange at least some of the fuel nozzles within the outlet opening, while the associated air nozzles are arranged outside the outlet opening.
  • the associated air nozzles are arranged outside the outlet opening.
  • all fuel nozzles are positioned within the outlet opening and all associated air nozzles are positioned outside the outlet opening.
  • all fuel nozzles and all associated air nozzles are arranged outside the outlet opening adjacent to it.
  • the steam channel and the outlet opening can be designed in different ways. In any case, it is advantageous if the water steam (or the other medium used) flows out of the outlet opening approximately along the central axis. Accordingly, a steam outlet vector has an angle relative to the central axis of a maximum of 10°. Depending on the arrangement of the fuel nozzles and the air nozzles and therefore the fuel and air flow required, it is possible that the steam channel is interrupted or restricted in cross-section. In this case, obstruction of the flow in the steam channel should be avoided if possible. Furthermore, care should be taken to ensure that the flow is uniform across the circumference.
  • the water vapor (or other medium) flows out of the outlet opening without swirl.
  • the outlet opening is realized in the form of a circular disk.
  • the outlet opening is at a distance from the central axis. In the simplest case, this results in the shape of a circular ring.
  • an inner distance from the central axis corresponds to the small radius of the circular ring.
  • an outer distance from the central axis corresponds to the large radius of the circular ring.
  • an inner distance corresponds to the radial distance averaged over the circumference between the inner circumference (circumference on the side facing the central axis) of the outlet opening and the central axis.
  • an outer distance corresponds to the radial distance averaged over the circumference between the outer circumference (circumference on the side facing away from the central axis) of the outlet opening and the central axis.
  • the outlet opening has only a small distance to the central axis and a larger radial width.
  • the inner diameter of the outlet opening is advantageously at least half the size of the outer diameter.
  • the averaged inner distance of the outlet opening from the central axis advantageously corresponds to at least 0.5 times the averaged outer distance of the outlet opening from the central axis.
  • the inner distance corresponds to at least 0.6 times the outer distance.
  • the fuel nozzles and air nozzles are particularly preferably arranged opposite one another at the edge of an approximately ring-shaped outlet opening. Taking the nozzle spacing into account, it is advantageous if the radial width (average value with a non-constant width over the circumference) of the outlet opening corresponds to at least 0.6 times the nozzle spacing. A radial width of at least 0.7 times the nozzle spacing is preferred here.
  • the radial width of the outlet opening corresponds at most to 0.9 times the nozzle spacing.
  • outlet opening has an advantageous size, not all fuel nozzles and air nozzles can be arranged simultaneously within the outlet opening and also not all outside a circular outlet opening.
  • all air nozzles are positioned on the side facing the central axis outside the outlet opening.
  • all fuel nozzles are preferably positioned on the side facing away from the central axis outside the outlet opening, but at least in sections in a circle defined by the largest radial extent of the outlet opening.
  • FIG 1 shows an exemplary embodiment of a burner according to the invention in longitudinal section, in which fuel nozzles and air nozzles are arranged within the outlet opening.
  • FIG 2 shows a view of the burner of FIG. 1 from the combustion chamber side.
  • FIG 3 shows a view of an alternative embodiment of a burner according to the invention from the combustion chamber side, in which fuel nozzles and air nozzles are arranged outside the outlet opening.
  • Figures 1 and 2 outline a first embodiment of a burner 01 according to the invention.
  • Figure 1 shows the burner 01 in longitudinal section and
  • Figure 2 shows the burner 01 in a view of the combustion chamber side 20.
  • the burner 01 extends along a central axis (not shown) from an upstream connection side 10 to a downstream combustion chamber side 20.
  • the burner has a housing 02, wherein in this embodiment an igniter 09 is provided in the center of the burner 02.
  • the burner 01 has a steam chamber 03, via which water vapor can be supplied as intended.
  • a steam supply opening 04 is provided on the connection side 10 on the steam chamber 03.
  • the steam chamber 03 ends at the outlet opening 05, through which the water vapor can be conveyed into the combustion chamber.
  • the water vapor flow flows out approximately along the central axis without swirl.
  • the burner 01 has an air guide by means of which combustion air can be conveyed through the burner 01 into the combustion chamber.
  • the burner 01 has an air connection 14 on the connection side 10, from which combustion air, ie oxygen, can be guided to air nozzles 15 via an annular air distributor 13 and several air channels 16 distributed around the circumference.
  • the air nozzles 15 are arranged within the outlet opening 05 on the side facing the central axis. These 15 have an air nozzle diameter 18, with an air nozzle limit distance 19 being present between the air nozzle 15 and the outlet opening 05.
  • the air nozzle limit distance 19 in this example is approximately 0.5 times the air nozzle diameter 18.
  • the shape of the air channels 16 and the air nozzles 15 leads to an air flow from the air nozzles 15 that is inclined relative to the central axis.
  • an air nozzle outlet vector 17 is defined, which in this case is inclined approximately 5° relative to the central axis and points away from the central axis.
  • the burner 01 has a fuel guide, by means of which hydrogen can be conveyed through the burner 01 into the combustion chamber.
  • the burner 01 has a fuel connection 24 on the connection side 10, from which fuel, i.e. hydrogen, can be guided to fuel nozzles 25 via an annular fuel distributor 23 and several fuel channels 26 distributed around the circumference.
  • the fuel nozzles 15 are arranged within the outlet opening 05 on the side facing away from the central axis. These 25 have a fuel nozzle diameter 28, with a fuel nozzle limit distance 29 being present between the fuel nozzle 25 and the outlet opening 05.
  • the fuel nozzle limit distance 29 in this example is approximately 0.5 times the fuel nozzle diameter 28.
  • the shape of the fuel channels 26 and the fuel nozzles 25 leads to a fuel flow from the fuel nozzles 25 that is inclined relative to the central axis.
  • a fuel nozzle exit vector 27 is defined, which in this case is inclined approximately 20° relative to the central axis and in this case points towards the central axis.
  • a fuel nozzle exit vector 27 and an air nozzle exit vector 17 are aligned facing each other and meet at a meeting point 07 (in this example directly without any distance from each other).
  • the meeting point 07 is spaced apart from the outlet opening 05 by a meeting point distance 06 and, due to the position and design of the fuel nozzles 25 and the air nozzles 15, is located within the water vapor flow from the outlet opening 05.
  • a nozzle spacing 11 between a fuel nozzle 25 and the associated air nozzle 15 defines the meeting point distance 06 via the fuel nozzle exit vector 27 and the air nozzle exit vector 17.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (01) zur Verbrennung von Wasserstoff umfassend eine Dampfkammer (03), wobei durch eine Austrittsöffnung (05) der Dampfkammer (03) Wasserdampf in einen Brennraum geleitet werden kann, und eine Luftführung, an deren Ende mehrere bei der Austrittsöffnung (05) angeordneten Luftdüsen (15) angeordnet sind, und eine Brennstoffführung, an deren Ende mehrere bei der Austrittsöffnung (05) angeordnete Brennstoffdüsen (25) angeordnet sind. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils ein Brennstoffdüsen- Austrittsvektor (27) einer Brennstoffdüse (25) und ein zugehöriger Luftdüsen- Austrittsvektor (17) einer Luftdüse (15) aufeinander zuweisend ausgerichtet sind.

Description

Beschreibung
TITEL
Wasserstoff-Brenner mit Dampfeinmischung
TECHNISCH ES GEBIET
[0001] Die Erfindung betrifft einen Brenner zur Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff zur Erzeugung von heißem Wasserdampf.
HINTERGRUND
[0002] Zur Förderung erneuerbarer Energien ist es erforderlich, eine Verbrennung von Wasserstoff zu ermöglichen, welcher beispielsweise mittels Elektrolyse erzeugt wurde. Eine bereits erprobte Möglichkeit ist eine Beimischung in Erdgas, wobei eine Verbrennung in konventionellen Gasturbinen vorgesehen ist. pool] Eine Vermeidung von Kohlendioxid bei der Verbrennung kann erreicht werden, wenn der Wasserstoff ohne Beimischung fossiler Brennstoffe verbrannt wird. Weiterhin gibt Anwendungen, in denen Inertstoffe oder auch sogenannte .permanente' Gase mit sehr tiefer Siedetemperatur z.B. Stickstoff in den Verbrennungsprodukten zu vermeiden sind. Diese Anforderung führt konsequenterweise dazu, dass ein Wasserstoff-Sauerstoff-Verhältnis sehr genau stöchiometrisch zu wählen ist.
[0002] Hierzu werden spezielle Brenner eingesetzt, die die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff ermöglichen. Wasserstoff-Sauerstoff-Gemische sind äußerst reaktiv und führen zu sehr hohen Flammentemperaturen und Flammengeschwindigkeiten. Dieses führt zu neuen Herausforderungen, um einen zuverlässigen und langfristigen Betrieb entsprechender Anlagen zu ermöglichen.
[0003] Zur Ermöglichung der unmittelbaren Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff werden einerseits Brenner eingesetzt, welche eine besonders hohe Wärmebeständigkeit aufweisen und dennoch zusätzlich gekühlt werden. Anderseits ist es bekannt, dass die Temperaturbelastung des Brenners durch die Zuführung von Wasserdampf oder flüssigem Wasser reduziert werden kann. In bekannten Ausführungen wird hierzu beispielsweise eine zentrische Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff angestrebt, während die Verbrennungszone zylinderförmig von einem starken Strom aus Wasserdampf umgeben ist.
Durch die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff entsteht ausschließlich Wasserdampf. Naheliegend verlässt somit den Brenner bei einer Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff mit einer Wasserdampfkühlung ausschließlich Wasserdampf mit einer mittleren Temperatur resultierend aus der Temperatur des in den Brenner zugeführten Wasserdampfes und der bei der Verbrennung entstehenden Wärme.
[0006] Besonders problematisch ist bei der Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff die hohe Flammengeschwindigkeit, welche eine hohe Gefahr einer Überhitzung des Brenners unmittelbar an den Zuführungen für den Wasserstoff und Sauerstoff darstellt. In einer bekannten Ausführung wird daher vorgeschlagen, den Brenner mit einer Dampfpassage zu versehen, wobei beabstandet voneinander Wasserstoff und Sauerstoff in die Dampfpassage eingedüst werden. Gefordert wird dabei, dass der durch die Dampfpassage strömende Wasserdampf zunächst den eingedüsten Wasserstoff und getrennt den eingedüsten Sauerstoff von der jeweiligen Düsenöffnung wegträgt. Somit wird eine Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff unmittelbar an den Düsen und somit eine Flamme verhindert.
[00G8j Problematisch ist es jedoch, eine zuverlässige gleichmäßige Verbrennung sicherzustellen. Hierzu ist es notwendig, dass eine homogene Vermischung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs stromab des Brenners sichergestellt wird.
[0009] Hierzu wird auf die Lösung von konventionellen Gasbrennern zurückgegriffen, bei denen mittels Schaufelelementen ein Drall im Brenner erzeugt wird, so dass eine Vermischung des Wasserstoffs und des Sauerstoffs im Wasserdampfstrom erfolgen kann. [0010] Wenngleich die bekannten Lösungen eine Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff ermöglichen, so weisen die bekannten Ausführungen Optimierungspotentiale hinsichtlich der Effizienz, der Lebensdauer sowie dem Ziel der vollständigen, stöchiometrisch Verbrennung ohne Rest an Wasserstoff oder Sauerstoff auf.
[0011] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine effizientere Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff zu ermöglichen, wobei ein unverbrannter Rest an Wasserstoff oder Sauerstoff nach Möglichkeit zu vermeiden ist.
[0012] Die Aufgabe wird durch einen Brenner nach der Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
[0013] Ein gattungsgemäßer Brenner dient zur Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff in Wasserdampf. Unabhängig von der bevorzugten Verwendung ist der Brenner auch zur Verbrennung anderer Medien verwendbar und nicht auf die Verbrennung von reinem Wasserstoff und/oder reinem Sauerstoff und/oder der Verbrennung in Wasserdampf beschränkt.
[0014] Der Brenner weist dabei eine zentrale Mittelachse auf, welche sich von einer stromaufwärtigen Anschlussseite in Richtung einer stromabwärtigen Brennkammerseite erstreckt. Bei der Anschlussseite handelt es sich naheliegend um die von einer Brennkammer abweisende kalte Seite. Bei der Brennkammerseite handelt es sich naheliegend um die heiße Seite, auf der bestimmungsgemäß eine nachfolgende Brennkammer angeordnet ist.
[0015] Dabei weist der gattungsgemäße Brenner eine Dampfkammer auf, welche sich entlang der Mittelachse durch den Brenner von der Anschlussseite bis zur Brennkammerseite erstreckt. Hierzu weist die Dampfkammer auf der Anschlussseite eine Dampfzufuhröffnung auf. Wie diese gestaltet ist, ist bezüglich der Erfindung nebensächlich. Zumindest ist der Anschluss einer Dampfleitung zu ermöglichen. Auf der Brennkammerseite endet die Dampfkammer mit einer Austrittsöffnung. Zunächst einmal ist es unerheblich, wie die Austrittsöffnung geformt ist. Insofern kann es sich hierbei um eine zusammenhängende, zentrische Öffnung oder um eine beispielsweise durch Stege unterbrochene Öffnung oder um mehrere, benachbart zueinander angeordnete Öffnungen handeln.
[0017] Weiterhin ist eine Luftführung erforderlich, über die bestimmungsgemäß Sauerstoff durch den Brenner in den Brennraum gefördert wird. Hierzu umfasst die Luftführung zumindest einen auf der Anschlussseite angeordneten Luftanschluss, an dem bestimmungsgemäß eine Versorgungsleitung für Sauerstoff (bzw. ein Sauerstoff enthaltenes Gas) angeschlossen werden kann. Mittels eines Luftverteilers erfolgt eine Verzweigung der Luftführung, so dass am Ende der Luftführung mehrere Luftdüsen mit Sauerstoff versorgt werden können.
[0018] Die Luftdüsen definieren jeweils einen Luftdüsen-Austrittsvektor. Hierbei handelt es sich um die Richtung des aus den Luftdüsen austretenden Gases bei bestimmungsgemäßer Versorgung am Luftanschluss jedoch ohne weitere äußere Einflüsse (d.h. Richtung des aus der jeweiligen Luftdüse ausströmenden Gases ohne eine Dampfzufuhr).
[0019] Dabei weisen die Luftdüsen einen Luftdüsen-Durchmesser auf, welcher sich bestimmt als Durchmesser einer Kreisfläche quer zum Luftdüsen- Austrittsvektor übereinstimmend mit dem Querschnitt der Luftdüse. Im Falle einer kreisförmigen Luftdüse ist dies somit dessen Durchmesser, ansonsten ein handelt es sich hierbei um einen repräsentierenden Durchmesser für den tatsächlichen Querschnitt.
[0020 Weiterhin ist eine Brennstoffführung erforderlich, über die bestimmungsgemäß Wasserstoff durch den Brenner in den Brennraum gefördert wird. Hierzu umfasst die Brennstoffführung zumindest einen auf der Anschlussseite liegenden Brennstoffanschluss auf, an dem bestimmungsgemäß eine Versorgungsleitung für Wasserstoff (bzw. ein Brennstoff enthaltenes Gas) angeschlossen werden kann. Mittels eines Brennstoffverteilers erfolgt eine Verzweigung der Brennstoffführung, so dass am Ende der Brennstoffführung mehrere Brennstoffdüsen mit Wasserstoff versorgt werden können. o2 ] Die Brennstoffdüsen definieren jeweils einen Brennstoffdüsen- Austrittsvektor. Hierbei handelt es sich um die Richtung des aus den Brennstoffdüsen austretenden Gases bei bestimmungsgemäßer Versorgung am Brennstoffanschluss jedoch ohne weitere äußere Einflüsse (d.h. Richtung des aus der jeweiligen Brennstoffdüse ausströmenden Gases ohne eine Dampfzufuhr).
[0022] Dabei weisen die Brennstoffdüsen einen Brennstoffdüsen-Durchmesser auf, welcher sich bestimmt als Durchmesser einer Kreisfläche quer zum Brennstoffdüsen-Austrittsvektor übereinstimmend mit dem Querschnitt der Brennstoffdüse. Im Falle einer kreisförmigen Brennstoffdüse ist dies somit dessen Durchmesser, ansonsten handelt es sich hierbei um einen repräsentierenden Durchmesser für den tatsächlichen Querschnitt.
[0023] Im Gegensatz zu bekannten Lösungen befinden sich die Luftdüsen und die Brennstoffdüsen nicht innerhalb des Brenners. Erfindungsgemäß sind die Luftdüsen und die Brennstoffdüsen auf der Brennkammerseite am Ende des Brenners außerhalb der Dampfkammer anzuordnen.
[0024j Die Luftdüsen sind im Bereich der Austrittsöffnung anzuordnen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Luftdüsen von der Austrittsöffnung umgeben sind und/oder benachbart zur Austrittsöffnung angeordnet werden.
Die Brennstoffdüsen sind ebenso im Bereich der Austrittsöffnung anzuordnen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass die Brennstoffdüsen von der Austrittsöffnung umgeben sind und/oder benachbart zur Austrittsöffnung angeordnet werden.
[0026] Hierbei ist zu unterscheiden zwischen innerhalb des Brenners bzw. außerhalb des Brenners und „innerhalb der Austrittsöffnung“ bzw. „außerhalb der Austrittsöffnung“. Ersteres bezieht sich auf die Lage innerhalb respektive außerhalb der Außenhülle des Brenners, zweiteres bezieht sich auf die Lage innerhalb respektive außerhalb einer Fläche definiert durch die Austrittsöffnung.
[0027] Bei einer Positionierung einer Düse „innerhalb der Austrittsöffnung“ ist die jeweilige Düse von der Austrittsöffnung umgeben. D.h. ein beispielsweise aus der Austrittsöffnung austretender Dampfstrom umgibt die jeweilige Düse. (Für den Fall einer beispielsweise ringförmigen Austrittsöffnung befindet sich mit „innerhalb der Austrittsöffnung“ die Düse nicht radial innerhalb eines Innenumfangs.)
Bei einer Positionierung einer Düse „außerhalb der Austrittsöffnung“ befindet sich die Düse wahlweise auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite relativ zu einem Außenumfang der Austrittsöffnung oder alternativ auf einer zur Mittelachse weisenden Seite relativ zum Innenumfang der Austrittsöffnung, in beiden Fällen nicht „innerhalb der Austrittsöffnung“. D.h. ein beispielsweise aus der Austrittsöffnung austretender Dampfstrom umgibt nicht die jeweilige Düse, sondern ist benachbart zur Austrittsöffnung angeordnet.
[0029j Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeweils ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und ein Luftdüsen-Austrittsvektor aufeinander zuweisend ausgerichtet sind. D.h. es ist die gleiche Anzahl an Luftdüsen erforderlich, wie Brennstoffdüsen vorhanden sind.
Diesbezüglich ist es zunächst unerheblich, ob andere, nicht für die erfindungsgemäße Verbrennung vorgesehene Düsen vorhanden sind.
[0 3t] Die Verbrennung von Wasserstoff mit Sauerstoff erfolgt bei hinreichender Annäherung des Wasserstoffstroms an den Sauerstoffstrom. Durch die paarweise Zuordnung mit den zueinander geneigten Austrittsvektoren erfolgt mit zunehmendem Abstand vom Ende des Brenners eine Annäherung des Wasserstoffstroms an den Sauerstoffstrom, so dass eine Verbrennung beabstandet vom Brenner möglich wird.
[0032] Damit es nicht zu einer Rückströmung bzw. Zirkulation des Wasserstoffstroms oder des Sauerstoffstrom zurück zum Brenner kommt, ist es bei der Verwendung des Brenners bestimmungsgemäß notwendig, dass durch die Dampfkammer Wasserdampf oder ein anders Medium geleitet wird, welches aus der Austrittsöffnung in eine nachfolgende Brennkammer strömen kann. Über eine Zufuhr von Wasserdampf oder eines anderen Mediums bei der Verbrennung kann weiterhin im Prozess die resultierende Temperatur im Verbrennungsraum stromab des Brenners beeinfluss werden. Grundsätzlich kann eine beliebige Form für die Austrittsöffnung gewählt werden. Insofern kann es sich beispielsweise um eine rechteckige Öffnung handeln, wobei beispielsweise die Brennstoffdüsen entlang einer langen Seite und die Luftdüsen entlang der gegenüberliegenden Seite verteilt angeordnet sind.
[0035] Auch ist es grundsätzlich möglich die Brennstoffdüsen und die Luftdüsen wechselnd an beiden Seiten oder nur an einer Seite einer rechteckigen Austrittsöffnung vorzusehen.
Bevorzugt wird eine Ausführungsform, bei der die Austrittsöffnung ungefähr die Form eines Kreises aufweist. Besonders bevorzugt die Formgebung ähnlich einem Kreisring. In diesen Fällen sind die Luftdüsen und die Brennstoffdüsen hierbei beabstandet zueinander um die Mittelachse verteilt anzuordnen.
[0037] Einerseits ist es möglich, eine Luftdüse respektive eine Brennstoffdüse unmittelbar angrenzend an die Austrittsöffnung (sowohl bei der Anordnung innerhalb der Austrittsöffnung als auch bei Anordnung am Rand der Austrittsöffnung) anzuordnen. Hierbei wird zumindest abschnittsweise auf ein trennendes Element zwischen der Luftdüse respektive Brennstoffdüse und der Austrittsöffnung (als Fläche betrachtet) verzichtet.
[0038] Da bestimmungsgemäß keine Eindüsung in die Dampfkammer erfolgen soll, ist demgegenüber im Bereich der Dampfkammer bis zur Austrittsöffnung eine trennende Wandung zwischen der Dampfkammer und der Luftführung respektive Brennstoffführung notwendig. Möglich wäre es, zumindest abschnittsweise die trennende Wandung mit der Annäherung an die Austrittsöffnung auf quasi Null verjüngend auszuführen (zur Brennkammerseite spitz zulaufende Wandung).
[0039] Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn die Luftdüse von der Austrittsöffnung beabstandet und dennoch benachbart zu dieser angeordnet ist. Hierdurch wird ein Luftdüsen-Grenzabstand zwischen der Luftdüse und der Austrittsöffnung definiert.
[0040] Befindet sich die Luftdüse innerhalb der Austrittsöffnung ist der Luftdüsen- Grenzabstand um laufend erforderlich. Befindet sich die Luftdüse außerhalb der Austrittsöffnung an dessen Rand, so bestimmt sich der Luftdüsen-Grenzabstand als kürzester Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der Luftdüse.
[0041] Analog ist es besonders bevorzugt, wenn die Brennstoffdüse von der Austrittsöffnung beabstandet und dennoch benachbart zu dieser angeordnet ist. Hierdurch wird ein Brennstoffdüsen-Grenzabstand zwischen der Brennstoffdüse und der Austrittsöffnung definiert.
Befindet sich die Brennstoffdüse innerhalb der Austrittsöffnung ist der Brennstoffdüsen-Grenzabstand um laufend erforderlich. Befindet sich die Brennstoffdüse außerhalb der Austrittsöffnung an dessen Rand, so bestimmt sich der Brennstoffdüsen-Grenzabstand als kürzester Abstand zwischen der Austrittsöffnung und der Brennstoffdüse.
[0043] Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Dampfstrom aus der Austrittsöffnung nicht unmittelbar an den Luftstrom aus der Luftdüse angrenzt. Durch einen kleinen, aber bewusst vorgesehenen Abstand werden die Strömungen vorteilhaft begünstigt, so dass eine kontrollierte Verbrennung erfolgt.
Diesbezüglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Luftdüsen- Grenzabstand zumindest das 0,2-fache des Luftdüsen-Durchmessers beträgt. Jedoch sollte der Luftdüsen-Grenzabstand nicht zu groß gewählt werden. Bevorzugt sollte der Luftdüsen-Grenzabstand nicht größer als der Luftdüsen- Durchmesser sein. Besonders bevorzugt entspricht der Luftdüsen-Grenzabstand höchstens dem 0,5-fachen Luftdüsen-Durchmesser.
Analog ist es vorteilhaft, wenn der Dampfstrom aus der Austrittsöffnung nicht unmittelbar an den Brennstoffstrom aus der Brennstoffdüse angrenzt. Durch einen kleinen, aber bewusst vorgesehenen Abstand werden die Strömungen vorteilhaft begünstigt, so dass eine kontrollierte Verbrennung erfolgt. Diesbezüglich hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Brennstoffdüsen-Grenzabstand zumindest das 0,2-fache des Brennstoffdüsen- Durchmessers beträgt. Jedoch sollte der Brennstoffdüsen-Grenzabstand nicht zu groß gewählt werden. Bevorzugt sollte der Brennstoffdüsen-Grenzabstand nicht größer als der Brennstoffdüsen-Durchmesser sein. Besonders bevorzugt entspricht der Brennstoffdüsen-Grenzabstand höchstens dem 0,5-fachen Brennstoffdüsen-Durchmesser.
[0047| Grundlegender Gedanke der Erfindung ist es, ein Zusammentreffen des Wasserstoffstroms und des Sauerstoffstroms stromab des Brenners zu bewirken. Entsprechend sind jeweils ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und ein zugehöriger Luftdüsen-Austrittsvektor so auszurichten, dass diese sich mit zunehmendem Abstand vom Brenner aneinander annähern. Der Abstand zwischen dem Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor muss hinreichend klein sein, um eine Verbrennung zu ermöglichen. Nicht erforderlich ist es hierzu, dass sich der Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor schneiden.
[0048] Ein jeweiliger Brennstoffdüsen-Austrittsvektor führt mit dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor zu einem Treffpunkt, bei dem der kleinste Abstand zwischen dem jeweiligen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor gegeben ist.
Diesbezüglich ist darauf hinzuweisen, dass es sich bei dem Treffpunkt um einen theoretischen Punkt handelt, welcher durch den Brennstoffdüsen- Austrittsvektor und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor bestimmt wird. Bei bestimmungsgemäßer Verwendung und der Zufuhr von Wasserdampf über die Austrittsöffnung ist ein tatsächliches Zusammentreffen des Wasserdampfstroms und des Sauerstoffstroms stromab des Treffpunkt zu erwarten.
Weiterhin wird durch die zueinander weisende Ausrichtung des Brennstoffdüsen-Austrittsvektors und des zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektors am Treffpunkt ein Treffpunkt-Abstand definiert als kleinster Abstand vom Brennstoffdüsen-Austrittsvektor zum zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor. [0051] Der Treffpunkt als kleinerster Abstand zwischen dem jeweiligen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor definiert weiterhin eine Treffpunkt-Entfernung als Abstand vom Treffpunkt zur Austrittsöffnung.
[0052] Die paarweise Zuordnung einer Brennstoffdüse und einer Luftdüse führt zu einem jeweiligen Düsenabstand als Abstand zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse und der Mitte der zugehörigen Luftdüse.
[0053] Besonders vorteilhaft ist es, wenn sich der Treffpunkt stromabwärts in Verlängerung der Austrittsöffnung befindet. Hiermit wird gefordert, dass sich bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Brenners der Treffpunkt innerhalb des Wasserdampfstroms (respektive eines anderen durch die Dampfkammer strömenden Mediums) befindet.
[0054] Durch das Zusammentreffen des Wasserstoffstroms mit dem Sauerstoffstrom im strömenden Wasserdampf kann vorteilhaft eine kontrollierte Verbrennung sichergestellt werden. Weiterhin wird hierdurch eine Rückströmung und unzulässige Temperaturbelastung am Brenner vermieden. Demgegenüber kann die gewünschte Zieltemperatur im resultierenden Gemisch aus dem über den Dampfkanal zugeführten Wasserdampf und dem durch die Verbrennung entstehenden Wasserdampf vorteilhaft kontrolliert werden.
[0055] Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Treffpunkt-Abstand am Treffpunkt höchsten der Hälfte einer Summe aus dem Luftdüsen-Durchmesser und dem Brennstoffdüsen-Durchmesser beträgt. Hierdurch wird eine theoretische Überschneidung des Wasserstoffstroms mit dem Sauerstoffstrom erreicht.
Bevorzugt ist der Treffpunkt hinreichend vom Brenner entfernt, jedoch nicht zu weit, so dass im bestimmungsgemäßen Betrieb eine stabile kontrollierte Verbrennung ohne Schädigung des Brenners bewirkt wird.
Dazu ist es vorteilhaft, wenn der Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor in einem bevorzugten Winkelbereich zueinander ausgerichtet sind. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Winkel zwischen dem Brennstoffdüsen-Austrittsvektor und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor zumindest 10° beträgt. Demgegenüber sollte der Winkel nicht größer als 40° sein. Besonders vorteilhaft ist ein Winkelbereich von zumindest 20° sowie von maximal 30°.
[0058] Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Treffpunkt-Entfernung ein bestimmtes Vielfaches des Düsenabstandes ist. Die Treffpunkt-Entfernung sollte zumindest dem Düsenabstand entsprechen. Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Treffpunkt-Entfernung zumindest dem 1 ,5-fachen Düsenabstand entspricht.
Besonders vorteilhaft ist eine Treffpunkt-Entfernung, die zumindest dem doppelten Düsenabstand entspricht. Beispielsweise kann eine Treffpunkt-Entfernung entsprechend dem 2,5-fachen Düsenabstand vorgesehen sein.
[0059] Anderseits sollte die Treffpunkt-Entfernung nicht größer als der 4-fache Düsenabstand sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Treffpunkt-Entfernung höchstens dem 3,5-fachen Düsenabstand entspricht. Beispielsweise kann eine Treffpunkt-Entfernung entsprechend dem 3-fachen Düsenabstand vorgesehen sein.
[OGGOj Die Positionierung der Brennstoffdüsen und der Luftdüsen an der Austrittsöffnung ist zunächst unerheblich, sofern eine entsprechende paarweise Ausrichtung der Brennstoffdüsen und der Luftdüsen zueinander weisend gegeben ist.
[0061] Eine vorteilhafte Lage des Treffpunkts wird erreicht, wenn eine Düse auf der zur Mittelachse weisenden Seite bei der Austrittsöffnung (innerhalb oder außerhalb der Austrittsöffnung) und die zugehörige andere Düse auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite bei der Austrittsöffnung (innerhalb oder außerhalb der Austrittsöffnung) angeordnet ist.
Eine vorteilhafte Anordnung der paarweisen Düsen kann auch dadurch definiert werden, dass der radiale Abstand der Brennstoffdüse zur zugehörigen Luftdüse zumindest dem 0,5-fachen Düsenabstand entspricht. Dies ist verbunden mit einer Anordnung einer der beiden Düsen auf der zur Mittelachse weisenden Seite und einer Anordnung der zugehörigen Düse auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der radiale Abstand der Brennstoffdüse zur zugehörigen Luftdüse zumindest dem 0,75-fachen Düsenabstand entspricht. In einer ersten Ausführung wird vorteilhaft zumindest eine Brennstoffdüse auf der zur Mittelachse weisenden Seite und die zugehörige Luftdüse auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite bei der Austrittöffnung angeordnet.
[0065] In einer zweiten Ausführung wird vorteilhaft zumindest eine Luftdüse auf der zur Mittelachse weisenden Seite und die zugehörige Brennstoffdüse auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite bei der Austrittöffnung angeordnet.
[0066] Grundsätzlich ist möglich, für die jeweils paarweisen Brennstoffdüsen und Luftdüsen unterschiedliche Anordnungen in Relation zur Austrittsöffnung zu wählen. Diesbezüglich ist es auch unerheblich, ob alle oder einige der Düsen innerhalb der Austrittsöffnung oder außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet sind.
[0067] In einer ersten Variante kann vorgesehen sein, dass abwechselnd die Brennstoffdüsen radial außen und radial innen respektive die zugehörigen Luftdüsen radial innen und radial außen angeordnet werden.
[0068] In einer zweiten Variante werden vorteilhaft alle Luftdüsen auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite und alle Brennstoffdüsen auf der zur Mittelachse weisenden Seite angeordnet.
Besonders vorteilhaft ist eine dritte Variante, bei der alle Brennstoffdüsen auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite (radial außen) und alle zugehörigen Luftdüsen auf der zur Mittelachse weisenden Seite (radial innen) angeordnet sind.
[0070] Die vorteilhafte Positionierung des Treffpunkts in Relation zur Austrittsöffnung kann auch erreicht werden, wenn in einer ersten Ausführung ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor auf die Mittelachse zuweisend und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor von der Mittelachse wegweisend ausgerichtet ist. port] Alternativ oder wechselnd mit der ersten Ausführung kann in einer zweiten Ausführung vorgesehen sein, dass der Brennstoffdüsen-Austrittsvektor von der Mittelachse wegweisend und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor auf die Mittelachse zuweisend ausgerichtet ist.
[0072] In einer ersten Variante ist es vorteilhaft, wenn ein Brennstoffdüsen- Austrittsvektor einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 10° aufweist. Bevorzugt ist hierbei ein Winkel von zumindest 15°. Demgegenüber sollte der Winkel maximal 40° betragen. Bevorzugt ist ein Winkel von maximal 30°. Dabei sollte der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 2,5° besitzen. Jedoch sollte der Winkel nicht größer als 15° sein.
Bevorzugt ist ein Winkelbereich zwischen 5° und 10°.
[0073] In einer zweiten Variante im Wechsel mit der ersten Variante oder alternativ weist ein Luftdüsen-Austrittsvektor einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 10° auf. Analog wird ein Winkel von zumindest 15° bevorzugt. Demgegenüber sollte der Winkel jedoch maximal 40°, bevorzugt maximal 30° betragen. Dabei sollte der zugehörige Brennstoffdüsen-Austrittsvektor einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 2,5° und von maximal 15° besitzen.
Bevorzugt wird ein Winkelbereich zwischen 5° und 10° vorgesehen.
[0074] Maßgeblich für die Erfindung ist die aufeinander zuweisende Ausrichtung der jeweils zueinander gehörigen Brennstoffdüsen-Austrittsvektoren und Luftdüsen-Austrittsvektoren. Hiermit einhergehend ist die Positionierung und Gestaltung der Brennstoffdüse und der zugehörigen Luftdüse von Bedeutung. Dabei sollte auch die Anordnung benachbarter Brennstoffdüsen und benachbarter Luftdüsen, die nicht zueinander zugeordnet sind, berücksichtigt werden. Sofern die Brennstoffdüsen auf einer Seite der Austrittsöffnung und die Luftdüsen auf anderer Seite der Austrittsöffnung angeordnet sind, so betrifft dieses den Abstand benachbarter Brennstoffdüsen respektive den Abstand benachbarter Luftdüsen. Sofern die Brennstoffdüsen und die Luftdüsen wechselnd angeordnet sind, so betrifft diese den Abstand zwischen jeweils benachbarter Brennstoffdüse und Luftdüse, welche nicht zueinander zugeordnet sind. In jedem Fall sollte der Abstand zumindest dem Düsenabstand entsprechen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn ein zumindest 1 ,5-facher Düsenabstand realisiert werden kann.
[0076] Es sind verschiedene Anordnungen der Brennstoffdüsen und der Luftdüsen bei der Austrittsöffnung einsetzbar. In einer ersten Ausführungsform werden alle Brennstoffdüsen und alle zugehörigen Luftdüsen innerhalb der Austrittsöffnung angeordnet. D.h. die Austrittsöffnung umgibt die Brennstoffdüsen und die Luftdüsen. In einer zweiten Ausführungsform gibt es einerseits die Möglichkeit zumindest einige der Luftdüsen innerhalb der Austrittsöffnung anzuordnen, während demgegenüber die zugehörigen Brennstoffdüsen außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet sind. Bevorzugt werden hierbei alle Luftdüsen innerhalb der Austrittsöffnung und alle zugehörigen Brennstoffdüsen außerhalb der Austrittsöffnung positioniert.
Die zweite Ausführungsform ermöglicht es anderseits zumindest einige der Brennstoffdüsen innerhalb der Austrittsöffnung anzuordnen, während demgegenüber die zugehörigen Luftdüsen außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet sind. Bevorzugt werden hierbei alle Brennstoffdüsen innerhalb der Austrittsöffnung und alle zugehörigen Luftdüsen außerhalb der Austrittsöffnung positioniert.
In einer dritten Ausführungsform werden alle Brennstoffdüsen und alle zugehörigen Luftdüsen außerhalb der Austrittsöffnung benachbart zu dieser angeordnet.
Der Dampfkanal und die Austrittsöffnung können verschiedenartig gestaltet sein. In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn der Wasserdampf (oder das sonstige verwendete Medium) ungefähr entlang der Mittelachse aus der Austrittsöffnung ausströmt. Entsprechend weist ein Dampf-Austrittsvektor einen Winkel relativ zur Mittelachse von maximal 10° auf. Je nach Anordnung der Brennstoffdüsen und der Luftdüsen und somit der hierfür erforderlichen Brennstoffführung und Luftführung ist es möglich, dass der Dampfkanal unterbrochen bzw. im Querschnitt eingeschränkt wird. Dabei sollte eine Behinderung der Strömung im Dampfkanal nach Möglichkeit vermieden werden. Weiterhin sollte darauf geachtet werden, dass im Umfang eine gleichmäßige Strömung gegeben ist.
Bei vorteilhafter Gestaltung strömt der Wasserdampf (oder sonstiges Medium) drallfrei aus der Austrittsöffnung.
(oo i Die Austrittsöffnung wird im einfachsten Fall in Form einer Kreisscheibe realisiert.
Zum einen kann es erforderlich sein, andere Elemente innerhalb der Austrittsöffnung zu positionieren. Zum anderen ist es von Vorteil, wenn die Austrittsöffnung einen Abstand zur Mittelachse aufweist. Somit ergibt sich im einfachsten Fall die Form eines Kreisringes.
[0085] Bei einer Austrittsöffnung in Form eines Kreisringes entspricht ein innerer Abstand zur Mittelachse dem kleinen Radius des Kreisringes. Analog entspricht ein äußerer Abstand zur Mittelachse dem großen Radius des Kreisringes.
|0036j Im Falle einer von einem Kreisring abweichenden Geometrie, z.B. aufgrund der Anordnung der Brennstoffdüsen oder der Luftdüsen, entspricht ein innerer Abstand dem über den Umfang gemittelten radialen Abstand zwischen dem Innenumfang (Umfang auf der zur Mittelachse weisenden Seite) der Austrittsöffnung und der Mittelachse. Analog entspricht ein äußerer Abstand dem über den Umfang gemittelten radialen Abstand zwischen dem Außenumfang (Umfang auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite) der Austrittsöffnung und der Mittelachse.
Grundsätzlich kann vorgesehen sein, dass die Austrittsöffnung nur einen kleinen Abstand zur Mittelachse und eine hierzu größere radiale Weite aufweist.
Bevorzugt wird jedoch eine Geometrie der Austrittsöffnung, bei der die Weite nicht größer ist als dessen Abstand zur Mittelachse. [0089] Im Fall eines Kreisrings ist vorteilhaft der innere Durchmesser der Austrittsöffnung zumindest halb so groß wie der äußere Durchmesser.
[0090] Im Fall einer abweichenden Geometrie entspricht hierbei vorteilhaft der gemittelte innere Abstand der Austrittsöffnung zur Mittelachse zumindest dem 0,5-Fachen des gemittelten äußeren Abstands der Austrittsöffnung zur Mittelachse. Besonders bevorzugt entspricht der innere Abstand zumindest dem 0,6-fachen äußeren Abstand.
[0091] Besonders bevorzugt sind die Brennstoffdüsen und Luftdüsen gegenüberliegend beim Rand einer ungefähr ringförmigen Austrittsöffnung angeordnet. Unter Berücksichtigung des Düsenabstandes ist es vorteilhaft, wenn die radiale Weite (Mittelwert bei nicht konstanter Weite über den Umfang) der Austrittsöffnung zumindest dem 0,6-fachen Düsenabstand entspricht. Bevorzugt wird hierbei eine radiale Weite von zumindest dem 0,7-fachen Düsenabstand.
[0092] Demgegenüber ist es vorteilhaft, wenn die radiale Weite der Austrittsöffnung höchstens dem 0,9-fachen Düsenabstand entspricht.
[0093] Naheliegend können bei vorteilhafter Größe der Austrittsöffnung nicht alle Brennstoffdüsen und Luftdüsen zugleich innerhalb der Austrittsöffnung und auch nicht alle außerhalb einer kreisförmigen Austrittsöffnung angeordnet werden.
[0094] Bevorzugt hierbei werden alle Luftdüsen auf der zur Mittelachse weisenden Seite außerhalb der Austrittsöffnung positioniert. Demgegenüber werden bevorzugt alle Brennstoffdüsen auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite außerhalb der Austrittsöffnung positioniert, dabei jedoch zumindest abschnittsweise in einem Kreis definiert von der größten radialen Ausdehnung der Austrittsöffnung.
KURZE DARSTELLUNG DER ZEICH NUNGEN
[0095] FIG 1 zeigt eine beispielhafte Ausführung für einen erfindungsgemäßen Brenner im Längsschnitt, bei dem Brennstoffdüsen und Luftdüsen innerhalb der Austrittsöffnung angeordnet sind. [0096] FIG 2 zeigt eine Ansicht auf den Brenner aus Fig. 1 von der Brennkammerseite.
[0097] FIG 3 zeigt eine Ansicht auf eine alternative Ausführungsform für einen erfindungsgemäßen Brenner von der Brennkammerseite, bei dem Brennstoffdüsen und Luftdüsen außerhalb der Austrittsöffnung angeordnet sind.
BESCH REI BU NG VON AUSFÜ H RU NGSFORM EN
[0098] In den Figuren 1 und 2 wird ein erstes Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Brenner 01 skizziert. Hierbei zeigt die Fig. 1 den Brenner 01 im Längsschnitt und die Fig. 2 den Brenner 01 in einer Ansicht auf die Brennkammerseite 20.
[0099] Der Brenner 01 erstreckt sich längs einer Mittelachse (nicht dargestellt) von einer ström aufwärtigen Anschlussseite 10 zu einer stromabwärtigen Brennkammerseite 20. Dabei weist der Brenner ein Gehäuse 02 auf, wobei in diesem Ausführungsbeispiel mittig im Brenner 02 ein Zünder 09 vorgesehen ist.
[0100] Weiterhin weist der Brenner 01 eine Dampfkammer 03 auf, über die 03 bestimmungsgemäß eine Zufuhr von Wasserdampf erfolgen kann. Hierbei ist auf der Anschlussseite 10 an der Dampfkammer 03 eine Dampfzufuhröffnung 04 vorhanden.
[0101] Auf der Brennkammerseite 20 endet die Dampfkammer 03 an der Austrittsöffnung 05, durch die 05 der Wasserdampf in die Brennkammer befördert werden kann. Dabei ist in diesem Beispiel vorgesehen, dass der Wasserdampfstrom ungefähr entlang der Mittelachse ohne Drall ausströmt.
[0102] Weiterhin weist der Brenner 01 eine Luftführung auf, mittels der Verbrennungsluft durch den Brenner 01 in den Brennraum befördert werden kann. Hierzu weist der Brenner 01 auf der Anschlussseite 10 einen Luftanschluss 14 auf, von dem aus über einen ringförmigen Luftverteiler 13 und mehreren im Umfang verteilten Luftkanälen 16 Verbrennungsluft, d.h. Sauerstoff, zu Luftdüsen 15 geführt werden kann. [0103] Die Luftdüsen 15 sind hierbei innerhalb der Austrittsöffnung 05 auf der zur Mittelachse weisenden Seite angeordnet. Diese 15 weisen einen Luftdüsen- Durchmesser 18 auf, wobei ein Luftdüsen-Grenzabstand 19 zwischen der Luftdüse 15 und der Austrittsöffnung 05 vorhanden ist. Der Luftdüsen- Grenzabstand 19 beträgt in diesem Beispiel ungefähr das 0,5-fache des Luftdüsen-Durchmessers 18.
[0104] Die Formgebung der Luftkanäle 16 und der Luftdüsen 15 führt zu einer gegenüber der Mittelachse geneigten Luftströmung aus den Luftdüsen 15. Hierzu wird ein Luftdüsen-Austrittsvektor 17 definiert, welche 17 in diesem Fall ungefähr 5° gegenüber der Mittelachse und hierbei von der Mittelachse wegweisend geneigt ist.
[0105] Weiterhin weist der Brenner 01 eine Brennstoffführung auf, mittels der Wasserstoff durch den Brenner 01 in den Brennraum befördert werden kann. Hierzu weist der Brenner 01 auf der Anschlussseite 10 einen Brennstoffanschluss 24 auf, von dem aus über einen ringförmigen Brennstoffverteiler 23 und mehreren im Umfang verteilten Brennstoffkanälen 26 Brennstoff, d.h. Wasserstoff, zu Brennstoffdüsen 25 geführt werden kann.
[0106] Die Brennstoffdüsen 15 sind hierbei innerhalb der Austrittsöffnung 05 auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite angeordnet. Diese 25 weisen einen Brennstoffdüsen-Durchmesser 28 auf, wobei ein Brennstoffdüsen-Grenzabstand 29 zwischen der Brennstoffdüse 25 und der Austrittsöffnung 05 vorhanden ist. Der Brennstoffdüsen-Grenzabstand 29 beträgt in diesem Beispiel ungefähr das 0,5-fache des Brennstoffdüsen-Durchmessers 28.
[0107] Die Formgebung der Brennstoffkanäle 26 und der Brennstoffdüsen 25 führt zu einer gegenüber der Mittelachse geneigten Brennstoffströmung aus den Brennstoffdüsen 25. Hierzu wird ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor 27 definiert, welche 27 in diesem Fall ungefähr 20° gegenüber der Mittelachse und hierbei zur Mittelachse weisend geneigt ist.
[0108] Dabei ist vorgesehen, dass jeweils ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor 27 und ein Luftdüsen-Austrittsvektor 17 aufeinander zuweisend ausgerichtet sind und sich an einem Treffpunkt 07 treffen (in diesem Ausführungsbeispiel direkt ohne Abstand zueinander).
[0109] Der Treffpunkt 07 ist hierbei mit einer Treffpunkt-Entfernung 06 von der Austrittsöffnung 05 beabstandet und befindet sich aufgrund der Lage und der Gestaltung der Brennstoffdüsen 25 und der Luftdüsen 15 innerhalb des Wasserdampfstroms aus der Austrittsöffnung 05.
[0110] Ein Düsenabstand 11 zwischen einer Brennstoffdüse 25 und der zugehörigen Luftdüse 15 definiert über den Brennstoffdüsen-Austrittsvektor 27 und den Luftdüsen-Austrittsvektor 17 die Treffpunkt-Entfernung 06.
[0111] Für ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brenners 51 wird in Figur 3 nur eine Ansicht auf die Brennkammerseite des Brenners 51 skizziert. Ansonsten kann der Brenner 51 analog dem vorherigen Beispiel gestaltet werden.
[0112] Wesentlich für dieses Ausführungsbeispiel ist die Verkleinerung der Austrittsöffnung 55 gegenüber dem vorherigen Beispiel. Hierzu wird den Zünder 09 umgebend eine Gehäuseblende 71 eingesetzt. Hieraus resultierend verringert sich die radiale Weite deutlich, wobei der Innendurchmesser der Austrittsöffnung 55 ungefähr 70% des Außendurchmessers der Austrittsöffnung 55 beträgt.
[0113] Hiermit einhergehend wird eine weiter Änderung gegenüber dem ersten Beispiel vorgenommen. Nunmehr liegen sowohl die Brennstofföffnungen 25 auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite außerhalb der Austrittsöffnung 55, als auch die Luftöffnungen 15 auf der zur Mittelachse weisenden Seite außerhalb der Austrittsöffnung 55 (nicht von der Austrittsöffnung 55 umgeben) liegen.

Claims

Ansprüche
1. Brenner (01 ,51 ) zur Verbrennung von Wasserstoff mit einer zentralen Mittelachse und einer stromaufwärtigen Anschlussseite (10) und einer stromabwärtigen Brennerkammerseite (20), umfassend
- eine Dampfkammer (03), welche (03) sich entlang der Mittelachse erstreckt und auf der Anschlussseite (10) eine Dampfzufuhröffnung (04) und auf der Brennerseite (20) eine Austrittsöffnung (05, 55) aufweist; und
- eine Luftführung, welche von einem Luftanschluss (14) über einen Luftverteiler (13) zu mehreren verteilt angeordneten Luftdüsen (15) führt, wobei die Luftdüsen (15,55) einen Luftdüsen-Austrittsvektor (17) definieren und einen Luftdüsen-Durchmesser (18) aufweisen; und
- eine Brennstoffführung, welche von einem Brennstoffanschluss (24) über einen Brennstoffverteiler (23) zu mehreren verteilt angeordneten Brennstoffdüsen (25,75) führt, wobei die Brennstoffdüsen (25) einen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) definieren und einen Brennstoffdüsen- Durchmesser (28) aufweisen; dadurch gekennzeichnet, dass die Luftdüsen (15,55) und die Brennstoffdüsen (25,75) außerhalb der Dampfkammer (03) und dabei innerhalb der Austrittsöffnung und/oder benachbart außerhalb der Austrittsöffnung (05, 65) angeordnet sind, wobei jeweils ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) und ein zugehöriger Luftdüsen-Austrittsvektor (17) aufeinander zuweisend ausgerichtet sind.
2. Brenner (01 ,51 ) nach Anspruch 1 , wobei die Luftdüsen und die Brennstoffdüsen beabstandet zueinander um die Mittelachse verteilt angeordnet sind.
3. Brenner (01 ,51 ) nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Luftdüsen-Grenzabstand (19) zwischen der Luftdüse (15,65) und der Austrittsöffnung (05,55) definiert ist; und/oder wobei ein Brennstoffdüsen-Grenzabstand (29) zwischen der Brennstoffdüse (25) und der Austrittsöffnung (05,55) definiert ist.
4. Brenner (01 ,51) nach Anspruch 3, wobei der Luftdüsen-Grenzabstand (19) zumindest das 0,2-fache des Luftdüsen-Durchmessers (18) beträgt; und/oder wobei der Brennstoffdüsen-Grenzabstand (29) zumindest das 0,2-fache des Brennstoffdüsen-Durchmessers (28) beträgt.
5. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei ein Treffpunkt (07) am kleinsten Abstand zwischen einem jeweiligen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) und einem zugehörigen Luftdüsen- Austrittsvektor (17) gegeben ist, welcher stromabwärts der Austrittsöffnung (05,55) angeordnet ist.
6. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Treffpunkt-Abstand als kleinsten Abstand zwischen einem jeweiligen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) und einem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor (17) gegeben ist, welcher höchstens das 0,5-fache der Summe aus Luftdüsen-Durchmesser (18) und Brennstoffdüsen-Durchmesser (28) beträgt.
7. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei zwischen dem Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) und dem zugehörigen Luftdüsen-Austrittsvektor (17) ein Winkel von zumindest 15°, insbesondere von zumindest 20°, und/oder von maximal 40°, insbesondere von maximal 30°, gebildet ist.
8. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Treffpunkt-Entfernung (06) von der Austrittsöffnung (05,55) zu einem Treffpunkt des kleinsten Abstandes zwischen dem jeweiligen Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) und dem zugehörigen Luftdüsen- Austrittsvektor (17) definiert ist, und wobei ein Düsenabstand (11) zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse
(25,75) und der Mitte einer zugehörigen Luftdüse (15,65) definiert ist; wobei die Treffpunkt-Entfernung (06) zumindest dem 1 ,5-fachen, insbesondere zumindest dem 2-fachen, und/oder höchstens dem 4-fachen, insbesondere höchstens dem 3,5-fachen, Düsenabstand (11 ) entspricht.
9. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zumindest einige der, insbesondere alle, Luftdüsen (15,65) auf der zur Mittelachse weisenden Seite und die jeweils zugehörigen Brennstoffdüsen
(25,75) auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite angeordnet sind; und/oder wobei zumindest einige der, insbesondere alle, Brennstoffdüsen auf der zur Mittelachse weisenden Seite und die jeweils zugehörigen Luftdüsen auf der von der Mittelachse wegweisenden Seite angeordnet sind.
10. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Düsenabstand (11) zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse
(25,75) und der Mitte einer zugehörigen Luftdüse (15,65) definiert ist; wobei der radiale Abstand zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse (25,75) und der Mitte einer zugehörigen Luftdüse (15,65) zumindest dem 0,5-fachen, insbesondere zumindest dem 0,75-fachen, Düsenabstand (11 ) entspricht.
11 . Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei zumindest ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) auf die Mittelachse zuweisend und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor (17) von der Mittelachse wegweisend ausgerichtet ist; und/oder wobei zumindest ein Luftdüsen-Austrittsvektor (17) auf die Mittelachse zuweisend und der zugehörige Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) von der Mittelachse wegweisend ausgerichtet ist.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , wobei ein Brennstoffdüsen-Austrittsvektor (27) einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 10°, insbesondere zumindest 15°, und von maximal 40°, insbesondere von maximal 30°, und der zugehörige Luftdüsen-Austrittsvektor (17) einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 2,5°, insbesondere von zumindest 5°, und von maximal 15°, insbesondere maximal 10°, besitzt; und/oder wobei ein Luftdüsen-Austrittsvektor (17) einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 10°, insbesondere zumindest 15°, und von maximal 40°, insbesondere von maximal 30°, und der zugehörige Brennstoffdüsen- Austrittsvektor (27) einen Winkel zur Mittelachse von zumindest 2,5°, insbesondere von zumindest 5°, und von maximal 15°, insbesondere maximal 10°, besitzt.
13. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Düsenabstand (11) zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse (25,75) und der Mitte einer zugehörigen Luftdüse (15,65) definiert ist; wobei der Abstand zu einer anderen nicht zugehörigen Brennstoffdüsen (25,75) und/oder Luftdüsen (15,65) zumindest dem 1 -fachen, insbesondere zumindest dem 1 ,5-fachen, Düsenabstand (11 ) beträgt.
14. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei alle Brennstoffdüsen (25) und alle zugehörigen Luftdüsen (15) innerhalb der Austrittsöffnung (05) angeordnet sind.
15. Brenner (51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei zumindest einige der Luftdüsen (15,65) innerhalb der Austrittsöffnung und die jeweils zugehörigen Brennstoffdüsen (25,75) außerhalb der Austrittsöffnung (05,55) angeordnet sind; und/oder wobei zumindest einige der Brennstoffdüsen (25,75) innerhalb der
Austrittsöffnung und die jeweils zugehörigen Luftdüsen (15,65) außerhalb der Austrittsöffnung (05,55) angeordnet sind.
16. Brenner (01 ,51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei alle Brennstoffdüsen (75) und alle zugehörigen Luftdüsen (65) außerhalb der Austrittsöffnung (55) angeordnet sind.
17. Brenner (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei ein Dampf-Austrittsvektor aus der Austrittsöffnung (05,55), insbesondere im Wesentlichen drallfrei, einen Winkel zur Mittelachse von maximal 10° besitzt.
18. Brenner (51 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei ein innerer Abstand der Austrittsöffnung (55) zur Mittelachse zumindest das 0,5-fache, insbesondere zumindest das 0,6-fache, eines äußeren Abstands der Austrittsöffnung (55) zur Mittelachse beträgt.
19. Brenner (51 ) nach Anspruch 18, wobei ein Düsenabstand (11 ) zwischen der Mitte einer Brennstoffdüse (75) und der Mitte einer zugehörigen Luftdüse (65) definiert ist; wobei die Austrittsöffnung (55) eine radiale Weite von zumindest dem 0,6-fachen, insbesondere zumindest dem 0,7-fachen, und/oder von maximal der 0,9-fachen Düsenabstand (11 ) aufweist.
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