WO2011023648A2 - Drallschaufel, brenner und gasturbine - Google Patents

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WO2011023648A2
WO2011023648A2 PCT/EP2010/062214 EP2010062214W WO2011023648A2 WO 2011023648 A2 WO2011023648 A2 WO 2011023648A2 EP 2010062214 W EP2010062214 W EP 2010062214W WO 2011023648 A2 WO2011023648 A2 WO 2011023648A2
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blade
manifold
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Mariano Cano Wolff
Andre Kluge
Tobias Krieger
Sascha Staring
Ulrich Wörz
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F23D2900/14021—Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Definitions

  • the present invention relates to a swirl blade, in particular for the burner in a gas turbine.
  • the invention relates to a burner and a gas turbine.
  • burners have been developed in recent years that have particularly low emissions of nitrogen oxides (NOx).
  • NOx nitrogen oxides
  • Such burners can be operated either selectively or in combination not only with one fuel, but also with different fuels, for example oil and natural gas, in order to increase the supply reliability and flexibility of the operation.
  • Such burners are for example in the
  • the burner described in EP 0 276 696 B1 is a hybrid burner for premixing operation with gas and / or oil, as it is used in particular for gas turbine plants.
  • the burner comprises a central fuel supply arrangement, in which also a pilot burner system is integrated, which is operable with gas and / or oil as a so-called diffusion burner or as a separate premix burner.
  • a pilot burner system is integrated, which is operable with gas and / or oil as a so-called diffusion burner or as a separate premix burner.
  • the possibility for feeding in inert materials is provided.
  • the central fuel supply assembly is surrounded by a main burner system having an air supply annular channel system with a swirler blading therein having a plurality of vanes and pre-mixing gas nozzles located upstream of the vanes.
  • inlet nozzles for oil in the area of the swirl vanes are present in the fuel supply arrangement, which allow premixing of the main air flow with oil.
  • the fuel gas can also be injected into the air duct through nozzle openings arranged in the swirl vanes themselves, as described, for example, in EP 0 580 683 B1.
  • a further gas injection through the blade should be used.
  • This additional gas injection should be controllable separately from the main gas stage, i.
  • an additional, second gas channel must be introduced into the central fuel supply device of the burner.
  • Object of the present invention is therefore to provide an advantageous swirl vane with a first gas injection and a further additional second gas injection available. It is a second object of the present invention to provide an advantageous burner. Another object is to provide an advantageous gas turbine.
  • the first object is achieved by a burner according to claim 1, the second object by a burner according to claim 8 and the further object by a gas turbine according to claim 9.
  • the dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
  • such a swirl blade according to the invention has a first gas injection and a further additional second gas injection, wherein the first nozzles are fed by a first manifold and the second nozzles from a second manifold, wherein the manifold in the swirl Schaufei is integrated.
  • the swirl vane and the fuel supply assembly which supplies fuel or a fuel mixture to the distribution pipes, have a fuel flow direction.
  • the swirl blade between the first distributor tube and the second distributor tube is designed divided into two blade halves.
  • Shovel halves can now be adjusted in their orientation again on the shims.
  • a separate fuel control via both independent distribution pipes is possible.
  • the split blade is simple and cheaper to manufacture.
  • the two blade halves preferably have a flow direction and are connected upstream to a first and a second fuel distributor channel, wherein the first and the second fuel distributor channel is arranged in a central fuel supply arrangement.
  • the swirl vane halves are arranged in an annular air channel for supplying combustion air.
  • the fuel from the first fuel distribution channel; In the second manifold of the fuel from the second fuel distribution channel are injected independently.
  • a different “staging" of the fuel of the fuel distributor channels and thus the swirl vane halves is possible. de when switching between full load and partial load or when rinsing beneficial because this way a completely separate fuel supply to a thermal stresses can be avoided and on the other hand switching can be accomplished much faster.
  • the swirl vane halves are disposed in an annular air passage for supplying combustion air surrounding the central fuel supply assembly, wherein the first fuel nozzles are fed from a first fuel distributor feed in the fuel supply assembly and the second fuel nozzles are fed from a second fuel distributor channel in the fuel supply assembly.
  • the fuel distributor feed comprises a flow direction and a feed pipe, which is connected downstream to one of the swirl vane halves and a ring attachment, wherein the supply pipe is connected upstream with the ring attachment, the ring attachment being upstream of the fuel distribution channel.
  • both blade halves have a fitting pin downstream and an associated sliding seat upstream.
  • the sliding seat projects upstream into the fuel supply arrangement at least partially.
  • the two blade halves are preferably only inserted into the fitting pins.
  • Thermal stresses can thus be avoided.
  • the life of the split swirl blade and thus of the entire burner is thereby substantially increased.
  • the two blade halves each have a nut with which the blade halves are tightened against the downstream boundary wall.
  • a swirl blade is preferably provided in a burner.
  • the burner is further provided in a gas turbine.
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a combustion chamber hub with two gas stages and an oil channel
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a swirl blade
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a split swirl blade according to the invention (cross section through the
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of a split swirl blade according to the invention (top view) in the hub
  • FIG. 6 shows a cross-section of a combustion chamber hub according to the invention with a ring attachment and split spin view
  • FIG. 1 shows a burner according to the invention in a highly schematic diagram.
  • the burner according to the invention which can optionally be used in conjunction with a plurality of similar burners, for example in the combustion chamber of a gas turbine plant, comprises an inner pilot burner system and a main burner system concentrically surrounding the pilot burner system. Both the pilot burner system and the main burner system may optionally be operated with gaseous and / or liquid fuels, such as natural gas or fuel oil.
  • the pilot burner system includes an inner oil supply passage 1 concentrically surrounded by an inner annular gas supply passage 3. This is in turn surrounded by an inner air supply channel or Inertstoffzubuchkanal 5 concentrically.
  • a suitable ignition system may be arranged in or on this air supply channel (not shown in the figure).
  • the pilot burner system has a combustion chamber 7 zuwerende outlet opening 9, in whose area a twist blading 11 is arranged in the air supply channel.
  • nozzle openings 13 gas from the inner Gaszuzen- channel 3 in the field of swirl blading or upstream of the
  • Swirl blading be injected into the air supply channel 5.
  • Oil from the oil supply channel can be injected by means of oil nozzles 15 downstream of the swirl blading into the supplied air or the supplied inert material.
  • the pilot burner system can be operated in a conventional manner with oil and / or gas as a diffusion burner, in which the fuel is injected directly into the flame.
  • a diffusion burner in which the fuel is injected directly into the flame.
  • the pilot burner system it is also possible to operate the pilot burner system as a premix burner, in which the fuel is thoroughly mixed with air before the mixture is fed to the flame.
  • the main burner system surrounding the pilot burner system comprises a radial outer air supply channel 17, also called an annular air channel, through which several swirl vanes 19 of a swirl blading extend. These swirl vanes 19 have first gas nozzles 21 and second gas nozzles 23, through the fuel gas can be injected into the air flowing through the radial air supply channel 17 air. In the air flowing through the air supply channel 17 air can also be injected by means of oil nozzles 25 oil. Although oil and oil nozzles are mentioned in the present exemplary embodiment, this should only be representative of suitable liquid fuels and corresponding nozzles.
  • the first gas nozzles 21 and second gas nozzles 23 located in the swirl vanes 19 and the oil nozzles 25 are supplied with fuel via a radially inner fuel supply arrangement, the so-called hub 27.
  • this first and second annular gas distribution channels 29 and 31 are arranged, which supply the gas nozzles 21 and 23 with gas.
  • Swirl vanes 19 and the fuel supply arrangement have a fuel flow direction 100. Furthermore, in the hub 27, an annular oil distribution channel 33 is arranged, which supplies the oil nozzles 25 with oil.
  • the gas distribution channels 29, 31 and the oil distribution channel 33 are supplied via Gaszuschreibka- channels 35, 37 or via an oil supply channel 39 with the appropriate fuel.
  • the gas supply channels 35, 37 supply the gas distribution channels 29, 31 with fuel.
  • For the oil supply channel 39 is a separate oil supply pipe 43 before.
  • Figure 2 shows a fuel hub 27 with the fuel distribution channel 29 and 31 with openings, which leads the fuel into the blade 19.
  • the two fuel distribution channels 29 and 31 are arranged substantially parallel and separated by a web 50.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a swirl blade 7 with two integrated gas stages B and D, which can be controlled independently of one another.
  • the swirl blade 19 has two gas distributor channels 29 and 31 which are independent of each other.
  • the one gas distribution channel 29 with the outlet nozzles 21, for example, for injecting a different medium of the medium D than the second gas distribution channels 31 via the outlet nozzles 23 (medium B) are used.
  • both media to be injected through the gas distribution channels 29 and 31 of the swirl vane 19 will be gaseous, eg, the one natural gas and the other coal gas.
  • these outlet nozzles 21 and / or 23 as needed
  • Inertstoff such as water vapor are injected.
  • the swirl blade 19 is configured with a first gas injection 21 and a further additional second gas injection 23.
  • the nozzles 21 are fed by a first distributor pipe 61 and the nozzles 23 by a second distributor pipe 65, wherein the distributor pipe 61, 65 is integrated in the swirl blade 19.
  • the swirl blade 19 between the first distributor pipe 61 and the second distributor pipe 65 is divided into two blade halves 19a, 19b (FIG. 4).
  • This has the advantage that the injections via the injection ports 21 and 23 are separately controllable.
  • a different "staging" is possible, and thus the channels 31 and 29 are separately controllable, which also has an advantageous effect on the service life, since the two channels 31 and 29 are now also controlled with regard to their thermal loads This is especially true when changing from
  • a split blade 19a, 19b is much faster and less expensive to manufacture than a double-action blade 51.
  • adjustment of the blade alignment of the two blade halves 19a, 19b via the shims is possible.
  • the blade halves 19a, 19b also have at the outer boundary wall 17b of the air supply channel 17 a fit, that is, a so-called fitting pin 90a, 90b and a sliding seat 85a, 85b, which is mounted so to speak in the hub 27 itself.
  • the two blade halves 19a, 19b are now thermally separately expandable, which also reduces stresses.
  • the two blade halves 19a, 19b are tightened against the outer boundary wall 17b with a nut 86a, 86b (FIG.
  • the hub 27 may include a supply tube 55 (FIGS. 6 and 7) connected downstream to one of the swirl vane halves 19 a (19 b) and a ring cap 60, with the supply tube 55 connected upstream to the ring cap 60, where Ring attachment 60 seen in the flow direction 100 seen the fuel distribution channel 31 (alternatively 29) is connected upstream.
  • a supply tube 55 FIGS. 6 and 7
  • the supply tube 55 connected upstream to the ring cap 60
  • Ring attachment 60 seen in the flow direction 100 seen the fuel distribution channel 31 (alternatively 29) is connected upstream.
  • the distribution channels 29 and 31 is formed as a feed tube 55.
  • the feed tube 55 discharges downstream into a manifold 61 (or alternatively 65). Upstream, the feed tube 55 is connected to the ring attachment 60. In this case, the ring attachment 60 is seen in the flow direction of the fuel distribution channel 31 (or alternatively 29) upstream. Thus, virtually the original fuel distribution channel 31 (or alternatively 29) is parallel to the supply pipe 55.
  • the ring attachment 60 is supplied with a separate pipe connection 75.
  • the original fuel distributor channel 31 (or alternatively 29) is supplied with another channel 80.
  • the two leading gas passages, namely the feed tube 55 with the ring attachment 60 and the original fuel distribution channel 31 (or alternatively 29) according to the invention spatially decoupled. Of the Ring attachment 60 acts to pull the high stresses out of hub 27 and distribute them evenly over the component. This results in a defusing of the installation space due to lower voltages.
  • the web 50 through which the fuel distribution channel 31 (or 29) and the supply pipe 55 are separated, may be made flexible.
  • the web 50 can be made of an elastic material. Additionally or alternatively, the web 50 can also act elastically by a corresponding geometry and thus compensate for stresses. This can e.g. be effected by a curved or corrugated web 50.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drallschaufel (19) mit einer ersten Gaseindüsung (21) und einer weiteren zusätzlichen zweiten Gaseindüsung (23), wobei die Düsen (21) von einem ersten Verteilerrohr (61) gespeist werden und die Düsen (23) von einem zweiten Verteilerrohr (65), wobei das Verteilerrohr (61, 65) in der Drallschaufel (19) integriert ist, wobei die Drallschaufel (19) zwischen den ersten Verteilerrohr (61) und zweiten Verteilerrohr (65) geteilt in zwei Schaufelhälften (19a, 19b) ausgeführt ist. Daneben betrifft die Erfindung einen Brenner und eine Gasturbine.

Description

Beschreibung
Drallschaufel, Brenner und Gasturbine Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drallschaufel insbesondere für den Brenner in einer Gasturbine. Daneben betrifft die Erfindung einen Brenner und eine Gasturbine.
Im Hinblick auf die weltweiten Bemühungen zur Senkung des Schadstoffausstoßes von Befeuerungsanlagen, insbesondere bei Gasturbinen, wurden in den letzten Jahren Brenner entwickelt, die besonders geringe Ausstöße an Stickoxiden (NOx) aufweisen. Dabei wird vielfach Wert darauf gelegt, dass solche Brenner jeweils nicht nur mit einem Brennstoff, sondern mög- liehst mit verschiedenen Brennstoffen, beispielsweise Öl und Erdgas wahlweise oder in Kombination betreibbar sind, um die Versorgungssicherheit und Flexibilität des Betriebs zu erhöhen. Solche Brenner sind beispielsweise in der
EP 0 276 696 Bl beschrieben.
Der in EP 0 276 696 Bl beschriebene Brenner ist ein Hybridbrenner für Vormischbetrieb mit Gas und/oder Öl, wie er insbesondere für Gasturbinenanlagen angewendet wird. Der Brenner umfasst eine zentrale Brennstoffzufuhranordnung, in die auch ein Pilotbrennersystem integriert ist, welches mit Gas und/oder Öl als ein sogenannter Diffusionsbrenner oder als gesonderter Vormischbrenner betreibbar ist. Zusätzlich ist die Möglichkeit zur Einspeisung von Inertstoffen vorgesehen. Die zentrale Brennstoffzufuhranordnung ist von einem Haupt- brennersystem umgeben, welches ein Luftzufuhr-Ringkanalsystem mit einer darin befindlichen Drallbeschaufelung mit einer Mehrzahl von Schaufeln und stromauf von den Schaufeln angeordneten Düsenrohren für den Vormischbetrieb mit Gas aufweist. Zusätzlich sind in der Brennstoffzufuhranordnung Ein- lassdüsen für Öl im Bereich der Drallbeschaufelung vorhanden, die eine Vormischung des Hauptluftstroms mit Öl ermöglichen. Statt wie in EP 0 276 696 Bl mittels stromauf von den Drallschaufeln gelegener Düsenrohre kann das Brenngas auch durch in den Drallschaufeln selbst angeordnete Düsenöffnungen in den Luftkanal eingedüst werden, wie dies beispielsweise in EP 0 580 683 Bl beschrieben ist.
Um die Kontrolle der Emissionen und der Verbrennungsstabilität zukünftig noch zu erhöhen, soll zusätzlich zu einer Gas- eindüsung durch die Schaufel wie in EP 0 580 683 Bl eine wei- tere Gaseindüsung durch die Schaufel genutzt werden. Diese zusätzliche Gaseindüsung soll separat von der Hauptgasstufe regelbar sein, d.h. es muss zusätzlich zu den bisher bestehenden Gas- und Ölkanälen ein zusätzlicher, zweiter Gaskanal in die zentrale Brennstoffzuführeinrichtung des Brenners ein- gebracht werden. Eine Schwierigkeit besteht nun darin, dass die Drallschaufel mit dem zusätzlichen Gaskanal die notwendigen Festigkeitskriterien erfüllt, und gleichzeitig eine lange Lebensdauer aufweist. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine vorteilhafte Drallschaufel mit einer ersten Gaseindüsung und einer weiteren zusätzlichen zweiten Gaseindüsung zur Verfügung zu stellen. Es ist eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brenner zur Verfügung zu stel- len. Eine weitere Aufgabe ist das Bereitstellen einer vorteilhaften Gasturbine.
Die erste Aufgabe wird durch einen Brenner nach Anspruch 1 gelöst, die zweite Aufgabe durch einen Brenner nach Anspruch 8 und die weitere Aufgabe durch eine Gasturbine nach Anspruch 9. Die abhängigen Ansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Dabei weist eine solche erfindungsgemäße Drallschaufel eine erste Gaseindüsung und eine weitere zusätzliche zweite Gaseindüsung auf, wobei die ersten Düsen von einem ersten Verteilerrohr gespeist werden und die zweiten Düsen von einem zweiten Verteilerrohr, wobei das Verteilerrohr in der Drall- schaufei integriert ist. Die Drallschaufel und die Brennstoffzufuhranordnung, die die Verteilerrohre mit Brennstoff oder einem Brennstoffgemisch versorgt, weisen eine Brennstoff-Strömungsrichtung auf.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass, wenn die Schaufeleindü- sung im unteren und im oberen Bereich gleich ausgeführt werden, sozusagen eine Doppelpassung geschaffen wird. Somit wäre auch die Einstellung der Schaufelausrichtung über den einen Drehpunkt z.B. mittels vorhandener Einstellscheiben nicht mehr möglich. Aufgrund mehrerer Eindüseachsen und der Doppelpassung ist nun kein echter Drehpunkt mehr vorhanden.
Erfindungsgemäß ist daher die Drallschaufel zwischen dem ers- ten Verteilerrohr und zweiten Verteilerrohr geteilt in zwei Schaufelhälften ausgeführt.
Dies hat den Vorteil, dass die Schaufel bzw. die beiden
Schaufelhälften jetzt in ihrer Ausrichtung wieder über die Einstellscheiben eingestellt werden können. Zusätzlich ist eine separate Brennstoffsteuerung über beide unabhängigen Verteilerrohre möglich. Auch ist die geteilte Schaufel einfach und kostengünstiger herzustellen. Bevorzugt weisen die beiden Schaufelhälften im Betrieb eine Strömungsrichtung auf und sind stromaufwärts jeweils mit einem ersten und einem zweiten Brennstoffverteilerkanal verbunden, wobei der erste und der zweite Brennstoffverteilerkanal in einer zentrale Brennstoffzufuhranordnung angeordnet ist. Die Drallschaufelhälften sind dabei in einem Ringluftkanal zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet.
Im ersten Verteilerrohr kann somit der Brennstoff aus dem ersten Brennstoffverteilerkanal; im zweiten Verteilerrohr der Brennstoff aus dem zweiten Brennstoffverteilerkanal unabhängig voneinander eingedüst werden. Somit ist ein unterschiedliches „Staging" des Brennstoffs der Brennstoffverteilerkanäle und damit der Drallschaufelhälften möglich. Dies ist gera- de beim Umschalten zwischen Volllast und Teillast oder beim Spülen von Vorteil, da hierdurch eine vollständig separate Brennstoffzufuhr zum einen thermische Spannungen vermieden werden können und zum anderen das Umschalten wesentlichen schneller bewerkstelligt werden kann.
Bevorzugt sind die Drallschaufelhälften in einem Ringluftkanal zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet, welcher die zentrale Brennstoffzufuhranordnung umgibt, wobei die ersten Brennstoffdüsen von einer ersten Brennstoffverteilerzufuhr in der Brennstoffzufuhranordnung gespeist werden und die zweiten Brennstoffdüsen von einem zweiten Brennstoffverteilerkanal in der Brennstoffzufuhranordnung gespeist werden. In bevorzugter Ausgestaltung umfasst weiterhin die Brenn- stoffverteilerzufuhr eine Strömungsrichtung und ein Zufuhrrohr, welches stromabwärts mit einer der Drallschaufelhälften verbunden ist sowie einen Ringaufsatz, wobei das Zufuhrrohr stromaufwärts mit dem Ringaufsatz verbunden ist, wobei der Ringaufsatz in Strömungsrichtung gesehen dem Brennstoffverteilerkanal vorgeschaltet ist.
Bevorzugt weisen beide Schaufelhälften stromabwärts einen Passzapfen und stromaufwärts einen dazugehörigen Schiebesitz auf. Dabei ragt der Schiebesitz stromaufwärts in die Brennstoffzufuhranordnung zumindest teilweise hinein. Dabei werden die beiden Schaufelhälften in die Passzapfen bevorzugt lediglich eingesteckt. Somit ist eine thermische Dehnung beider Schaufelhälften möglich. Thermische Spannungen können somit vermieden werden. Die Lebensdauer der geteilten Drallschaufel und somit des gesamten Brenners wird dadurch wesentlich erhöht.
In vorteilhafter Ausgestaltung weisen die beiden Schaufel- hälften jeweils eine Mutter auf, mit der die Schaufelhälften gegen die stromabwärtige Begrenzungswand festziehbar sind. Bevorzugt ist eine solche Drallschaufel in einem Brenner vorgesehen. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Brenner weiterhin in einer Gasturbine vorgesehen. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren . Darin zeigen
FIG 1 den erfindungsgemäßen Brenner in einer stark schematisierten Prinzipskizze, FIG 2 eine Prinzipdarstellung einer Brennkammer-Nabe mit zwei Gasstufen und einem Ölkanal,
FIG 3 eine Prinzipdarstellung einer Drallschaufel mit
zwei Gasstufen,
FIG 4 einen Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen geteilter Drallschaufel (Querschnitt durch die
Schaufel) in der Nabe, FIG 5 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen geteilter Drallschaufel (Draufsicht) in der Nabe,
FIG 6 einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Brennkammer-Nabe mit Ringaufsatz und geteilter Drallschau- fei,
FIG 7 eine Draufsicht auf einen Ringaufsatz mit geteilter
Drallschaufel . Nachfolgend wird mit Bezug auf Figur 1, die einen erfindungsgemäßen Brenner in einer stark schematisierten Prinzipskizze zeigt, das dem Brenner zugrunde liegende Konzept beschrieben. Der erfindungsgemäße Brenner, der ggf. in Verbindung mit mehreren gleichartigen Brennern beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage eingesetzt werden kann, umfasst ein inneres Pilotbrennersystem und ein das Pilotbrennersystem konzentrisch umgebendes Hauptbrennersystem. Sowohl Pilotbrennersystem als auch Hauptbrennersystem können wahlweise mit gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen, wie bspw. Erdgas oder Heizöl, betrieben werden. Das Pilotbrennersystem umfasst einen inneren Ölzufuhrkanal 1, der von einem inneren ringförmigen Gaszufuhrkanal 3 konzentrisch umgeben ist. Dieser ist wiederum von einem inneren Luftzufuhrkanal oder Inertstoffzufuhrkanal 5 konzentrisch umgeben. In oder an diesem Luftzufuhrkanal kann zudem ein ge- eignetes Zündsystem angeordnet sein (in der Figur nicht dargestellt) . Das Pilotbrennersystem weist eine einer Brennkammer 7 zuzuwendende Austrittsöffnung 9 auf, in deren Bereich eine Drallbeschaufelung 11 im Luftzufuhrkanal angeordnet ist. Mittels Düsenöffnungen 13 kann Gas aus dem inneren Gaszufuhr- kanal 3 im Bereich der Drallbeschaufelung oder stromauf der
Drallbeschaufelung in den Luftzufuhrkanal 5 eingedüst werden. Öl aus dem Ölzufuhrkanal kann mittels Öldüsen 15 stromab der Drallbeschaufelung in die zugeführte Luft bzw. den zugeführten Inertstoff eingedüst werden.
Das Pilotbrennersystem kann in an sich bekannter Weise mit Öl und/oder Gas als Diffusionsbrenner betrieben werden, in dem der Brennstoff direkt in die Flamme eingedüst wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, das Pilotbrennersystem als Vormischbrenner zu betreiben, in dem der Brennstoff gründlich mit Luft vermischt wird, bevor das Gemisch der Flamme zugeführt wird.
Das das Pilotbrennersystem umgebende Hauptbrennersystem um- fasst einen radialen äußeren Luftzufuhrkanal 17, auch Ringluftkanal genannt, durch den sich mehrere Drallschaufeln 19 einer Drallbeschaufelung erstrecken. Diese Drallschaufeln 19 weisen erste Gasdüsen 21 und zweite Gasdüsen 23 auf, durch die Brenngas in die durch den radialen Luftzufuhrkanal 17 einströmende Luft eingedüst werden kann. In die durch den Luftzufuhrkanal 17 strömende Luft kann mittels Öldüsen 25 zudem Öl eingedüst werden. Zwar ist im vorliegenden Ausfüh- rungsbeispiel von Öl und Öldüsen die Rede, jedoch soll dies lediglich stellvertretend für geeignete flüssige Brennstoffe und entsprechende Düsen stehen.
Die in den Drallschaufeln 19 befindlichen ersten Gasdüsen 21 und zweiten Gasdüsen 23 sowie die Öldüsen 25 werden über eine radial innen liegende Brennstoffzufuhranordnung, die sogenannte Nabe 27, mit Brennstoff versorgt. In dieser sind erste und zweite ringförmige Gasverteilerkanäle 29 und 31 angeordnet, die die Gasdüsen 21 bzw. 23 mit Gas versorgen. Die
Drallschaufeln 19 und die Brennstoffzufuhranordnung weisen eine Brennstoff-Strömungsrichtung 100 auf. Weiterhin ist in der Nabe 27 ein ringförmiger Ölverteilerkanal 33 angeordnet, der die Öldüsen 25 mit Öl versorgt. Die Gasverteilerkanäle 29, 31 sowie der Ölverteilerkanal 33 werden über Gaszufuhrka- näle 35, 37 bzw. über einen Ölzufuhrkanal 39 mit dem entsprechenden Brennstoff versorgt. Die Gaszufuhrkanäle 35, 37 versorgen die Gasverteilerkanäle 29, 31 mit Brennstoff. Für den Ölzufuhrkanal 39 liegt ein eigenes Ölzufuhrrohr 43 vor. Figur 2 zeigt eine Brennstoff-Nabe 27 mit den Brennstoffverteilerkanal 29 und 31 mit Öffnungen, welche den Brennstoff in die Schaufel 19 führt. Die beiden Brennstoffverteilerkanale 29 und 31 sind im Wesentlichen parallel angeordnet und durch einen Steg 50 getrennt.
Figur 3 zeigt eine Prinzipdarstellung einer Drallschaufel 7 mit zwei integrierten, unabhängig voneinander ansteuerbaren Gasstufen B und D. Die Drallschaufel 19 weist zwei voneinander unabhängige Gasverteilerkanäle 29 und 31 auf. Der eine Gasverteilerkanal 29 mit den Auslassdüsen 21 kann beispielsweise zum Eindüsen eines anderen des Mediums D als der zweite Gasverteilerkanäle 31 über die Auslassdüsen 23 (Medium B) verwendet werden. Vorzugsweise werden beide durch die Gasverteilerkanäle 29 und 31 der Drallschaufel 19 einzudüsenden Medien gasförmig sein, z.B. das Eine Erdgas und das Andere Kohlegas. Ebenso kann über diese Auslassdüsen 21 und/oder 23 bei Bedarf ein
Inertstoff wie etwa Wasserdampf eingedüst werden.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass mit einer doppelten, gleichen Ausführung der Schaufeleindüsung im oberen und unte- ren Bereich zwei Doppelpassungen 51 geschaffen werden, was dazu führt, dass die Schaufel 19 insbesondere die Schaufelausrichtung nicht mehr über diese Passungen 51, die zumindest eine Einstellscheibe umfassen können, einstellbar sind. Dies resultiert daraus, dass nun kein Drehpunkt (Angelpunkt) mehr vorhanden ist. Dabei kann als Drehpunkt vor allem die Eindüseachse gesehen werden. Aufgrund mehrerer Eindüseachsen und der Doppelpassung ist somit kein Drehpunkt mehr vorhanden.
Die Drallschaufel 19 ist mit einer ersten Gaseindüsung 21 und einer weiteren zusätzlichen zweiten Gaseindüsung 23 ausgestaltet. Dabei werden die Düsen 21 von einem ersten Verteilerrohr 61 gespeist und die Düsen 23 von einem zweiten Verteilerrohr 65, wobei das Verteilerrohr 61, 65 in der Drallschaufel 19 integriert ist.
Erfindungsgemäß ist nun die Drallschaufel 19 zwischen dem ersten Verteilerrohr 61 und dem zweiten Verteilerrohr 65 geteilt in zwei Schaufelhälften 19a, 19b ausgeführt (Fig.4). Dies hat den Vorteil, dass die Eindüsungen über die Eindüse- Öffnungen 21 und 23 getrennt steuerbar sind. Es ist somit ein unterschiedliches „Staging" möglich. Auch sind somit die Kanäle 31 und 29 getrennt steuerbar. Dies wirkt sich auch vorteilhaft auf die Lebensdauer aus, da die beiden Kanäle 31 und 29 nun auch im Hinblick auf ihre thermischen Belastungen ge- steuert werden können. Dies ist besonders beim Wechsel von
Teillast auf Volllast und umgekehrt vorteilhaft. Auch ist eine geteilte Schaufel 19a, 19b wesentlich schneller und kostengünstiger zu Fertigen als eine Schaufel mit Doppelpassung 51. Zudem ist eine Einstellung der Schaufelausrichtung der beiden Schaufelhälften 19a, 19b über die Einstellscheiben möglich. Die Schaufelhälften 19a, 19b weisen zudem an der äußeren Begrenzungswand 17 b des Luftzufuhrkanals 17 eine Passung, dass heißt, einen sogenannten Passzapfen 90a, 90b und einen Schiebesitz 85a, 85b auf, der sozusagen in der Nabe 27 selber angebracht wird. Durch die Passzapfen 90a, 90b und den Schiebe- sitz 85a, 85b sind die beiden Schaufelhälften 19a, 19b nun thermisch separat dehnbar, wodurch ebenfalls Spannungen reduziert werden. An der äußeren Begrenzungswand 17b des Luftzufuhrkanals 17 werden die beiden Schaufelhälften 19a, 19b mit einer Mutter 86a, 86b (FIg.5) gegen die äußeren Begrenzungs- wand 17b festgezogen.
Auch kann die Nabe 27 ein Zufuhrrohr 55 (Fig. 6 und 7) um- fasst, welches stromabwärts mit einer der Drallschaufelhälften 19a (19b) verbunden ist sowie einen Ringaufsatz 60, wobei das Zufuhrrohr 55 stromaufwärts mit dem Ringaufsatz 60 verbunden ist, wobei der Ringaufsatz 60 in Strömungsrichtung 100 gesehen dem Brennstoffverteilerkanal 31 (alternativ 29) vorgeschaltet ist. Somit wird quasi einer der Verteilerkanäle 29 bzw. 31 als Zufuhrrohr 55 ausgebildet.
Das Zufuhrrohr 55 mündet stromabwärts in ein Verteilerrohr 61 (bzw. alternativ 65). Stromaufwärts ist das Zufuhrrohr 55 mit dem Ringaufsatz 60 verbunden. Dabei ist der Ringaufsatz 60 in Strömungsrichtung gesehen dem Brennstoffverteilerkanal 31 (bzw. alternativ 29) vorgeschaltet. Somit ist quasi der ursprüngliche Brennstoffverteilerkanal 31 (bzw. alternativ 29) parallel zu dem Zufuhrrohr 55. Der Ringaufsatz 60 wird mit einem separaten Rohranschluss 75 versorgt. Der ursprüngliche Brennstoffverteilerkanal 31 (bzw. alternativ 29) wird mit ei- nem weiteren Kanal 80 versorgt. Somit werden die beiden führenden Gaspassagen, nämlich das Zufuhrrohr 55 mit dem Ringaufsatz 60 und der ursprüngliche Brennstoffverteilerkanal 31 (bzw. alternativ 29) erfindungsgemäß räumlich entkoppelt. Der Ringaufsatz 60 wirkt dahingehend, dass er die hohen Spannungen aus der Nabe 27 herauszieht und gleichmäßig über dem Bauteil verteilt. Dadurch ergibt sich eine Entschärfung des Bauraums durch niedrigere Spannungen.
Um eine zusätzliche Spannungsreduktion zu erhalten, kann der Steg 50, durch welchen der Brennstoffverteilerkanal 31 (bzw. 29) und das Zufuhrrohr 55 getrennt sind, flexible ausgeführt sein. Der Steg 50 kann dabei aus einem elastischen Werkstoff gefertigt sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Steg 50 aber auch durch eine entsprechende Geometrie elastisch wirken und somit Spannungen kompensieren. Dies kann z.B. durch einen gekrümmten oder gewellten Steg 50 bewirkt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Drallschaufel (19) mit einer ersten Gaseindüsung (21) und einer weiteren zusätzlichen zweiten Gaseindüsung (23), wobei die ersten Düsen (21) von einem ersten Verteilerrohr (61) gespeist werden und die zweiten Düsen (23) von einem zweiten Verteilerrohr (65), wobei das Verteilerrohr (61, 65) in der Drallschaufel (19) integriert ist,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Drallschaufel (19) zwischen dem ersten Verteilerrohr (61) und zweiten Verteilerrohr (65) geteilt in zwei Schaufelhälften (19a, 19b) ausgeführt ist.
2. Drallschaufel (19) nach Anspruch 1
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die beiden Schaufelhälften (19a, 19b) getrennt fertigbar sind.
3. Drallschaufel (19) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Drallschaufelhälften (19a, 19b) in einem Ringluftkanal (17) zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet sind, und im Betrieb eine Strömungsrichtung (100) aufweisen und stromaufwärts jeweils mit einem ersten Brennstoffverteilerkanal (29) und einem zweiten Brennstoffverteilerkanal (31) verbunden sind, wobei der erste und der zweite Brennstoffverteilerkanal (29, 31) in einer zentrale Brennstoffzufuhranordnung (27) angeordnet ist.
4. Drallschaufel (19) nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Drallschaufelhälften (19a, 19b) in einem Ringluftkanal (17) zur Zufuhr von Verbrennungsluft angeordnet sind, welcher die zentrale Brennstoffzufuhranordnung (27) umgibt, wobei die ersten Brennstoffdüsen (21) von einer ersten Brennstoffver- teilerzufuhr (29) in der Brennstoffzufuhranordnung (27) gespeist werden und die zweiten Brennstoffdüsen (23) von einem zweiten Brennstoffverteilerkanal (31) in der Brennstoffzufuhranordnung (27) gespeist werden.
5. Drallschaufel (19) nach Anspruch 4
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Brennstoffverteilerzufuhr (29) eine Strömungsrichtung (100) aufweist und ein Zufuhrrohr (55) umfasst, welches stromab- wärts mit einer der Drallschaufelhälften (19a, 19b) verbunden ist sowie einen Ringaufsatz (60), wobei das Zufuhrrohr (55) stromaufwärts mit dem Ringaufsatz (60) verbunden ist, wobei der Ringaufsatz (60) in Strömungsrichtung gesehen dem Brennstoffverteilerkanal (31) vorgeschaltet ist.
6. Drallschaufel (19) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s beide Schaufelhälften (19a, 19b) stromabwärts einen Passzapfen (90a, 90b) und stromaufwärts einen Schiebesitz (85a, 85b) aufweisen.
7. Drallschaufel (19) nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Schiebesitz (85a, 85b) stromaufwärts in die Brennstoffzufuhr- anordnung (27) zumindest teilweise hineinragt.
8. Drallschaufel (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die beiden Schaufelhälften (19a, 19b) jeweils eine Mutter (86a, 86b) aufweisen, mit der die Schaufelhälften (19a, 19b) gegen die stromabwärtige Begrenzungswand (17b) des Ringluftkanal (17) festziehbar sind.
9. Brenner mit einer Drallschaufel (19) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
10. Gasturbine mit wenigstens einem Brenner nach Anspruch 9.
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