EP1001216A1 - Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal - Google Patents

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Publication number
EP1001216A1
EP1001216A1 EP98121405A EP98121405A EP1001216A1 EP 1001216 A1 EP1001216 A1 EP 1001216A1 EP 98121405 A EP98121405 A EP 98121405A EP 98121405 A EP98121405 A EP 98121405A EP 1001216 A1 EP1001216 A1 EP 1001216A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fluid
channel
openings
disc
disk
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP98121405A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Tiemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to EP98121405A priority Critical patent/EP1001216A1/de
Publication of EP1001216A1 publication Critical patent/EP1001216A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/106—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour medium and fuel meeting at the burner outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel

Definitions

  • the invention relates to a device for introducing a Fluids in a channel, especially for the introduction of Fuel into an air duct.
  • the invention also relates an arrangement of several such devices.
  • EP 0 580 683 B1 shows a burner arrangement from a pilot burner system and a main burner system.
  • the pilot burner system consists of a central oil supply and a concentrically arranged around this inner gas supply channel. This in turn is surrounded by a concentrically arranged one inner air supply duct.
  • the central oil supply has an oil nozzle at its end.
  • the inner air supply duct has a swirl blading in its end region.
  • the main burner system consists of a concentric to the pilot burner system arranged and tapering towards this outer air supply ring duct system. Also this air supply ring duct system is equipped with a swirl blading.
  • the swirl blading consists of hollow blades with Outlet nozzles in the flow cross section of the air supply ring duct system. From these outlet nozzles fuel can over the Cross section of the ring channel system can be distributed.
  • the object of the invention is to provide a device for Introducing a fluid into a channel where the fluid initiated evenly distributed over the channel cross-section can be.
  • this object is achieved by a device for introducing a fluid into a channel, comprising one extended along a pane surface, transversely into the Channel-installable disc in which fluid paths run through which pane has openings in the pane surface, each fluid path fluidly with one of these Connections are connected and with each fluid path the fluid is feedable.
  • a flat body is closed here as a disc understand that of several parts, especially several Partial disks can be constructed.
  • the device in particular the disc, becomes transverse to the channel axis, the channel cross section covering, built into the channel.
  • the one to be initiated Fluid is fed into the fluid paths and thus gets into it Interior of the disc.
  • the fluid arrives from the fluid paths the openings.
  • the openings are made by one flowing in the channel Medium flows through.
  • an inlet of the fluid e.g. arranged in the channel hollow swirl blades or against an injection of the fluid in the channel is thus a significant one improved distribution of the fluid across the channel cross-section reached.
  • This is particularly advantageous for a burner where the fluid is fuel and the medium is combustion air is. Thanks to the improved fine distribution of Fuel in the combustion air results in an equalization of combustion temperatures during combustion. This has resulted in a reduction in nitrogen oxide emissions Consequence because the nitrogen oxide emission exponentially with the flame temperature increases.
  • the openings preferably lead perpendicular to the pane surface through the disc, with the fluid paths parallel to the disc surface run in the disc.
  • the fluid paths are preferred formed by drilling. This is manufacturing technology particularly easy. E.g. are over an edge of the disc evenly spaced leading radially inside the disc Drilled holes in the disc. The edge can be a outer edge, but also an inner edge, being in the latter If the disc is preferably in the form of a ring having.
  • the openings are also preferred cut the bores of the fluid paths and thereby fluidically associated with them.
  • the flow paths preferably run in a chamber.
  • the disc is at least partially hollow, so that the Chamber is formed by the cavity.
  • the chamber can too formed by spaced disks arranged one above the other his.
  • the disk is preferably constructed from partial disks, further preferably from two dividing disks.
  • a A large number of grooves are made on the first side of the system, these grooves forming the fluid paths. It can additionally grooves are also made in the second side of the system be, preferably directly opposite the grooves in the first side.
  • the first and the second partial disk are preferred with one another welded, especially friction welded. Are preferred the grooves are milled or turned.
  • the device for introduction of the fluid is particularly easy to manufacture in this way.
  • the disk preferably has a center, at least part of the fluid paths in a straight direction on the Center is directed.
  • the disk is preferably one Circular disc.
  • the disk is preferably ring-shaped.
  • each Side path opens into one of the openings.
  • the fluid is at this embodiment introduced into the fluid paths, branches into the byways and then exits through the openings.
  • the device is preferably in an air duct Arranged burner, wherein the fluid is fuel. Further the burner is preferably designed for a gas turbine, in particular for a stationary gas turbine. Here is the burner preferably a hybrid burner, constructed from a diffusion burner and a premix burner, the device preferably in an air duct of the diffusion burner is arranged. It is conceivable to use the invention in applications where there is an even initiation of a Fluid arrives in a channel, especially if it is at the same time a good mixing of the fluid with one in the Channel flowing medium is desired.
  • a hybrid burner is in a premix mode or in one Diffusion operation operable.
  • Combustion air is used in the premix mode and fuel initially intimately mixed and then burned. At low loads, this is lean combustion not stable. In this case the diffusion operation used. This is where fuel and combustion air essentially mixed only during combustion.
  • the uniform distribution achieved by the device of fuel across a cross section of the air duct in particular a reduction in nitrogen oxide emissions Episode.
  • the openings penetrating the disc each have one Cross-sectional area.
  • the cross-sectional area is preferred a first opening smaller than that of a second opening, the first opening being a greater distance from the outside Edge of the disc has as the second opening.
  • the openings are circular holes.
  • the openings can e.g. arranged along straight lines equally spaced from each other that lead outwards from the center of the disc, where the diameter is closer to the center Openings is smaller than the diameter of further from Openings located at the center.
  • each device a different fluid can be supplied.
  • different fluids can flow evenly into the channel, simultaneously or one after the other.
  • E.g. can one Burners over one of the oil devices and over another Device gas can be supplied. It can also be water or a water / oil emulsion for nitrogen oxide reduction via a of the devices are initiated.
  • the individual devices can be in immediate succession, but also from each other spaced apart.
  • Figure 1 shows, broken away, a perspective View of a device 1 for introducing a fluid 24 into a channel 34.
  • a disc 2 arranged in the channel 34 is transverse to the direction of its expansion a disc 2 arranged.
  • the disc 2 is designed as a circular disc and covers the entire channel cross-section.
  • the disk 2 is along a disk surface 4 extended. Lead from an outer edge 4A of the disc 2
  • Fluid paths 15 designed as bores radially and parallel to the pane surface 4 inside the pane 2, in the direction at its center 2A.
  • Perpendicular to the pane surface 4 the disk 2 of openings 19 designed as bores enforced.
  • the openings 19 are over the disc surface 4 evenly distributed.
  • Each fluid path 15 is at least cut an opening 19 so that this fluid path 15th is fluidically connected to the opening 19.
  • the disc 2 is installed transversely in a channel (see figure 4).
  • a medium 20 flowing in the channel flows through the openings 19.
  • a fluid 24 is via the fluid paths 15 in the Disc 2 initiated. It branches into the openings 19 and emerges from these into channel 34. This mixes up the fluid 24 with the medium 20. Evenly over the multitude distributed openings 19 is a very good uniform distribution of the fluid 24 reached over the channel cross section.
  • each of the openings 19 represents a mixing section, in which the medium 20 is intimately mixed with the fluid 24.
  • Figure 2 shows a longitudinal section through a disc 2 for one Device 1 for introducing a fluid 24 into a Channel 34.
  • a chamber 15A Inside the disc 2 is a chamber 15A, limited by an upper pane part 2O and a lower pane part 2U in which the fluid paths 15 run. Vertical through as in the embodiment according to FIG 19. Fluid 24 exits chamber 15A via Openings 19 from.
  • Support elements 16 for stabilizing the Disk 2 connect the upper pane part 2O to the lower pane part 2U. By suitably designing the support elements 16 can also achieve channel formation for the fluid paths 15 become.
  • FIG. 3 shows a top view of a pane 2 of a device 1 for introducing a fluid 24 into a channel.
  • the Disk 2 is composed of a first partial disk 3 and a second indexing disc 9.
  • the first indexing disc 3 and the second partial disk 9 are annular.
  • the first disc 3 has a first, outer edge 5 and a first Appendix page 7 on.
  • the first one is graduated disc 3 shown transparently.
  • the first disc 3 lies with the first plant side 7 concentrically of the second partial disk 9.
  • the second partial disk 9 has one second, outer edge 11 and a second contact side 13 on.
  • the first partial disk 3 and the second partial disk 9 are with the first investment page 7 and the second investment page 11 on top of each other.
  • the first partial disk is preferred 3 and the second partial disk 9 friction welded together.
  • the first partial disk 3 and the second partial disk 9 are mutually concentric around a common center point 2A.
  • grooves 15 are milled, which form the fluid paths 15. These lead in a straight direction from the first edge 5 in Direction to the center point 2A.
  • concentric circles 17a, 17b and 17c become the Grooves 15 cut perpendicularly from secondary grooves 21.
  • the diameter of the first circle 17a is larger than the diameter of the second circle 17b and this in turn larger than that Diameter of the third circle 17c.
  • Each secondary groove 21 opens into an opening 19a, 19b, 19c.
  • These openings are also arranged along the circles 17a, 17b, 17c and lead perpendicular to the disk surface 4 through the dividing disks 3.9.
  • the openings 19a, 19b, 19c are circular bores.
  • the Diameter of the openings 19a along the first circle 17a are larger than the diameter of the openings 19b along the second circle 17b.
  • the diameters of the openings 19b along of the second circle are again larger than the diameter the openings 19c along the third circle 17c.
  • the second partial disk 9 is somewhat larger than the first partial disk 3.
  • the material to be introduced into the channel 34 passes through the annular gap 23 Fluid 24 in the grooves 15. Branched from the grooves 15 the fluid 24 into the secondary grooves 21. From the secondary grooves 21 the fluid 24 flows into the openings 19a, 19b, 19c.
  • a medium 20 (see FIG. 2), which has a channel 34 (see FIG. 2) flows through, in which the device 1 is installed, also flows through the openings 19a, 19b, 19c and mixed there with the fluid 24. Through the device 1 This results in a particularly good distribution of the fluid 24 across the cross section of the channel 34.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section through a hybrid burner 30 for a gas turbine, not shown.
  • a fuel lance 31 is from a channel 34 for guiding combustion air surrounded concentrically.
  • the fuel lance 31 and the channel 34 form a diffusion burner 33.
  • the diffusion burner 33 in turn is from an annular channel-shaped premix burner 35 surround.
  • In the channel 34 of the diffusion burner 33 is one Device 1 installed according to Figure 1.
  • the fuel lance 31 opens into the central opening 14 of the device 1 annular gap-shaped attachment channel 25, the annular gap 23 fluid 24, here fuel 24, in particular natural gas or petroleum.
  • Combustion air flows through the ring channel 34. This passes through the device 1 via the openings 19a, 19b, 19c through.
  • FIG two devices 1A and 1B An arrangement 1C is shown in a longitudinal section in FIG two devices 1A and 1B are shown.
  • the first device 1A corresponds to the device symmetrical about an axis 40 1A.
  • Above the first device 1A is concentric to the axis 40 a second device 1B is arranged.
  • This has openings 19D, 19E, 19F with the openings 19A, 19B, 19C of the first device 1A are aligned.
  • the second device 1B secondary grooves 21B, which in turn with Communicate grooves 15B.
  • the grooves 15B are in a first contact side 7B of a first partial disk 3B of the second device 1B milled.
  • a second investment page 13B is through the Rear side of the first partial disk 3A of the first device 1A formed, that is, the first disc 3A of the first device 1A and a second partial disk 9B of the second device 1B are designed as a one-piece component.
  • the Grooves 15B lead radially from an inner edge 5B of the first graduated disc 3B straight through the first contact side 7B.
  • An annular channel shaped, directed along axis 40 and approach channel 25B arranged on the inner edge 5B communicates with grooves 15B.
  • the arrangement 1C can be supplied with two different fluids 24A, 24B.
  • the first device 1A becomes like FIG. 1 explains the first fluid 24A supplied via the attachment channel 25A.
  • the second device 1B becomes the second fluid 24B supplied via the approach channel 24B.
  • the first fluid 24A occurs out of the openings 19A, 19B, 19C and the second fluid 24B openings 19D, 19E, 19F.
  • Arrangement 1C e.g. in a burner 30 (see FIG. 2) evenly distributed different types of fuel or e.g. also fuel and water in an air duct at the same time be initiated.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Einleitung eines Fluides (24), insbesondere Brennstoff, in einen Kanal (34), insbesondere in einen Luftkanal. Über Fluidwege (15) in einer quer zum Kanal (34) angeordneten Scheibe (2) gelangt das Fluid (24) zu senkrecht durch die Scheibe (2) führenden Öffnungen (19) und tritt dort gemeinsam mit einem durch den Kanal (34) strömenden Medium (20) aus. Es ergibt sich eine gleichmäßige Einleitung des Fluides (24) über den Kanalquerschnitt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal, insbesondere zur Einleitung von Brennstoff in einen Luftkanal. Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung aus mehreren solchen Vorrichtungen.
Die EP 0 580 683 B1 zeigt eine Brenneranordnung aus einem Pilotbrennersystem und einem Hauptbrennersystem. Das Pilotbrennersystem besteht aus einer zentralen Ölzuführung und einem konzentrisch um diesen herum angeordneten inneren Gaszufuhrkanal. Dieser wiederum ist umgeben von einem konzentrisch angeordneten inneren Luftzufuhrkanal. Die zentrale Ölzuführung weist an ihrem Ende eine Öldüse auf. Der innere Luftzufuhrkanal weist in seinem Endbereich eine Drallbeschaufelung auf. Das Hauptbrennersystem besteht aus einem konzentrisch zum Pilotbrennersystem angeordneten und schräg auf dieses zulaufenden äußeren Luftzufuhrringkanalsystem. Auch dieses Luftzufuhrringkanalsystem ist mit einer Drallbeschaufelung versehen. Die Drallbeschaufelung besteht aus Hohlschaufeln mit Auslaßdüsen im Strömungsquerschnitt des Luftzufuhrringkanalsystems. Aus diesen Auslaßdüsen kann Brennstoff über den Querschnitt des Ringkanalsystems verteilt eingelassen werden.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal, bei der das Fluid gleichmäßig verteilt über den Kanalquerschnitt eingeleitet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal, umfassend eine entlang einer Scheibenfläche ausgedehnte, quer in den Kanal einbaubare Scheibe, in der Fluidwege verlaufen, durch welche Scheibe Öffnungen in der Scheibenfläche hindurch führen, wobei jeder Fluidweg strömungstechnisch mit einer dieser Öffnungen verbunden ist und wobei jedem Fluidweg das Fluid zuleitbar ist.
Als eine Scheibe ist hier ein flächig ausgedehnter Körper zu verstehen, der auch aus mehreren Teilen, insbesondere mehreren Teilscheiben aufgebaut sein kann. Die Vorrichtung, insbesondere die Scheibe, wird quer zur Kanalachse, den Kanalquerschnitt überdeckend, in den Kanal eingebaut. Das einzuleitende Fluid wird den Fluidwegen zugeführt und gelangt so ins Innere der Scheibe. Von den Fluidwegen gelangt das Fluid zu den Öffnungen. Die Öffnungen werden von einem im Kanal strömenden Medium durchströmt. Das Fluid tritt aus den Öffnungen in das Medium aus. Durch die Vielzahl von Öffnungen und Fluidwegen, die vorzugsweise entlang der Scheibenfläche gleichmäßig verteilt sind, wird Fluid gleichmäßig über den Kanalquerschnitt in das Medium eingeleitet.
Gegenüber einem Einlaß des Fluides z.B. aus in dem Kanal angeordneten hohlen Drallschaufeln oder gegenüber einem Einspritzen des Fluides in den Kanal wird somit eine erheblich verbesserte Verteilung des Fluides über den Kanalquerschnitt erreicht. Dies ist insbesondere bei einem Brenner von Vorteil, bei dem das Fluid Brennstoff und das Medium Verbrennungsluft ist. Durch die verbesserte Feinverteilung von Brennstoff in der Verbrennungsluft ergibt sich eine Vergleichmäßigung von Verbrennungstemperaturen bei der Verbrennung. Dies hat eine Reduktion von Stickoxidemissionen zur Folge, da die Stickoxidemission exponentiell mit der Flammentemperatur ansteigt. Darüber hinaus ergibt sich eine gute Durchmischung des Fluides mit dem Medium durch über die Öffnungen gebildete Mischstrecken. Diese gute Durchmischung hat in einem Brenner ebenfalls günstige Auswirkungen auf Stickoxidemissionen.
Bevorzugt führen die Öffnungen senkrecht zur Scheibenfläche durch die Scheibe, wobei die Fluidwege parallel zur Scheibenfläche in der Scheibe verlaufen. Vorzugsweise sind die Fluidwege durch Bohrungen gebildet. Dies ist fertigungstechnisch besonders einfach. Z.B. werden über einen Rand der Scheibe gleichmäßig beabstandet radial ins Innere der Scheibe führende Bohrungen in die Scheibe eingebracht. Der Rand kann ein äußerer Rand, aber auch ein innerer Rand sein, wobei im letzteren Fall die Scheibe vorzugsweise die Form eines Ringes aufweist. Bevorzugt sind auch die Öffnungen Bohrungen, die die Bohrungen der Fluidwege schneiden und dadurch strömungstechnisch mit diesen verbunden sind.
Bevorzugtermaßen verlaufen die Strömungswege in einer Kammer. Die Scheibe ist dabei zumindest teilweise hohl, so daß die Kammer durch den Hohlraum gebildet wird. Die Kammer kann auch durch übereinander angeordnete, beabstandete Teilscheiben gebildet sein.
Bevorzugt ist die Scheibe aus Teilscheiben aufgebaut, weiter bevorzugt aus zwei Teilscheiben. Vorzugsweise sind eine erste Teilscheibe mit einer ersten Anlageseite und eine zweite Teilscheibe mit einer zweiten Anlageseite vorgesehen, wobei die erste Teilscheibe und die zweite Teilscheibe mit ihrer jeweiligen Anlageseite aufeinander angeordnet sind. Eine Vielzahl von Nuten sind in der ersten Anlageseite eingebracht, wobei diese Nuten die Fluidwege bilden. Es können zusätzlich auch Nuten in der zweiten Anlageseite eingebracht sein, vorzugsweise den Nuten in der ersten Seite direkt gegenüberliegend.
Bevorzugt sind die erste und die zweite Teilscheibe miteinander verschweißt, insbesondere reibverschweißt. Bevorzugt sind die Nuten gefräst oder gedreht. Die Vorrichtung zur Einleitung des Fluides ist auf diese Weise besonders einfach herstellbar.
Bevorzugt weist die Scheibe einen Mittelpunkt auf, wobei zumindest ein Teil der Fluidwege in gerader Richtung auf den Mittelpunkt gerichtet ist. Bevorzugt ist die Scheibe eine Kreisscheibe. Bevorzugtermaßen ist die Scheibe ringförmig.
Weiter bevorzugt ist zumindest ein Teil der Fluidwege jeweils mit einem Nebenweg strömungstechnisch verbunden, wobei jeder Nebenweg in eine der Öffnungen mündet. Das Fluid wird bei dieser Ausgestaltung in die Fluidwege eingeleitet, verzweigt in die Nebenwege und tritt dann über die Öffnungen aus.
Bevorzugtermaßen ist die Vorrichtung in einem Luftkanal eines Brenners angeordnet, wobei das Fluid Brennstoff ist. Weiter bevorzugt ist der Brenner für eine Gasturbine ausgelegt, insbesondere für eine stationäre Gasturbine. Dabei ist der Brenner vorzugsweise ein Hybridbrenner, aufgebaut aus einem Diffusionsbrenner und einem Vormischbrenner, wobei die Vorrichtung vorzugsweise in einem Luftkanal des Diffusionsbrenners angeordnet ist. Denkbar ist ein Einsatz der Erfindung bei Anwendungen, bei denen es auf eine gleichmäßige Einleitung eines Fluides in einen Kanal ankommt, insbesondere wenn gleichzeitig eine gute Durchmischung des Fluides mit einem in dem Kanal strömenden Medium gewünscht ist.
Ein Hybridbrenner ist in einem Vormischbetrieb oder in einem Diffusionsbetrieb betreibbar. Im Vormischbetrieb werden Verbrennungsluft und Brennstoff zunächst innig vermischt und dann verbrannt. Bei niedrigen Lasten ist diese magere Verbrennung nicht stabil. In diesem Fall wird der Diffusionsbetrieb eingesetzt. Hier werden Brennstoff und Verbrennungsluft im wesentlichen erst bei der Verbrennung gemischt.
Die durch die Vorrichtung erreichte gleichmäßige Verteilung von Brennstoff über einen Querschnitt des Luftkanals hat insbesondere eine Verringerung von Stickoxidemissionen zur Folge.
Die die Scheibe durchsetzenden Öffnungen weisen jeweils eine Querschnittsfläche auf. Bevorzugt ist die Querschnittsfläche einer ersten Öffnung kleiner als die einer zweiten Öffnung, wobei die erste Öffnung einen größeren Abstand zum äußeren Rand der Scheibe aufweist, als die zweite Öffnung. Vorzugsweise sind die Öffnungen Kreisbohrungen. Die Öffnungen können z.B. entlang von zueinander gleichbeabstandeten Geraden angeordnet sein, die vom Mittelpunkt der Scheibe nach außen führen, wobei der Durchmesser von näher am Mittelpunkt liegenden Öffnungen kleiner ist, als der Durchmesser von weiter vom Mittelpunkt entfernt liegenden Öffnungen .
Vorzugsweise werden mindestens zwei im Kanal hintereinander angeordnete Vorrichtungen verwendet, wobei jeder Vorrichtung ein unterschiedliches Fluid zuführbar ist. Auf diese Weise können verschiedene Fluide gleichmäßig in den Kanal, gleichzeitig oder nacheinander, eingeleitet werden. Z.B. können einem Brenner über eine der Vorrichtungen Öl und über eine andere Vorrichtung Gas zugeführt werden. Es kann auch Wasser oder eine Wasser/Öl-Emulsion zur Stickoxidreduktion über eine der Vorrichtungen eingeleitet werden. Die einzelnen Vorrichtungen können unmittelbar hintereinander, aber auch voneinander beabstandet angeordnet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen teilweise schematisch und nicht maßstäblich:
Figur 1
eine Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal in einer perspektivischen Ansicht.
Figur 2
eine Scheibe einer Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal in einem Längsschnitt.
Figur 3
eine Scheibe einer Vorrichtung zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal in einer Aufsicht.
Figur 4
einen Längsschnitt durch einen Hybridbrenner und
Figur 5
einen Längsschnitt durch eine Anordnung von zwei hintereinander liegenden Vorrichtungen zur Einleitung eines Fluides in einen Kanal.
Gleiche Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung.
Figur 1 zeigt, aufgebrochen dargestellt, eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung 1 zur Einleitung eines Fluides 24 in einen Kanal 34. In dem Kanal 34 ist quer zu dessen Ausdehnungsrichtung eine Scheibe 2 angeordnet. Die Scheibe 2 ist als Kreisscheibe ausgeführt und überdeckt den gesamten Kanalquerschnitt. Die Scheibe 2 ist entlang einer Scheibenfläche 4 ausgedehnt. Von einem äußeren Rand 4A der Scheibe 2 führen als Bohrungen ausgeführte Fluidwege 15 radial und parallel zur Scheibenfläche 4 ins Innere der Scheibe 2, in Richtung auf deren Mittelpunkt 2A. Senkrecht zur Scheibenfläche 4 wird die Scheibe 2 von als Bohrungen ausgeführten Öffnungen 19 durchsetzt. Die Öffnungen 19 sind dabei über die Scheibenfläche 4 gleichmäßig verteilt. Jeder Fluidweg 15 wird von zumindest einer Öffnung 19 geschnitten, so daß dieser Fluidweg 15 strömungstechnisch mit der Öffnung 19 in Verbindung steht.
Die Scheibe 2 wird quer in einen Kanal eingebaut (s. Figur 4). Ein im Kanal strömendes Medium 20 strömt durch die Öffnungen 19. Ein Fluid 24 wird über die Fluidwege 15 in die Scheibe 2 eingeleitet. Es verzweigt in die Öffnungen 19 und tritt aus diesen in den Kanal 34 aus. Dabei vermischt sich das Fluid 24 mit dem Medium 20. Über die Vielzahl gleichmäßig verteilter Öffnungen 19 wird eine sehr gute Gleichverteilung des Fluides 24 über den Kanalquerschnitt erreicht. Gleichzeitig stellt jede der Öffnungen 19 eine Mischstrecke dar, in der das Medium 20 mit dem Fluid 24 innig vermischt wird.
Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Scheibe 2 für einer Vorrichtung 1 zur Einleitung eines Fluides 24 in einen Kanal 34. Innerhalb der Scheibe 2 liegt eine Kammer 15A, begrenzt durch ein Scheibenoberteil 2O und ein Scheibenunterteil 2U, in der die Fluidwege 15 verlaufen. Senkrecht durch die Scheibe 2 führen wie in der Ausführung gemäß Figur 1 Öffnungen 19. Aus der Kammer 15A tritt das Fluid 24 über die Öffnungen 19 aus. Stützelemente 16 zur Stabilisierung der Scheibe 2 verbinden das Scheibenoberteil 2O mit dem Scheibenunterteil 2U. Durch geeignete Ausbildung der Stützelemente 16 kann auch eine Kanalbildung für die Fluidwege 15 erreicht werden.
Figur 3 zeigt eine Aufsicht auf eine Scheibe 2 einer Vorrichtung 1 zur Einleitung eines Fluids 24 in einen Kanal. Die Scheibe 2 ist aufgebaut aus einer ersten Teilscheibe 3 und einer zweiten Teilscheibe 9. Die erste Teilscheibe 3 und die zweite Teilscheibe 9 sind kreisringförmig. Die erste Teilscheibe 3 weist einen ersten, äußeren Rand 5 und eine erste Anlageseite 7 auf. Zur besseren Veranschaulichung ist die erste Teilscheibe 3 durchsichtig dargestellt. Die erste Teilscheibe 3 liegt mit der ersten Anlageseite 7 konzentrisch auf der zweiten Teilscheibe 9. Die zweite Teilscheibe 9 weist einen zweiten, äußeren Rand 11 und eine zweite Anlageseite 13 auf. Die erste Teilscheibe 3 und die zweite Teilscheibe 9 liegen mit der ersten Anlageseite 7 und der zweiten Anlageseite 11 aufeinander. Vorzugsweise sind die erste Teilscheibe 3 und die zweite Teilscheibe 9 miteinander reibverschweißt. Die erste Teilscheibe 3 und die zweite Teilscheibe 9 sind zueinander konzentrisch um einen gemeinsamen Mittelpunkt 2A. Um den Mittelpunkt 2A konzentrisch führt durch die erste Teilscheibe 3 und die zweite Teilscheibe 9 eine kreisförmige Zentralöffnung 14 hindurch. In die erste Anlageseite 7 der Teilscheibe 3 sind Nuten 15 eingefräst, die die Fluidwege 15 bilden. Diese führen in gerader Richtung vom ersten Rand 5 in Richtung auf den Mittelpunkt 2A. Entlang dreier, um den Mittelpunkt 2A konzentrischer Kreise 17a, 17b und 17c werden die Nuten 15 senkrecht von Nebennuten 21 geschnitten. Der Durchmesser des ersten Kreises 17a ist größer als der Durchmesser des zweiten Kreises 17b und dieser wiederum größer als der Durchmesser des dritten Kreises 17c. Jede Nebennut 21 mündet in eine Öffnung 19a, 19b, 19c. Diese Öffnungen sind ebenfalls entlang der Kreise 17a, 17b, 17c angeordnet und führen senkrecht zur Scheibenfläche 4 durch die Teilscheiben 3,9 hindurch. Die Öffnungen 19a, 19b, 19c sind Kreisbohrungen. Die Durchmesser der Öffnungen 19a entlang des ersten Kreises 17a sind größer als die Durchmesser der Öffnungen 19b entlang des zweiten Kreises 17b. Die Durchmesser der Öffnungen 19b entlang des zweiten Kreises sind wiederum größer als die Durchmesser der Öffnungen 19c entlang des dritten Kreises 17c. Die zweite Teilscheibe 9 ist etwas größer als die erste Teilscheibe 3. Durch eine, um den zweiten Rand 11 umlaufende, senkrecht zur Flächenausdehnung der Vorrichtung 1 gerichtete Wand wird zusammen mit dem ersten Rand 5 ein Ringspalt 23 gebildet (siehe Figur 4).
Über den Ringspalt 23 gelangt das in den Kanal 34 einzuleitende Fluid 24 in die Nuten 15. Von den Nuten 15 verzweigt das Fluid 24 in die Nebennuten 21. Von den Nebennuten 21 strömt das Fluid 24 in die Öffnungen 19a, 19b, 19c. Ein Medium 20 (s. Figur 2), welches einen Kanal 34 (s. Figur 2) durchströmt, in welchen die Vorrichtung 1 eingebaut wird, strömt ebenfalls durch die Öffnungen 19a, 19b, 19c und vermischt sich dort mit dem Fluid 24. Durch die Vorrichtung 1 ergibt sich eine besonders gute Verteilung des Fluides 24 über den Querschnitt des Kanales 34.
Figur 4 zeigt einen Längsschnitt durch einen Hybridbrenner 30 für eine nicht dargestellte Gasturbine. Eine Brennstofflanze 31 ist von einem Kanal 34 zur Führung von Verbrennungsluft konzentrisch umgeben. Die Brennstofflanze 31 und der Kanal 34 bilden einen Diffusionsbrenner 33. Der Diffusionsbrenner 33 wiederum ist von einem ringkanalförmigen Vormischbrenner 35 umgeben. In den Kanal 34 des Diffusionsbrenners 33 ist eine Vorrichtung 1 gemäß Figur 1 eingebaut. Die Brennstofflanze 31 mündet in die Zentralöffnung 14 der Vorrichtung 1. Über einen ringspaltförmigen Ansatzkanal 25 wird dem Ringspalt 23 Fluid 24, hier Brennstoff 24, insbesondere Erdgas oder Erdöl, Zugeführt. Durch den Ringkanal 34 strömt Verbrennungsluft. Diese tritt durch die Vorrichtung 1 über die Öffnungen 19a, 19b, 19c hindurch. Dabei vermischt sie sich mit dem Brennstoff 24, welches aus dem Ringspalt 23 in die Nuten 15, von da in die Nebennuten 21 und von da ebenfalls in die Öffnungen 19a, 19b, 19c eintritt. Durch die Vielzahl der über den gesamten Kanalquerschnitt verteilten Öffnungen 19a, 19b, 19c erhält man eine besonders gute Verteilung des Brennstoffs über den Kanalquerschnitt. Durch diese gute Verteilung wird eine Vergleichmäßigung von Flammentemperaturen bei der Verbrennung erreicht. Dies hat eine Reduktion von Stickoxidemissionen zur Folge.
In Figur 5 ist in einem Längsschnitt eine Anordnung 1C aus zwei Vorrichtungen 1A und 1B gezeigt. Die erste Vorrichtung 1A entspricht der um eine Achse 40 symmetrischen Vorrichtung 1A. Über der ersten Vorrichtung 1A ist konzentrisch zur Achse 40 eine zweite Vorrichtung 1B angeordnet. Diese weist Öffnungen 19D, 19E, 19F auf, die mit den Öffnungen 19A, 19B, 19C der ersten Vorrichtung 1A fluchten. Entsprechend wie bei der ersten Vorrichtung 1A münden in die Öffnungen 19D, 19E, 19F der zweiten Vorrichtung 1B Nebennuten 21B, die wiederum mit Nuten 15B kommunizieren. Die Nuten 15B sind in eine erste Anlageseite 7B einer ersten Teilscheibe 3B der zweiten Vorrichtung 1B eingefräst. Eine zweite Anlageseite 13B ist durch die Rückseite der ersten Teilscheibe 3A der ersten Vorrichtung 1A gebildet, daß heißt, die erste Teilscheibe 3A der ersten Vorrichtung 1A und eine zweite Teilscheibe 9B der zweiten Vorrichtung 1B sind als ein einstückiges Bauteil ausgeführt. Die Nuten 15B führen radial von einem inneren Rand 5B der ersten Teilscheibe 3B gerade durch die erste Anlageseite 7B hindurch. Ein ringkanalförmiger, entlang der Achse 40 gerichteter und am inneren Rand 5B angeordneter Ansatzkanal 25B kommuniziert mit den Nuten 15B.
Der Anordnung 1C sind zwei verschiedene Fluide 24A, 24B zuführbar. Dabei wird der ersten Vorrichtung 1A wie zu Figur 1 erläutert das erste Fluid 24A über den Ansatzkanal 25A zugeführt. Der zweiten Vorrichtung 1B wird das zweite Fluid 24B über den Ansatzkanal 24B zugeführt. Das erste Fluid 24A tritt aus den Öffnungen 19A, 19B, 19C und das zweite Fluid 24B aus den Öffnungen 19D, 19E, 19F aus. Bei Verwendung einer solchen Anordnung 1C z.B. in einem Brenner 30 (s. Figur 2) kann somit gleichmäßig verteilt verschiedenartiger Brennstoff oder z.B. auch gleichzeitig Brennstoff und Wasser in einen Luftkanal eingeleitet werden.

Claims (12)

  1. Vorrichtung (1) zur Einleitung eines Fluides (24) in einen Kanal (34),
    umfassend eine entlang einer Scheibenfläche (4) ausgedehnte, quer in den Kanal (34) einbaubare Scheibe (2), in der Fluidwege (15) verlaufen und durch welche Scheibe (2) Öffnungen (19) in der Scheibenfläche (4) hindurch führen, wobei jeder Fluidweg (15) strömungstechnisch mit einer dieser Öffnungen (19) verbunden ist und wobei jedem Fluidweg (15) das Fluid (24) zuleitbar ist.
  2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1,
    bei der sich die Öffnungen (19) senkrecht zur Scheibenfläche (4) erstrecken und die Fluidwege (15) parallel zur Scheibenfläche (4) verlaufen.
  3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    bei der die Fluidwege (15) durch Bohrungen gebildet sind.
  4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3
    bei der die Fluidwege (15) in einer Kammer () verlaufen.
  5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei der die Scheibe (2) aus mindestens zwei Teilscheiben (3,9) aufgebaut ist.
  6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5,
    bei der
    eine erste Teilscheibe (3) mit einer ersten Anlageseite (7) und
    eine zweite Teilscheibe (9) mit einer zweiten Anlageseite (13),
    vorgesehen sind, wobei
    die erste Teilscheibe (3) und die zweite Teilscheibe (9) mit ihrer jeweiligen Anlageseite (7, 13) aufeinander angeordnet und
    eine Vielzahl von Nuten (15) in die erste Anlageseite (7) eingebracht sind, welche Nuten (15) die Fluidwege (15) bilden.
  7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6,
    bei der die erste Teilscheibe (3) und die zweite Teilscheibe (9) miteinander verschweißt sind, insbesondere reibverschweißt.
  8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei der die Scheibe (2) einen Mittelpunkt (2A) aufweist, wobei zumindest ein Teil (15) der Fluidwege (15) in gerader Richtung auf den Mittelpunkt (2) gerichtet ist.
  9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei der zumindest ein Teil der Fluidwege (15) mit einem Nebenweg (21) strömungstechnisch verbunden ist, wobei jeder Nebenweg (21) in eine der Öffnungen (19) mündet.
  10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    die in einem Luftkanal (34) eines Brenners (30) angeordnet ist, wobei das Fluid (24) Brennstoff ist.
  11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10,
    bei der der Brenner (30) für eine Gasturbine ausgelegt ist, insbesondere für eine stationäre Gasturbine.
  12. Anordnung (1C) aus mindestens zwei Vorrichtungen (1A, 1B) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    bei der die Vorrichtungen (1A, 1B) in dem Kanal (34) hintereinander angeordnet sind, wobei jeder der Vorrichtungen (1A, 1B) ein unterschiedliches Fluid (24A, 24B) zuführbar ist.
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