EP2885582A2

EP2885582A2 - Brenner

Info

Publication number: EP2885582A2
Application number: EP13750036.9A
Authority: EP
Inventors: Axel Widenhorn; Roland STOLL; Dominik LEBKÜCHNER; Thilo KISSEL
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG; Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-08-17
Filing date: 2013-08-13
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2033-08-13
Also published as: EP2885582B1; US9982891B2; DE102012216080A1; WO2014027005A3; WO2014027005A2; US20150089954A1; US20180238549A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner(10)zum Erzeugen von Heißgas und hat ein an eine Turbine anschließbares Flammrohr(12). Der Brenner (10) enthält eine das Flammrohr (12) umgebende Luftführungseinrichtung(14), die einen Strömungsweg (21) für Luft aufweist.Der Brenner (10) hat einen an einer Basis (34) festgelegten Brennerkopf(16), der für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in den Brennraum (12) mehrere dem Strömungsweg (25) für Luft in der Luftführungseinrichtung (14) kommunizierende Düsenkanäle (20) aufweist. In die Düsenkanäle(20) ragtjeweils eine an der Basis (34) festgelegte Brennstoffdüse (17). Die Brennstoffdüsen (17) sind für das Versorgen mit Brennstoff an einen in der Basis (34) ausgebildeten Ringkanal (52) angeschlossen, der mit einer Brennstoff-Zuführleitung verbunden werdenkann. Erfindungsgemäß sind die Brennstoffdüsen (17) für das Versorgen mit Brennstoff an einem in der Basis (34) ausgebildeten Ringkanal (52) angeschlossen, der mit einer Brennstoff-Zuführleitung verbunden werden kann.

Description

Brenner

Die Erfindung betrifft einen Brenner zum Erzeugen von Heißgas mit einem an eine Turbine anschließbaren Flammrohr, das in einer das Flammrohr um- gebenden Luftführungseinrichtung angeordnet ist, in der ein Strömungsweg für Luft ausgebildet ist, und mit einem an einer Basis festgelegten Brennerkopf, der für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in das Flammrohr mehrere mit dem Strömungsweg für Luft in der Luftführungseinrichtung kommunizierende Düsenkanäle aufweist, in die eine an der Basis festgelegte Brennstoffdüse ragt.

Derartige Brenner werden insbesondere für das Betreiben von Mikrogastur- binen eingesetzt. Sie haben einen Brennerkopf, der typischerweise 4 bis 20 Düsenkanäle mit darin angeordneten Brennstoffdüsen enthält, die an einer Brennerflansch-Basis festgelegt sind. In einem rückwärtigen, von dem Brennerkopf abgewandten Abschnitt durchgreifen die Brennstoffdüsen Durchgangsbohrungen in der Brennerflansch-Basis. Die Brennstoffdüsen haben Anschlusseinrichtungen für schlauch- oder rohrformige Brennstoffleitungen, die in der Regel mit einem außerhalb des Brenners angeordneten Brenn- stoffverteilerrings verbunden sind. Um zu gewährleisten, dass bei derartigen Brennern keine Leckagen auftreten, ist ein sorgfältiges Abdichten der Brenn- stoffdüsen zu der Brennerflansch-Basis erforderlich. Das hat einen hohen Fertigungs- und Montageaufwand zur Folge. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner zum Erzeugen von Heißgas mit einem an eine Turbine anschließbaren Flammrohr bereitzustellen, der einen robusten Aufbau hat und dabei kostengünstig hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch einen Brenner der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Brennstoffdüsen für das Versorgen mit Brennstoff an einen in der Basis ausgebildetes Brennstoffplenum angeschlossen sind, das mit einer Brennstoff-Zufuhrleitung verbunden werden kann. Die Erfindung beruht einerseits auf dem Gedanken, dass ein Brenner, bei dem die Brennstoffdüsen die Basis nicht durchgreifen sondern an einem in der Basis ausgebildeten Ringkanal angeschlossen sind, einen vergleichswei- se einfachen, kostengünstigeren Aufbau haben können. Der Brenner kann dann mit einer verringerten Anzahl an Dichtflächen und Dichtungen aufgebaut werden, was das Verringern von Fertigungskosten ermöglicht. Um den Brenner mit Brennstoff zu versorgen ist dann nämlich kein aufwändiges Verteilersystem nötig, mit dem der Brennstoff auf unterschiedliche Brennstoffdü- sen verteilt wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Brennern kann so auf eine Vielzahl von Schlauch- und Rohrverbindungen verzichtet werden, die einen hohen Montageaufwand verursachen und nicht nur Sicherheits- sondern auch Umweltprobleme aufwerfen. Das Brennstoffplenum kann insbesondere als ein in der Basis aufgenommener, in der Basis ausgebildeter Ringkanal sein. Bevorzugt ist das Brennstoffplenum als eine mittels eines Deckelelements abgedeckte kreisförmige Nut auf einer Seite der Basis gestaltet. Die Seite der Basis, auf der die kreisringförmige Nut ausgebildet ist, kann dabei dem Brennraum zu- oder abgewandt sein.

Eine Idee der Erfindung ist insbesondere, die Brennstoffdüsen in dem Brenner an einer den Ringkanal abdeckenden Halteeinrichtung festzulegen. Mit der Halteeinrichtung sind diese Brennstoffdüsen bevorzugt verschweißt oder verschraubt. Ein kostengünstiges Herstellen der Brennstoffdüsen wird ermöglicht, indem diese aus einem vorzugsweise temperaturbeständigen, mit einer Kernbohrung versehenen Stangenmaterial gefertigt sind. Indem die Basis des Brenners als ein Flanschteil ausgebildet wird, ist es möglich, den Brenner mit dem Flanschteil z. B. an dem Druckgehäuse einer Turbine zu befestigen. Es ist günstig, wenn der Brennerkopf einen Brennerkopfkörper mit mehreren mit der Luftführungseinrichtung kommunizierenden Düsenkanälen aufweist und einen zu dem Flammrohr geöffneten, mit der Luftführungseinrichtung kommunizierenden Pilotbrennraum umgibt. Der Strömungsweg für Luft ist hier möglichst wenigstens abschnittsweise für das Kühlen des Brennerkopfkörpermittels strömender Luft entlang dem Brennerkopf an einer Brennerkopf-Außenfläche geführt. Der Pilotbrennraum kann dann über eine dem Pilotbrennraum zugeordnete Pilot-Brennstoffdüse mit Brennstoff beaufschlagt werden. Durch Zufuhr von Brennstoff durch die Pilot-Brennstoffdüse ist es möglich, den Brenner mit einer Zündeinrichtung zu zünden. Die in dem Pilotbrennraum ausgebildete Flamme dient auch dazu, die Verbrennung in dem Brenner zu stabilisieren. Durch Einstellen der in dem Pilotbrennraum ausgebildeten Flamme ist es darüber hinaus möglich, den Brenner zu steuern bzw. zu regeln und dabei auch die Flamme des Brenners zu stabilisieren.

Der Pilotbrennraum ist bevorzugt in einem an der Basis festgelegten Einsatz ausgebildet, der eine in den Brennerkopf ragende Pilotbrennraumwand hat. Erfindungsgemäß kann die Pilotbrennraumwand mit Luft gekühlt werden, die durch wenigstens einen mit der Luftführungseinrichtung kommunizierenden, zwischen dem Einsatz und dem Brennerkopf ausgebildeten Strömungskanal strömt.

Ein Gedanke der Erfindung besteht auch darin, den Brennerkopfkörper mit der durch die Düsenkanäle strömenden Luft zu kühlen. Hierfür ist es von Vor- teil, den Brennerkopfkörper topf- oder trichterförmig und/oder rotationssymmetrisch zu gestalten und bei diesem eine Bodenwand vorzusehen, in der es eine bodenseitige Öffnung für eine in den Brennerkopfkörper ragende Brenn- stoffdüse gibt. Es ist insbesondere möglich, den Brennstoff mit einer in den Brennerkopfkörper ragenden Brennstoffdüse auch seitlich oder schräg in den Brennraum einzubringen. Von Vorteil ist es, wenn dabei in der Bodenwand mehrere in die bodenseitige Öffnung der Bodenwand des Brennerkopfkörpers mündende, mit der Luftführungseinrichtung kommunizierende Luftkanä- le ausgebildet sind, durch die Luft in den Brennerkopfkörper so eingeströmt werden kann, dass sich in dem Pilotbrennraum eine Drallströmung ausbildet. Erfindungsgemäß kann der Brennerkopfkörper auch eine den Pilotbrennraum begrenzende Wand mit einer als Brennraumwandfläche wirkenden Wandflä- che aufweisen. Der Brennerkopfkörper wird hier mit Luft gekühlt, die über die Strömungswege für Luft an der Brennerkopf-Außenfläche des Brennerkopfkörpers entlangströmt und die dann durch die Düsenkanäle in den Brennraum gelangt. Um die thermische Belastung des Brennkopfs gering zu halten, ist es günstig, wenn die Brennraumwandfläche für den Pilotbrennraum mit einer thermischen Schutzschicht überzogen ist.

Die Luftführungseinrichtung umfasst bevorzugt ein an der Basis in einem fe- derelastischen Lager gehaltenes Luftführungsrohr, das für das Ausgleichen von thermischen Ausdehnungen relativ zu der Basis bewegt werden kann. Damit lassen sich die thermischen Spannungen in dem Brenner gering halten. Das federelastische Lager kann eine an der Basis aufgenommene Feder aufweisen, die ein an dem Luftführungsrohr festgelegtes Federbein abstützt. Dabei ist es günstig, wenn das Luftführungsrohr an dem Federbein in einem der Basis zugewandten Abschnitt in einem das Luftführungsrohr übergreifenden topfförmig und dabei vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildeten Leitblech verlagert werden kann, das die durch das Luftführungsrohr eingeführte Luft in die Düsenkanäle umlenkt, um auf diese Weise den Brenner strömungsoptimiert mit Luft zu versorgen. Für das thermische Entkoppeln der Basis von dem Brenner und dem Flammrohr ist es günstig, wenn zwischen dem topfförmig ausgebildeten Leitblech und der Basis eine thermische Isolationsschicht vorgesehen ist. Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zum Erzeugen von Heißgas mit einem Brenner, der ein Flammrohr und einen Brennerkopfkörper aufweist und der einen in dem Flammrohr angeordneten Brennraum und ei- nen von dem Brennerkopfkörper umgebenen Pilotbrennraum hat, der zu dem Brennraum geöffnet ist. Für das erfindungsgemäße Erzeugen von Heißgas mit einem solchen Brenner wird in den Pilotbrennraum Luft zugeführt und Brennstoff eingedüst. Der in den Pilotbrennraum zugeführte Brennstoff wird entzündet. Luft und Brennstoff wird demgegenüber in den Brennraum als ein Luft-Brennstoffgemisch zugeführt, das dann in dem Brennraum verbrannt wird.

Im Rahmen der Erfindung wird dabei die in den Brennraum zugeführte Luft und der in den Brennraum zugeführte Brennstoff bevorzugt als ein technisch vorgemischtes Luft-Brennstoff-Gemisch drallfrei in den Brennraum zugeführt.

Insbesondere ist es eine Idee der Erfindung, den Brennerkopfkörper mit der in den Brennraum zugeführten Luft zu kühlen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in der Zeichnung in schemati- scher Weise dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt eines Brenners zum Erzeugen von Heißgas

Fig. 2 einen Abschnitt des Brenners mit Brennstoffdüsen, einem Brennerflansch und einem Brennerkopf;

Fig. 3 eine Halteeinrichtung für die Brennstoffdüsen des Brenners;

Fig. 4 die Halteeinrichtung mit mehreren Brennstoffdüsen in dem Brennerflansch; und

Fig. 5 einen Abschnitt eines weiteren Brenners mit Brennstoffdüsen, einem Brennerflansch und einem Brennerkopf. Der in der Fig. 1 gezeigte Brenner 10 ist für das Erzeugen von Heißgas ausgelegt. Der Brenner 10 hat ein Flannnnrohr 12, das in einer Luftführungseinrichtung 14 gehalten ist und einen Brennraum 15 umgibt. Die Luftführungs- einrichtung 14 des Brenners 10 ist an einer als Brennerflansch ausgebildeten Basis 34 festgelegt. Für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in das Flammrohr 12 enthält der Brenner 10 einen Brennerkopf 16. Der Brennerkopf 16 ist als ein Hohlzylinder gestaltet, der eine Achse 19 hat und eine Vielzahl von in der Zylinderwandung ausgebildete, azimutal zueinander ver- setzt angeordnete Düsenkanäle 20 mit einer Durchgangsbohrung aufweist, die zu der Achse 19 parallel ist. Diese Düsenkanäle 20 münden in den Brennraum 15. In die Düsenkanäle 20 ragt jeweils eine Brennstoffdüse 17. Das Flammrohr 12 übergreift den Brennerkopf 16 und liegt mit seiner Innenseite an einer als Führungsabschnitt für das Flammrohr 12 wirkenden Partie an der Außenseite des Brennerkopfs 16 an. Das Flammrohr 12 ist an dem Brennerkopf 16 in der Richtung der Achse 19 linearbeweglich geführt, um das Ausgleichen der thermischen Ausdehnung des Flammrohrs 12 bei dem Betrieb des Brenners 10 zu ermöglichen. In dem Brenner 10 gibt es Strömungswege 21 für Luft, über die durch die Düsenkanäle 20 in dem Brennerkopf 16 die Luft von der Luftführungseinrichtung 14 in den Brennraum 15 eingeströmt werden kann. In den Düsenkanälen 20 umströmt die von hinten über die Luftführungseinrichtung 14 zugeführte Luft die Brennstoffdüse 17 und ummantelt den mit der Brennstoffdüse 17 koaxial in die Düsenkanäle eingedüsten gasförmigen oder auch flüssigen Brennstoff. Die Strömungswege 21 für Luft sind an der Brennerkopf- Außenfläche des Brennerkopfkörpers 18 entlanggeführt, um damit den Brennerkopf 16 bei einem Betreiben des Brenners 10 mit Luft zu kühlen, die entlang der Strömungswege 21 strömt.

In den Düsenkanälen 20 wird das Luft-Brennstoff-Gemisch drallfrei technisch vorgemischt. Das Luft-Brennstoff-Gemisch strömt dann aus den Düsenkanä- len 20 mit einem hohen Impuls in den Brennraum 15. Der in den Brennraum 15 eintretende Luft-Brennstoff-Strahl treibt dort eine ausgeprägte innere Re- zirkulationszone. Dies sorgt in dem Brennraum 15 für eine effektive Mischung von rezirkuliertem Abgas und Frischgas. Neben diesem positiven Effekt auf die Stabilisierung der Flamme verlangsamt eine solche Einmischung des Abgases die chemischen Reaktionsraten. Folglich werden die chemischen Reaktionen dann über ein größeres Volumen verteilt. Die chemisch-kinetisch kontrollierte volumetrische Verbrennung zeigt deshalb ein nahezu homogenes Temperaturfeld, nahe der adiabaten Temperatur des globalen Äquivalenzverhältnisses. Durch das damit verbundene Vermeiden von Temperaturspitzen können deshalb mit dem Brenner 10 sehr geringe NOx-Emissionen erzielt werden.

Der Brenner 10 hat einen gegenüber dem Brennraum 15 zurückgesetzt an- geordneten Pilotbrennraum 22. Der Pilotbrennraum 22 ist in einem Einsatz 24 ausgebildet. Der Einsatz hat eine als Brennraumwand wirkenden Pilotdomwand 25, die sich mit einer den Pilotbrennraum 22 begrenzenden Wandfläche in den Hohlraum des Brennerkopfkörpers 18 des Brennerkopfs 16 erstreckt. Zwischen der Pilotdomwand 25 und dem Brennerkopf 16 gibt es Luft- Strömungskanäle 26, die mit der Luftführungseinrichtung 14 kommunizieren. Durch das Hindurchströmen von Luft in den Luft-Strömungskanälen 26, die über die Luftführungseinrichtung 14 zugeführt wird, ist es möglich, die den Pilotbrennraum 22 umgebene Pilotdomwand 25 konvektiv zu kühlen. Der Brenner 10 enthält eine zu dem Brennerkopf 16 koaxial angeordnete Pilot-Brennstoffdüse 30, durch die der Pilotbrennraum 22 mit Brennstoff beaufschlagt werden kann, der dort mit Luft verbrannt wird, die durch mit der Luftführungseinrichtung 14 kommunizierende Strömungskanäle 32 einströmt. Es sei bemerkt, dass die Pilot-Brenntopfdüse 30 zu dem Brennerkopf 16 nicht zwingend koaxial angeordnet sein muss, sondern auch so positioniert sein kann, dass der Brennkopf in Bezug auf die Achse 19 schräg in den Pilotbrennraum 22 einströmt. Um den durch die Pilot-Brennstoffdüse 30 zuge- führten Brennstoff zu zünden, gibt es in dem Brenner 10 eine elektrische Zündeinrichtung 31 .

Die Luftführungseinrichtung 14 enthält ein Luftführungsrohr 27 und umfasst ein topfförmig gestaltetes Leitblech 36, das eine der Basis 34 zugewandte Bodenwand 38 hat, die an einem Isolationsschild 40 anliegt. Um die Strömungsmechanik hier zu verbessern, ist es von Vorteil, wenn in diesem Bereich gegebenenfalls noch weitere Leitbleche angeordnet sind. Das Isolationsschild 40 befindet sich zwischen der Basis 34 und der Bodenwand 38 und dient für das thermische Entkoppeln der Basis 34 von der Luftführungseinrichtung 14, dem Flammrohr 12, dem Brennerkopf 14 und dem Einsatz 24 mit dem Pilotbrennraum 22.

Die Basis 34 ist für das Festlegen des Brenners 10 an dem Druckgehäuse einer Mikrogasturbine (nicht gezeigt) ausgelegt. An der Basis 34 ist die Luftführungseinrichtung 14 in einem federelastischen Lager mit mehreren das Isolationsschild 40 durchgreifenden Federbeinen 42 gehalten, die jeweils gegen eine in einer Ausnehmung 44 an der Basis 34 aufgenommene Feder 46 abgestützt sind. In diesem federelastischen Lager kann das Luftführungs- rohr 27 für das Ausgleichen der bei Erwärmung hervorgerufenen thermischen Ausdehnungen relativ zu der Basis 34 entsprechend dem Doppelpfeil 50 in der Richtung der Achse 19 des Brennerkopfs 16 verlagert werden.

Der Brennerkopf 16 und der Einsatz 24 sind mit mehreren, das Isolations- schild 40 durchgreifenden Haltebolzen 48 an der Basis 34 festgelegt.

Die Fig. 2 zeigt einen Abschnitt des Brenners mit den Brennstoffdüsen 17 und der Basis 34. Die Brennstoffdüsen 17 haben eine als Kernbohrung gestaltete Düsenbohrung 29, die als Brennstoff-Düsenkanal für das Zuführen von Brennstoff in den Brennraum 15 wirkt. Die Brennstoffdüsen 17 sind an der Basis 34 gehalten. Sie durchgreifen das Isolationsschild 40 sowie die Bodenwand 38 des Leitblechs 36. Um die Brennstoffdüsen 17 mit Brennstoff zu versorgen, gibt es in der Basis 34 ein Brennstoffplenum. Dieses Brenn- stoffplenum ist vorliegend als ein mit den Brennstoffdüsen 17 kommunizierender Ringkanal 52 ausgebildet. Der Ringkanal 52 ist geschlossen. Er ist als eine in der Basis 34 ausgebildete, brennraumseitig angeordnete kreisring- förmige Nut gestaltet, die mit einem in dem Körper 53 der Basis 34 mittels Verschrauben oder Verschweißen festgelegten ringförmigen Deckelelement 54 abgedeckt ist. Das ringförmige Deckelelement 54 hält die Brennstoffdüsen 17 in einem Düsensitz 33, der in eine Durchgangsbohrung 55 in das Deckelelement 54 ragt. An dem Deckelelement 54 sind die Brennstoffdüsen 17 mittels Verschrauben festgelegt. Die Düsenbohrung 29 der Brennstoffdüsen 17 kommuniziert mit dem Ringkanal 52.

Die Fig. 3 zeigt die Brennstoffdüsen 17 mit dem ringförmigen Deckelelement 54. Die Fig. 4 ist eine Teilansicht der Basis 34 mit mehreren Brennstoffdüsen 17. Die Brennstoffdüsen 17 sind aus einem mit der Kernbohrung versehenen vorzugsweise temperaturbeständigen Stangenmaterial gefertigt. Diese Maßnahme ermöglicht ein Herstellen der Brennstoffdüsen 17 mit einem geringen Fertigungsaufwand. Die Brennstoffdüsen 17 haben in einem zu dem Deckelelement 54 weisenden Abschnitt ein Außengewinde 23, das in den an dem Deckelelement 54 mittels Verschweißen festgelegten Düsensitz 33 eingeschraubt ist. Diese Maßnahme ermöglicht ein einfaches und schnelles Austauschen von Brennstoffdüsen 17 in dem Brenner 10.

Es sei bemerkt, dass die Brennstoffdüsen 17 in einer modifizierten Ausfüh- rungsform des Brenners 10 auch mittels Verschweißen an das ringförmige Deckelelement 17 angeschlossen werden können.

Der Ringkanal 52 in der Basis 34 des Brenners 10 ist durch einen Zufuhrkanal 56 mit Brennstoff beaufschlagbar. Der Zufuhrkanal 56 kann mit einem Kupplungselement 58 an eine Brennstoffleitung (nicht gezeigt) angeschlossen werden. Der Ringkanal 52 ist ein Verteilerring für Brennstoff. In einer modifizierten Ausführungsform des Brenners kann der Ringkanal auch als eine mittels eines Deckelelements abgedeckte kreisförmige Nut auf der Seite der Basis 34 gestaltet sein, die dem Brennraum 15 abgewandt ist. In diesem Fall ist es z. B. nicht erforderlich, das Deckelelement mit der Basis zu verschweißen, da bei einem Betrieb des Brenners immer moderate Temperatu- ren auftreten, bei denen ein Einsatz von üblichen Dichtungen problemlos möglich ist. Der in dem Ringkanal 52 auf die Düsen 17 des Brenners 10 verteilte Brennstoff kann flüssig oder gasförmig sein. Der Ringkanal 52 ist somit ein in die als Brennerflansch ausgebildete Basis 34 integriertes Brennstoffplenum, d. h. der Ringkanal wirkt als ein in dem Körper 53 der Basis 34 auf- genommener Brennstoffverteiler.

Die Fig. 5 zeigt einen Abschnitt eines weiteren Brenners 100 zum Erzeugen von Heißgas mit einem an eine Turbine anschließbaren Flammrohr 1 12, der einen dem vorstehend anhand der Fig. 1 bis Fig. 4 beschriebenen Brenner 10 entsprechenden Aufbau hat. In der Fig. 5 sind die Baugruppen des Brenners 100, die zu Baugruppen des Brenners 10 gleich sind, mit in Bezug auf die Fig. 1 bis Fig. 4 um die Zahl 100 erhöhten Bezugszeichen kenntlich gemacht. Anders als bei dem Brenner 10 ist der Pilotbrennraum 122 hier nicht in einem Einsatz ausgebildet. Der Körper 1 18 des Brennerkopfs 1 16 in dem Brenner 100 ist hier topf- oder trichterförmig bzw. rotationssymmetrisch gestaltet. Der Körper 1 18 hat eine Bodenwand 139 mit einer bodenseitigen Öffnung 141 für eine Pilot-Brennstoffdüse 130, die in eine in dem Körper 1 18 ausgebildete als Vormischstrecke wirkende Mischkammer 143 ragt. Der Körper 1 18 des Brennerkopfs 1 16 hat mehrere Luftführungskanäle 145, die in der Bodenwand 139 angeordnet sind und die von der als Vormischstrecke wirkenden Mischkammer 143 ausgehend nach außen verlaufen. Diese Luftführungskanäle 145 sind an den Strömungsweg 121 für Luft in der Luftführungseinrich- tung 1 14 angeschlossen. Die Luftführungskanäle 145 münden dabei in die als Vormischstrecke wirkende Mischkammer 143. Durch das Einströmen von Luft über die Luftführungskanäle 145 in der als Vormischstrecke wirkenden Mischkammer 143 wird dort eine Drallströmung ausgebildet. Der Körper 1 18 des Brennerkopfs 1 16 hat einen Abschnitt mit einer bevorzugt rotationssymmetrischen Pilotbrennraumwand 147, die den Pilotbrennraum 122 umgibt und die eine den Pilotbrennraum 122 begrenzende Wandfläche 151 hat. Die Wandfläche 151 ist eine Brennraumwandfläche für den Pilotbrennraum 122. In der Pilotbrennraumwand 147 sind eine Vielzahl von Düsenkanälen 120 ausgebildet, die jeweils Luft aus der Luftführungseinrichtung 1 14 erhalten. In diesen Düsenkanälen 120 ist jeweils eine Brennstoffdüse 1 17 angeordnet. Die dem Pilotbrennraum 122 zugewandte Wandfläche 151 des Brennerkopfs 1 18 ist mit einer thermischen Schutzschicht 149 überzogen.

Durch die mit dem Strömungsweg 121 zwischen dem Flammrohr 1 12 und dem Luftführungsrohr 127 strömende Luft, die über die Luftführungskanäle 145 in der als Vormischstrecke wirkenden Mischkammer 143 und durch die Düsenkanäle 120 in den Brennraum gelangt, wird der Brennerkopfkörper 1 18 bei einem Betreiben des Brenners 100 gekühlt. Dabei leistet auch der aus den Brennstoffdüsen 1 17 austretende Brennstoff, der durch die Brennstoff- düsen strömt, einen Beitrag zur Kühlung des Brennerkopfkörpers 1 18. Da sich die Kühlwirkung für den Brennerkopfkörper 1 18 mit abnehmender Wandstärke verbessert, ist es hier von Vorteil, wenn die Wandstärke der Pilotbrennraumwand 147 des Brennerkopfkörpers 1 18 möglichst dünn ist. Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten: Ein Brenner 10 zum Erzeugen von Heißgas hat ein an eine Turbine anschließbares Flammrohr 12. Der Brenner enthält eine das Flammrohr 12 umgebende Luftführungseinrichtung 14, die einen Strömungsweg 21 für Luft aufweist. Der Brenner hat einen an einer Basis 34 festgelegten Brennerkopf 16. Der Brennerkopf 16 weist für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in das Flammrohr 12 mehrere mit der dem Strömungsweg 21 für Luft in der Luftführungseinrichtung 14 kommunizierende Düsenkanäle 20 auf. In die Düsenkanäle 20 ragt jeweils eine an der Basis 34 festgelegte Brennstoffdüse 17. Die Brennstoffdüsen 17 sind für das Versorgen mit Brennstoff an einen in der Basis 34 ausgebildeten Ringkanal 52 angeschlossen, der mit einer Brennstoff-Zuführleitung verbunden werden kann.

Bezugszeichenliste

10 Brenner

12 Flammrohr

14 Luftführungseinrichtung

15 Brennraum

16 Brennerkopf

17 Brennstoffdüse

18 Brennerkopfkörper

19 Achse

20 Düsenkanal

21 Strömungsweg

22 Pilotbrennraum

23 Außengewinde

24 Einsatz

25 Pilotdomwand

26 Luft-Strömungskanal

27 Luftführungsrohr

28 Pilotdomwand

29 Düsenbohrung

30 Pilot-Brennstoffdüse

32 Strömungskanal

31 Zündeinrichtung

33 Düsensitz

34 Basis

36 Leitblech

38 Bodenwand

40 Isolationsschild

42 Federbein

44 Ausnehmung

46 Feder

48 Haltebolzen Doppelpfeil

Ringkanal

Körper

Deckelelement

Durchgangsbohrung

Kupplungselement

Brenner

Flammrohr

Luftführungseinrichtung

Brennstoffdüse

Brennerkopfkörper

Düsenkanäle

Strömungsweg

Pilotbrennraum

Pilot-Brennstoffdüse

Basis

Bodenwand

bodenseitige Öffnung

Misch kammer

Luftführungskanäle

Pilotbrennraumwand

Schutzschicht

Wandfläche

Claims

Patentansprüche

1 . Brenner (10) zum Erzeugen von Heißgas mit einem an eine Turbine anschließbaren Flammrohr (12), das in einer das Flammrohr (12) umgebenden Luftführungseinrichtung (14) angeordnet ist, in der ein Strömungsweg (21 ) für Luft ausgebildet ist, und mit einem an einer Basis (34) festgelegten Brennerkopf (16), der für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in das Flammrohr (12) mehrere mit dem Strömungsweg (21 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (14) kommunizierende Düsenkanäle (20) aufweist, in die jeweils eine an einer Basis (34) festgelegte Brennstoffdüse (17) ragt, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüsen (17) für das Versorgen mit Brennstoff an ein in der Basis (34) ausgebildetes Brennstoffplenum angeschlossen sind, das mit einer Brennstoff-Zufuhrleitung verbunden werden kann.

2. Brenner nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Brenn- stoffplenum als ein in der Basis (34) angeordneter Ringkanal (52) ausgebildet ist.

3. Brenner nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüsen (17) an einer das Brennstoffplenum abdeckenden Halteeinrichtung (54) festgelegt sind.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenn- stoffdüsen (17) mit der Halteeinrichtung (54) verbunden, insbesondere verschweißt oder verschraubt sind.

5. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffdüsen (17) aus einem temperaturbeständigen, mit einer Kernbohrung versehenem Stangenmaterial gefertigt sind. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis (34) als ein Flanschteil für das Festlegen des Brenners (10) in einem Druckgehäuse ausgebildet ist.

7. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (16) einen Brennerkopfkörper (18) hat, in den die mit dem Strömungsweg (21 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (14) kommunizierenden Düsenkanäle (20) ausgebildet sind, der einen zu dem Flammrohr (12) geöffneten mit der Luftführungseinrichtung (14) kommunizierenden Pilotbrennraum (22) umgibt.

8. Brenner nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg (21 ) für Luft wenigstens abschnittsweise für das Kühlen des Brennerkopfkörpers (18) mittels strömender Luft entlang dem Brennerkopf (16) an einer Brennerkopf-Außenfläche geführt ist.

9. Brenner nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der der Pilotbrennraum (22) über eine Pilot-Brennstoffdüse (30) mit Brennstoff beaufschlagt werden kann. 10. Brenner nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pilotbrennraum (22) in einem an der Basis (34) festgelegten Einsatz (24) ausgebildet ist, der eine in den Brennerkopfkörper (18) ragende Pilotbrennraumwand (25) hat, die mit Luft gekühlt werden kann, die durch wenigstens einen mit dem Strömungsweg (21 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (14) kommunizierenden zwischen dem Einsatz

(24) und dem Brennerkopf (16) ausgebildeten Fluidkanal (26) strömt. Brenner (100) zum Erzeugen von Heißgas mit einem an eine Turbine anschließbaren Flammrohr (1 12), das in einer das Flammrohr (1 12) umgebenden Luftführungseinrichtung (1 14) angeordnet ist, in der ein Strömungsweg (121 ) für Luft ausgebildet ist, und mit einem an einer Basis (134) festgelegten Brennerkopf (1 16), der für das Zuführen von mit Luft vermischtem Brennstoff in das Flammrohr (1 12) mehrere mit dem Strömungsweg (121 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (1 14) kommunizierende Düsenkanäle (120) aufweist, in denen sich eine an der Basis (134) festgelegte Brennstoffdüse (1 17) befindet, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopf (1 16) einen Brennerkopfkörper (1 18) hat, in dem die mit dem Strömungsweg (121 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (1 14) kommunizierenden Düsenkanäle (120) ausgebildet sind, der einen zu dem Flammrohr (1 12) geöffneten mit der Luftführungseinrichtung (1 14) kommunizierenden Pilotbrennraum (122) umgibt, wobei der Brennerkopfkörper (1 18) topfförmig gestaltet ist sowie eine Bodenwand (138) aufweist, in der es eine bodenseitige Öffnung für eine in den Brennerkopfkörper ragende Pilot-Brennstoffdüse (130) gibt und in der mehrere in der Bodenwand (138) verlaufende in die bodenseitige Öffnung (141 ) mündende mit der Luftführungseinrichtung (1 14) kommunizierende Luftführungskanäle (145) ausgebildet sind, und wobei der Brennerkopfkörper (1 18) einen Abschnitt mit einer den Pilotbrennraum (122) umgebenden Pilotbrennraumwand (147) aufweist, die eine den Pilotbrennraum (122) begrenzende Wandfläche (151 ) hat.

12. Brenner nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Strömungsweg (121 ) für Luft in der Luftführungseinrichtung (1 14) kommunizierenden Düsenkanäle (120) in der Pilotbrennraumwand (147) ausgebildet sind. Brenner nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumwandfläche (151 ) für den Pilotbrennraum (122) mit einer thermischen Schutzschicht überzogen ist. 14. Brenner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftführungseinrichtung (14) ein an der Basis (34) in einem federelastischen Lager gehaltenes Luftführungsrohr (27) umfasst, das für das Ausgleichen von thermischen Ausdehnungen relativ zu der Basis (34) bewegt werden kann.

15. Brenner nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das federelastische Lager eine an der Basis (34) aufgenommene Feder (46) aufweist, die ein an dem Luftführungsrohr (27) festgelegtes Federbein (42) abstützt.

16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftführungsrohr (27) an dem Federbein (42) mit einem der Basis (34) zugewandten Abschnitt in einem das Luftführungsrohr (27) übergreifenden, an der Basis (34) festgelegten, vorzugsweise topfförmig ausgebil- deten Leitblech (36) verlagerbar ist, das die durch das Luftführungsrohr

(27) zugeführte Luft in die Düsenkanäle (20) umlenkt

17. Brenner nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Leitblech (36) und der Basis (34) ein das Leitblech (36) mit der Luftführungseinrichtung (14) und dem Flammrohr (12) von der Basis

(34) thermisch entkoppelndes Isolationsschild (40) vorgesehen ist.

18. Gasturbinenanlage umfassend eine Gasturbine mit einer Luftführungseinrichtung, in welcher ein Flammrohr (12, 1 12) eines Brenners nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet ist. Verfahren zum Erzeugen von Heißgas, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Bereitstellen von einem Brenner (10, 100) mit einem Flammrohr (12, 1 12) und mit einem Brennerkopfkörper (18, 1 18), der einen in dem Flammrohr (12, 1 12) angeordneten Brennraum (15, 1 15) und einen von dem Brennerkopfkörper (18, 1 18) umgebenen zu dem Brennraum (15, 1 15) geöffneten Pilotbrennraum (22, 122) hat;

Zuführen von Luft und Eindüsen von Brennstoff in den Pilotbrennraum (22, 122);

Entzünden des in den Pilotbrennraum (22, 122) zugeführten Brennstoffs;

Zuführen von Luft und Brennstoff als ein Luft-Brennstoff-Gemisch in den Brennraum (22, 122); und

Verbrennen von dem Luft-Brennstoff-Gemisch in dem Brennraum (22, 122).

Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Brennraum (22, 122) zugeführte Luft und der in den Brennraum (15, 1 15) zugeführte Brennstoff als ein technisch vorgemischtes Luft- Brennstoff-Gemisch drallfrei in den Brennraum (15, 1 15) zugeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennerkopfkörper (18, 1 18) mit der in den Brennraum (22, 122) zugeführten Luft gekühlt wird.