EP3198199A1 - Brennerkopf eines brenners und gasturbine mit einem solchen brenner - Google Patents

Brennerkopf eines brenners und gasturbine mit einem solchen brenner

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Publication number
EP3198199A1
EP3198199A1 EP15766402.0A EP15766402A EP3198199A1 EP 3198199 A1 EP3198199 A1 EP 3198199A1 EP 15766402 A EP15766402 A EP 15766402A EP 3198199 A1 EP3198199 A1 EP 3198199A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
channel
burner
oxidant
longitudinal axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15766402.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Baumann
Axel Widenhorn
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.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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
Priority claimed from PCT/EP2014/002604 external-priority patent/WO2015043749A1/de
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP3198199A1 publication Critical patent/EP3198199A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46—Details
    • F23D14/62—Mixing devices; Mixing tubes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/283—Attaching or cooling of fuel injecting means including supports for fuel injectors, stems, or lances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
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    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00002—Gas turbine combustors adapted for fuels having low heating value [LHV]

Definitions

  • the invention relates to a burner head of a burner of the type specified in the preamble of claim 1 and a gas turbine with a burner having such a burner head.
  • micro gas turbines are gas turbines of the lower power class, ie up to about 500 kW nominal power.
  • Combined heat and power systems of this type include in a known design in addition to the internal combustion engine itself nor a drivable by the internal combustion engine power converter, in particular in the form of an electric generator and a waste heat for the use of waste heat contained in the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the gas turbines mentioned have a burner between the compressor and the turbine, in which fuel is oxidized or burned with an oxidizing agent, as a rule with air.
  • the required mixing of fuel and oxidant takes place in a burner head.
  • This is typically attached to a burner flange, through which the fuel supply lines are also routed.
  • a combustion chamber is connected downstream.
  • the burner head extends along a burner longitudinal axis and usually comprises a plurality of arranged at a radial distance from the burner longitudinal axis in a body oxidant channels.
  • oxidant channels each opens a fuel nozzle, which is formed according to the prior art as a nozzle lance.
  • nozzle lance is preferably coaxial in each case an oxidant channel.
  • the nozzle lances are usually kept at Burner flange, where they are aligned and stored by a constructive paragraph in the axial direction.
  • the fixation of the burner nozzles is usually done by means of plates, which are bolted to the burner flange.
  • the nozzle lances are introduced into the combustion chamber via the individual oxidant passages located in the burner flange and designed as passage bores.
  • the fuel is supplied via individual hoses, which are fed via an upstream external distributor ring or also have a fuel supply channel in the burner flange.
  • the fuel nozzles are made of solid material.
  • the invention has the object of developing a generic burner head such that with a simplified structure increased reliability is achieved. This object is achieved by a burner head with the features of claim 1.
  • the invention is further based on the object of specifying a turbine, in particular a gas turbine or a micro gas turbine with an improved burner. This object is achieved by a turbine having the features of claim 15.
  • At least one supply channel for fuel supply of at least one fuel nozzle is formed in the main body of the burner head.
  • a plurality of arranged around the burner longitudinal axis in the main body oxidant channels with at least one each opening into an oxidant fuel nozzle, the fuel nozzles are at least partially and in particular all connected to the at least one supply channel for supplying fuel.
  • a fuel channel body is guided into the oxidant channel, wherein the at least one fuel nozzle is formed on the fuel channel body and in particular is arranged at least approximately on the channel longitudinal axis.
  • the fuel channel body protrudes into an opening cross-section of the oxidant channel, this at least partially interspersed, passes through or divides into partial cross-sections, and / or that the fuel channel body in
  • Oxidant channel is arranged and / or provided. Again, a simple design waiving the usual prior art nozzle lances given. The named design leads to a positioning of the fuel nozzle on the channel longitudinal axis or at least sufficiently close thereto. In any case, an at least substantially central fuel injection can be achieved, which can promote a clean mixture formation.
  • the fuel channel body has a supply bore for supplying one in the fuel channel body provided and connected to the supply bore nozzle bore with fuel from the supply channel. However, it may be provided that the nozzle bore is formed so that it can be supplied directly from the supply channel with fuel.
  • the fuel channel body can be made in one piece with the main body of the burner head or connected to this.
  • the fuel channel body can be designed or designed as an insertion and / or press-in component for application in the oxidant channel.
  • the fuel channel body does not yet have a supply bore prior to its placement in the oxidant channel. This is first generated after its application in the oxidant channel by a drilling introduced from the supply channel ago.
  • a drilling operation is understood in particular to mean any method for producing or providing a bore-like or channel-like recess in a solid material.
  • EDM and / or laser processing may also be considered.
  • the nozzle bore is already formed in the fuel channel body before application, it is drilled with the boring processing in such a way that the nozzle bore can be supplied with fuel from the supply duct. Alternatively, it can also be provided that the nozzle bore is produced only together with or after the drilling operation for the supply bore.
  • the fuel channel bodies act as baffles in the air supply of a burner, in particular a FLOX ® burner (FLOX ® stands for the flameless oxidation of a fuel). Due to this bluff body, a vortex road is initiated downstream.
  • the fuel is introduced via the fuel channel body provided channel, in particular the supply and / or nozzle bore in the oxidant channel and mixes with the flowing there
  • the vortex street causes an advantageously increased Mixing of fuel with the oxidizing agent due to the additional turbulence.
  • the characteristic periodic separations of wake vortices downstream of the fuel channel body additionally advantageously enhance the turbulence of the flow.
  • the turbulence intensity and frequency may be influenced by the dimension and / or shape of the introduced fuel channel body.
  • fuel channel bodies with circular, oval, teardrop-shaped, polygonal, trapezoidal, dragon-shaped or similar cross sections along a transverse direction to the channel longitudinal axis (with or without rounded edges) may be advantageous.
  • the fuel channel body in the flow direction of the oxidant on symmetrical side surfaces wherein the symmetry may be preferably formed as a simple rotation, point and / or mirror symmetry.
  • the side surfaces may also be asymmetrical.
  • At given flow conditions determine, in addition to the formation and axial extent of the side surfaces in the flow direction, an inflow geometry, z. B. flow angle and / or inflow surface / plateau, the upstream part of the fuel channel body, and / or a Abströmgeometrie, z. B. Ablierewinkel and / or outlet geometry, the downstream part of the fuel channel body on the formation and properties of the vortex street.
  • the fuel channel body is preferably arranged in the oxidant channel such that a neutral fiber of the oxidant flow, in particular a channel longitudinal axis of the oxidant channel, extends through the fuel channel body. This arrangement is also referred to below as a centric arrangement of the fuel channel body.
  • the vortex street may, under certain circumstances or operating conditions, introduce instabilities into the combustion chamber, or fan or amplify it. These can influence the combustion characteristics in the burner.
  • Another possibility to influence the effects of the bluff body is to dispose the fuel channel body asymmetrically in the oxidant channel and / or to form the fuel channel body asymmetrically.
  • the turbulence of the flow is increased by the fuel channel body thus arranged and / or formed. As a result, an improvement of the flameless oxidation is possible even with less pronounced vortex street.
  • a second bluff body or other bluff bodies upstream of the fuel channel body lies in the arrangement of a second bluff body or other bluff bodies upstream of the fuel channel body.
  • these bluff bodies can be designed as analogous fuel channel bodies for injecting the fuel or as pure bluff bodies.
  • the bluff bodies or fuel channel bodies in the respective oxidant channel may have different geometries, in particular a deviating cross section and / or a different symmetry of the side surfaces and / or a different topology of the side surfaces, which advantageously suppresses the formation of a dominant frequency in the combustion chamber.
  • a plurality of channels in particular oxidant channels, takes place via the fuel injection into the combustion chamber, the formation of the bluff bodies or fuel Kanal Equity with different geometry, the formation of vortex streets of different amplitude, frequency and / or detachment can be effected.
  • This can have the advantage that the formation of a dominant frequency in the combustion chamber is suppressed, which can increase the stability of the flameless oxidation. This makes it possible to stabilize the combustion process.
  • This effect can also be brought about with only one oxidant channel with fuel injection, in which at least two baffles and / or fuel channel bodies differing in their geometry, in particular in cross section and / or the symmetry of the side surfaces and / or the topology of the side surfaces
  • Oxidant channel be arranged or provided.
  • a fuel channel section and a gas channel section are formed in the fuel channel body, wherein the fuel channel section and the gas channel section open together into the at least one fuel nozzle.
  • the gas passage section conveys a gas, preferably an oxidizing gas such as combustion air, while providing fuel through the fuel passage section. Fuel and gas enter together through the fuel nozzle as a fuel-gas mixture in the oxidant channel, wherein the gas portion of said mixture favors atomization of the fuel.
  • the oxidant channels and the associated fuel nozzles, in particular fuel channels are divided at least into a first burner stage and into a second burner stage, wherein separate and independent fuel supplies, in particular fuel supply channels, are provided for the various burner stages.
  • the burner head in this case has a central pilot stage and a, preferably concentrically arranged around the pilot stage main stage, wherein the main stage is formed by the at least two different burner stages.
  • the central pilot stage stabilizes the combustion and ensures a safe function in transient control processes. In the pilot stage but only a small part of the total fuel flow is implemented. By far the largest share of fuel and power is provided by the two-stage main stage.
  • the two-stage or multi-stage design makes it possible to adapt to changes in power demand such that one or more stages of the main stage are shut down while one or more remaining stages of the main stage operate at their optimum operating point.
  • the invention described in greater detail above and in more detail below finds its preferred use in a gas turbine, which in turn is preferably part of a cogeneration system.
  • a gas turbine which in turn is preferably part of a cogeneration system.
  • the burner head according to the invention can also be used equally advantageously in other burners, for example for heating systems, boilers, exhaust air purification systems, furnaces or the like.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a gas turbine with a burner according to the invention, In a longitudinal sectional view of the burner according to the invention of FIG. 1 with a burner head and a downstream combustion chamber to illustrate the gas guide, in a longitudinal sectional view of a burner head in the form of a burner flange according to the prior art for a burner of FIG. 2 with nozzle nozzles designed as fuel nozzles, in a longitudinal sectional view of a first embodiment of a burner head according to the invention with a formed in the body, annular supply channel for fuel in the form of a sealed, formed in the peripheral surface annular groove, and leading from the supply channel to the respective oxidant channel, the fuel nozzle forming fuel channels, a variant of the arrangement of FIG.
  • Oxidant channel, Fig. 13b is a partial enlargement of the magnification range after
  • 15a to 15h are sectional views in section plane XV-XV of various
  • FIG. 17 shows a further exemplary arrangement of a fuel channel body in the oxidant channel
  • Fig. 18 shows an arrangement of a plurality of fuel channel bodies in
  • Fig. 19 shows a further arrangement of a plurality of fuel channel bodies in
  • Oxidant channel Fig. 20 is a schematic view of a burner head with different fuel channel bodies in different
  • Fig. 21 is a schematic view of a burner head with a
  • Fuel channel body, in the fuel channel portion and a gas channel portion are formed, which together in a
  • the gas turbine 30 includes a compressor 32, a turbine 33 and a burner 35, the compressor 32 being driven by the turbine 33 by means of a shaft 34.
  • the shaft 34 also drives a schematically indicated generator 31 or other engine.
  • the compressor 32 air or another oxidizing agent is sucked in, compressed, and supplied to the burner 35, which is also indicated only schematically, as the oxidant stream or combustion air stream 37.
  • the burner 35 is also supplied fuel, which is oxidized or burned in the burner 35 together with the oxidant stream 37. This results in a high-energy exhaust stream 38, which is derived by the turbine 33 and thereby relaxed, as a result, the turbine 33 and from this, the compressor 32 and the generator 31 is driven.
  • FIG. 2 shows in a longitudinal sectional view of an embodiment of the invention burner 35 of the gas turbine 30 of FIG. 1.
  • the burner 35 and its burner head 36 can also be used for other purposes, for example in heating systems, boilers, kilns, in an exhaust air purification or the like come.
  • the burner 35 comprises at least one combustion chamber 39, at the one end of which a burner head 36 is arranged.
  • the burner head 36 extends along a burner longitudinal axis 1 or concentrically around it, with the burner longitudinal axis extending through the combustion chamber 39 or concentrically therethrough.
  • combustion chambers 39 may also be advantageous.
  • the burner head 36 comprises a basic body 2 which is preferably designed in one piece and in which at least one oxidant channel 3 arranged at a radial distance from the burner longitudinal axis 1 is formed.
  • a plurality of concentrically arranged around the burner longitudinal axis 1 in the base body 2 oxidant channels is provided.
  • the oxidizing agent channels 3 of the preferred example of FIG. 4 are in uniform
  • the oxidizing agent channels 3 have a uniform radial distance from the burner longitudinal axis 1. Furthermore, the oxidant channels 3 in the example according to FIG. 4 have a uniform, circular cross-sectional contour with almost identical channel diameters, as best seen in FIG. 10. However, it can also be advantageous if adjacent oxidant channels 3 have varying angular distances on the circumferential line around the burner longitudinal axis 1 and / or varying radial distances from the burner longitudinal axis 1 and / or deviating channel cross sections, in particular cross-sectional contours and / or diameters.
  • a preferred embodiment may also comprise two, three or more groups of oxidant channels 3, which differ in groups in terms of their angular spacing and / or their radial distance and / or their channel cross-section.
  • the base body 2 according to FIG. 4 still bears centrally on the longitudinal axis of the burner 1 a pilot fuel nozzle 19 whose function will be described in more detail below.
  • the combustion chamber 39 and its outer wall is enclosed by a jacket 40, whereby an annular space is formed.
  • the burner head 36 remote from the end of this annular space of the oxidant stream or the combustion air stream 37 is introduced and led to the opposite side of the burner head 36.
  • an oxidizing agent or combustion air plenum 23 which surrounds the burner longitudinal axis 1 is formed, in which the oxidizing agent collects, deflected in accordance with an arrow 41 and fed into the at least one or into the plurality of oxidant channels 3 on the side opposite the combustion chamber 39 becomes.
  • a flow restrictor element 24 for the oxidant stream 37 which is shown only schematically and not shown in detail, can optionally be arranged, with which the flow rate of the oxidant can be adjusted, controlled or regulated if necessary.
  • the illustrated construction of the burner 35 is only a preferred embodiment.
  • the burner head 36 according to the invention which is described in more detail below, can also be advantageously used in other types of burners 35.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section of a burner head 36 'in the form of a burner flange according to the prior art.
  • the main body 2 ' carries centrally beyond a pilot fuel nozzle 19' to form a pilot stage 1 ⁇ .
  • a fuel nozzle 4' which are formed according to the prior art as a nozzle lance, and which are concentric with the respective channel longitudinal axes 20 '. Trained as a nozzle lance fuel nozzles 4 'are not shown in detail, but above described manner attached to the flange body 2, sealed against this and fed via separate fuel distributor with hoses or pipes or the like with fuel.
  • oxidation channels 3 ' By means of the fuel nozzles 4 'designed as nozzle lances, fuel is introduced into the oxidant flow through the oxidant channels 3' in the same direction and coaxially, thereby producing an oxidation or combustible mixture.
  • FIG. 4 shows a longitudinal section of a first exemplary embodiment of a burner head 36 according to the invention, which in its configuration resembles the burner head 36 according to FIG.
  • Identical features are provided here with the same reference numerals, wherein individual features have already been described above in connection with FIG.
  • the supply channel 13 is supplied with fuel in particular by a single fuel supply 9, wherein the fuel supply 9 may have a flow-limiting element 22, not shown here but shown in FIGS. 1 and 9.
  • the supply channel 13 is designed as an at least partially circumferential annular groove 15 in the base body 2, wherein the annular groove 15 is sealed on its open side.
  • the as a rotation body to The burner longitudinal axis 1 encircling base body 2 has a radially outer peripheral surface 17, in which the annular groove 15 is incorporated from the outside and radially outside closed.
  • the burner head 36 has at least one, in this case exactly one fuel nozzle 4, for each oxidant channel 3. From the additional illustration according to FIG. 10, it is apparent that eight oxidant channels 3 each having a fuel nozzle 4 are provided here by way of example. But it can also be a different number appropriate.
  • the fuel nozzles 4 are at least partially, here all formed by incorporated into the base body 2 fuel channels 5, wherein the fuel channels 5 are connected on its input side to the supply channel 13 and open on its output side in the respective oxidant channel 3.
  • the fuel nozzles 4 and the fuel channels 5 are at least partially and here all connected to the supply channel 13 for the supply of fuel.
  • the fuel channels 5 have nozzle axes 6, which is a radial direction component to the longitudinal axis of the channel 20 of the oxidant channel 3 and / or to
  • the channel longitudinal axes 20 are parallel to the axis of the burner longitudinal axis 1, so that said radial direction components apply equally relative to the channel longitudinal axis 20 and the burner longitudinal axis 1.
  • said axis parallelism does not have to be given so that the radial directional component applies at least with respect to one of the two axes.
  • the longitudinal section shown leads to a sectional plane which is spanned by the burner longitudinal axis 1 and a radial direction 26 thereto.
  • a further cutting plane is spanned by the channel longitudinal axis 20 and a radial direction 27 for this purpose.
  • the nozzle axis 6 lies at a first inclination angle ⁇ relative to the channel longitudinal axis 20 and in a second one
  • the said first and second inclination angles ⁇ , ⁇ are advantageously in a range of> 0 ° to 90 ° inclusive and preferably in a range of from 60 ° to 90 ° inclusive. In the exemplary embodiment shown, both inclination angles ⁇ are at least approximately 90 °. Further details of the burner head 36 according to FIGS. 2 and 4 and in particular further details of the angular position of the nozzle axes 6 are still shown in FIGS. 9, 10 and described in more detail below in their context.
  • FIG. 5 shows a variant of the arrangement according to FIG. 4, wherein the supply channel 13 designed as an annular groove 15 is not formed in the circumferential surface 17 (FIG. 4) but in an end face 18 perpendicular to the longitudinal axis of the burner 1.
  • the fuel channels 5 do not lead from the outside to the inside with a radial direction component, but from the inside to the outside from the supply channel 13 with the radial direction component Oxidant channels 3.
  • the embodiment of FIG. 5 is consistent with that of FIG.
  • FIG. 6 shows a longitudinal section of a further variant of the burner head 36 according to FIG. 4 or 5.
  • the oxidant channels 3 and the associated fuel nozzles 4 or fuel channels 5 are at least in this case a first one
  • the at least two, here exactly two burner stages 7, 8 together form the main stage 12.
  • the burner head 36 has a central pilot stage 1 1 with the associated pilot fuel nozzle 19.
  • Oxidant channels 3 and fuel channels 5 are arranged concentrically around the pilot stage 11.
  • separate and independent fuel feeds 9, 10 are provided, which can be provided as shown in FIGS. 1 and 9 with independent flow limiting elements 22.
  • the two fuel feeds 9, 10 lead into two separate supply channels 13, 14, which are both formed in the peripheral surface 17 of the base body 2 as an annular groove 15, 16 with mutual axial displacement.
  • Both annular grooves 15, 16 with the associated fuel channels 5 are executed according to the annular groove 15 of FIG. 4.
  • the fuel channels 5 of the upper supply channel 13 open into at least one, preferably into a first group of several oxidant channels 3, while the fuel channels 5 open into at least one other, preferably into a second group of several oxidant channels 3. This can be done in the
  • individual oxidant channels 3 or individual groups thereof are switched off or operated with different operating parameters than a respective different oxidant channel 3 or another group thereof.
  • the two burner stages 7, 8 of the main stage 12 can be operated independently of each other and, if necessary, switched off individually.
  • FIG. 7 shows a modification of the burner head 36 according to FIG. 6, in which the two separate supply channels 13, 14 are formed in the end face of the burner head 36 or its basic body 2.
  • This is comparable to the embodiment of FIG. 5 to two in the end face 18 of the body 2 incorporated annular grooves 15, 16, which are arranged in the preferred embodiment shown in the axial direction one above the other and separated by a separating plate.
  • the first fuel supply 9 opens directly into the upper annular groove 15, while the second fuel supply 10 is passed from above through the upper annular groove 15 and below it opens into the annular groove 16.
  • the two supply channels 13, 14 and the two annular grooves 15, 16 may be radially offset from each other, for example, a supply channel 13 may be radially inwardly of the Oxidationsffenkanäle 3 and the other supply channel 14 may be positioned radially outwardly thereof.
  • the supply channels 13, 14 or the associated annular grooves 15, 16 coincide with the supply channel 13 or the annular groove 15 of the embodiment according to FIG. 8 shows in a schematic detail representation a single oxidant channel 3 according to FIGS. 4 to 7 with an optional annular channel 21 which surrounds the oxidant channel 3 in an annular manner.
  • the annular channel 21 is connected to one of the two supply channels 13 described above in a manner not shown.
  • the annular channel 21 runs at least partially, in this case completely closed around the oxidant channel 3. In the illustrated embodiment, it is designed as an annular groove which is closed at the top by a cover 25 and by a cover plate. From the annular channel 21, at least one fuel channel 5, in this case a plurality of fuel channels 5 with associated nozzle axes 6, leads into the oxidant channel 3.
  • FIGS. 2 and 4 to 8 in their other features, reference numerals and optional design options coincide with each other, whereby a combination of such features as for example the combination of an end supply channel 13 with a peripheral supply channel 14 comes into consideration.
  • 9 shows in a perspective longitudinal section illustration the burner head 36 according to FIGS. 2 and 4 for illustrating different angles of the nozzle axis 6.
  • the nozzle axes 6 have first and second angles of inclination ⁇ , ⁇ which are smaller than 90 ° are.
  • Fig. 10 shows a schematic cross-sectional view of the burner head according to FIGS. 2, 4 and 9 for illustrating further optional angular positions of the nozzle axes 6.
  • the cross-sectional plane shown here is perpendicular both to the burner longitudinal axis 1 and to the respective channel longitudinal axis 20. If the channel longitudinal axes 20th deviate from the illustration of FIG.
  • the nozzle axis 6 of the fuel channel 5 in the perpendicular to the burner longitudinal axis 1 measured cross-sectional plane exactly radially to the burner longitudinal axis 1, ie in the radial direction 26.
  • the nozzle axis 6 passes through the burner longitudinal axis 1.
  • the nozzle axis 6 of the fuel channel. 5 in the plane perpendicular to the channel longitudinal axis 20 cross-sectional plane exactly radially to the channel longitudinal axis 20, so runs exactly to the channel longitudinal axis 20.
  • the nozzle axis 6 'of the fuel nozzle 5' in the cross-sectional plane perpendicular to the burner longitudinal axis 1 is measured at a side angle ⁇ to the burner longitudinal axis 1, so that the nozzle axis 6 'does not pass through the burner longitudinal axis 1. But well, the nozzle axis 6 'passes through the associated channel longitudinal axis 20'. From the burner longitudinal axis 1, a radial direction 26 'extends through the assigned channel longitudinal axis 20', the lateral angle ⁇ between the radial direction 26 'and the nozzle axis 6' being measured.
  • a fuel channel 5 "with a nozzle axis 6" is shown.
  • the nozzle axis 6 "of the fuel channel 5" in the direction perpendicular to the channel longitudinal axis 20 "lying cross-sectional plane measured in From the channel longitudinal axis 20 “extends to the mouth of the fuel channel 5" a radial direction 27 ", wherein the helix angle ⁇ between the radial direction 27" and the nozzle axis 6 "is measured.
  • the nozzle axis 6 of the fuel channel 5 has neither a side angle ⁇ , nor a helix angle ⁇ . In other words, the amounts of the side angle ⁇ and the helix angle ⁇ are 0.
  • ß can be a Ver. to achieve turbulent fuel introduction into the respective oxidant channel 20 corresponding to a spiral line 28 of FIG. 9 for good mixing of the fuel with the oxidant.
  • a fuel channel body 42 is provided which in the associated oxidant channel. 3 is guided into it.
  • the fuel channel body 42 is shown in Figures 1 1 and 12 in a total of four different exemplary embodiments, wherein in practice preferably more fuel channel body 42 of the same design are used. Of course, it is also possible to provide mixed designs within a burner head 36.
  • the various fuel channel body 42 is the formation of at least one fuel nozzle 4 at each of a fuel channel body 42 and the optional, preferred positioning of the fuel nozzle 4 at least approximately wise on the channel longitudinal axis 20. In all cases is located within the Preferably, but not necessarily, the fuel channel section 43 is fed from an associated supply channel 13, 14, as described above in connection with FIGS. 4 to 7, 9 and 10 is.
  • the respective fuel channel body 42 may protrude beyond the associated oxidant channel 3 on only one side in a cantilever manner. In the preferred embodiments shown, it is guided into the respective oxidant channel 3 in such a way that it passes completely through it transversely to its channel longitudinal axis 20 and in this case on both sides against the opposite walls of the respective one
  • Oxidant channel 3 is supported.
  • the fuel channel bodies 42 have a circular cross-section, wherein they are formed here overall cylindrical. But there are also deviating cross-sectional shapes, in particular for reducing the flow resistance into consideration, such as elliptical, teardrop-shaped or otherwise streamlined cross-sectional shapes.
  • the fuel channel section 43 is formed as a through-hole, which completely passes through the fuel channel section 43 in its longitudinal direction, ie perpendicular to the longitudinal channel axis 20.
  • a shortened, designed as a blind bore fuel channel section 43 may be provided which extends only to the fuel nozzle 4 according to the right half of FIG.
  • a channel section branches off, which forms the fuel nozzle 4, the associated nozzle axis 6 being congruent with the channel longitudinal axis 20.
  • it can also be an axis parallelism with a distance between the nozzle axis 6 and the channel longitudinal axis 20 appropriate.
  • FIG. 12 Another variant is shown in the right half of FIG. 12, wherein instead of a single fuel nozzle 4 more, here two fuel nozzles 4, for example a fuel channel body 42 are formed, which are spaced from the channel walls of the associated oxidant channel 5 and in particular in the vicinity of the associated channel longitudinal axis 20.
  • the plurality of fuel nozzles 4 are advantageously fed from a common fuel channel section 43.
  • a shortened fuel channel section 43 analogous to the right-hand half of FIG. 11 may also be expedient.
  • the fuel nozzles 4 are aligned in the flow direction of the oxidant channel 3, wherein an at least approximately central injection of the fuel into the respective oxidant channel 3 takes place.
  • FIG. 12 shows yet another variant with a fuel channel section 43 guided obliquely through the fuel channel body 42.
  • the fuel channel section 43 directly forms at its outlet end the fuel nozzle 4 whose nozzle axis 6 is equal to the fuel channel axis.
  • the nozzle axis 6 thus has both an axial and a radial direction component with respect to the plane of the burner longitudinal section shown here.
  • the nozzle axis 6 is based on the direction of the longitudinal axis of the burner 1 or the longitudinal axis of the channel 20, as well as with respect to the direction of the respective associated radial direction 26, 27 in a deviating from 0 ° and 90 °
  • the various exemplary embodiments of the fuel channel body 42 in their other features and reference numerals which also applies to the comparison of the burner heads 36 according to FIGS. 11 and 12 with the burner head 36 according to FIG. 4.
  • the fuel channel bodies 42 according to the invention can also be used in any other burner heads, in particular in burner heads 36 in accordance with the further exemplary embodiments described here in their entirety.
  • FIG. 13 a repeats the view on the exemplary embodiment of FIG. 11 already described above, wherein with the dashed box a magnification range is selected, which is shown enlarged in FIG. 13 b.
  • vortex streets 50.1, 50.2 indicated in each of the two oxidant channels 3 shown by way of example are symbolically indicated, wherein in the sectional views of FIGS. 13a and 13b the vortex symbols for a better illustration are compared with the true expression of Karman vortexes on a Discharge body are drawn rotated by 90 ° about the channel longitudinal axis 20.
  • the different characteristics of the representations of the vortex streets 50.1, 50.2 are intended here to indicate the variability and variance of the vortex formation, which has already been described in the introduction, as a function of the geometries of the fuel channel bodies 42 as bluff bodies in the oxidant flow.
  • FIG. 13b shows the region around a fuel channel body 42 of the burner head 36 with three sectional planes XIV-XIV, XV-XV and XVI-XVI through the fuel channel body 42, which are taken up in FIGS. 14, 15 and 16 described below.
  • FIGS. 14a to 14h show various exemplary variants of the body cross-section, in particular at the height of the channel longitudinal axis 20 of the oxidant channel 3, of the fuel channel body 42. Circular or oval cross sections (FIGS. 14a to 14c) and polygonal cross sections (FIGS. 14d to 14h) are thereby produced. shown explicitly. The embodiment of a polygonal cross-section with rounded corners or edges shown in FIG.
  • FIGS. 14a to 14h additionally has an effect on the vortex formation in FIG the vortex street 50.
  • the feature of the corner or edge rounding can be applied analogously to the other polygonal embodiments shown with similar effect on the vortex formation.
  • the vortex symbols are now shown in FIGS. 14a to 14h in the correct rotational position about the channel longitudinal axis.
  • the fuel channel bodies 42 of FIGS. 14a to 14d and 14f to 14h shown in detail each have a fuel nozzle 4 directed into the oxidant channel 3 in the form of a nozzle bore, which is preferably aligned parallel to the flow direction of the oxidizer along the channel longitudinal axis 20.
  • the fuel nozzle 4 is also oriented substantially perpendicular to a downstream oriented, preferably perpendicular to the channel longitudinal axis 20 oriented, an outlet geometry 44 of the respective fuel channel body forming outlet surface 45 oriented.
  • the fuel is injected substantially tangentially to the forming vortex street 50 in the vortex, preferably directly into the wake.
  • An analogous injection is in the examples of Figures 14a to 14c by the channel axis 20 in
  • Substantially parallel alignment of the fuel nozzle 4 in the fuel channel body 42 achieved.
  • more than one fuel nozzle 4 is provided in the fuel channel body 42, which may in particular also have different orientations to the outlet surface 45 or to the channel longitudinal axis 20 (see, for example, FIG.
  • FIG. 14 e shows an example with an alternative outlet geometry 44 in the form of an outlet wedge with two outlet surfaces 45 oriented at an outlet angle.
  • a fuel nozzle 4 is provided, which supplies the fuel at least with a radial pulse component into the outlet
  • Oxidizing agent can inject or inject.
  • the radial pulse component can be adjusted over the outlet angle and / or orientation of the fuel nozzle 4 to the outlet surface 45.
  • the fuel nozzles 4 are substantially perpendicular to the outlet surface. However, provision may also be made for at least one of the fuel nozzles 4 to be tilted at a nozzle angle against a surface normal on the outlet surface 45.
  • Figures 15a to 15h show various exemplary variants of the cross section of a fuel channel body 42 in the section plane XV-XV of Figure 13b, i. with distance to the channel longitudinal axis 20 but parallel to this.
  • the off-axis cross sections shown here of the body cross sections according to FIGS. 14a to 14h are intended to show some further degrees of freedom of the skilled person in the design of the fuel channel body 42 for the specific application or the operating map for oxidant flow and fuel injection to be covered by the burner head design. Again, the vortex symbols are shown in the correct rotational position about the channel longitudinal axis.
  • a diameter of the circular cross-section of the fuel channel body 42 is reduced compared to the cross section in the sectional plane XIV-XIV.
  • This diameter reduction can be provided continuously in stages or preferably at least in sections. It may be different
  • the cross section can also be designed to be sloping or rising on the plane opposite the sectional plane XV-XV viewed from the channel longitudinal axis 20.
  • Fuel channel body 42 is formed by a supply channel 13, 15 facing the end to the opposite end in diameter decreasing. Furthermore, FIG. 15 a shows the fuel channel section 43 running in the fuel channel body 42, which in this example is designed as a preferred round bore. Analogously to the example according to FIG. 15a, in the example according to FIG. 15b, the external dimensions of the cross section in the sectional plane XV -XV are reduced compared to the characteristic in the sectional plane XIV-XIV of FIG. 14b. It may be advantageous if, in addition, as shown in Fig. 15b, the oval cross-section as a whole slimmer, ie an eccentricity of the oval with increasing from the channel longitudinal axis 20 distance is increasingly formed. Analogous to the example according to FIG. 15 a, the fuel channel section 43 is designed as a preferred round bore.
  • the cross section in the sectional plane XV-XV of the exemplary fuel channel body 42 is substantially identical to the cross section in the plane XIV-XIV (see FIG. 14c), preferably substantially constant over a transverse extent of the fuel channel body 42 carried out the oxidant channel 3.
  • the fuel channel section 43 is quadrangular, wherein other polygonal or convex cross sections may also be provided. These channel cross sections can be produced, for example, by introducing the channel as a groove into the fuel channel body, which is closed again in a second step toward the lateral surface of the fuel channel body 42.
  • FIGS. 15d-15h take the variations shown in the previous examples and apply them to the respective cross-sectional geometries, without adding any essential aspects.
  • FIGS. 16 a to 16 d show a cross section through exemplary embodiments of a fuel channel body 42 in the sectional plane XVI-XVI, that is to say, FIG. H. shown at the height of the fuel channel section 43 along the channel longitudinal axis.
  • the transverse cross section (sectional plane XVI-XVI) of the fuel channel body 42 is substantially rectangular, in particular the two are contour lines 46 separating oxidant channel 3 are aligned parallel to one another.
  • the side surfaces which produce the contour lines 46 in the projection of the section plane XVI-XVI are also aligned parallel to each other, resulting in a cross section similar to the example of FIGS. 14g and 15g.
  • the side surfaces may also be aligned at an angle to each other, so that in section plane XIV-XIV and XV-XV a cross section similar to the
  • FIGS. 14d to 14f or 14g Examples according to FIGS. 14d to 14f or 14g would result.
  • the examples according to FIGS. 14a to 14c and 15a to 15c also have the potential to be combined with a transverse cross section according to FIG. 16a.
  • FIGS. 16b to 16c now show alternative cross sections of the fuel channel body 42 in the sectional plane XVI-XVI with convex and / or concave contour lines 46.
  • the contour lines 46 can be made constant or variable along the channel longitudinal axis 20 extending into the drawing planes in that the respective corresponding side surfaces of the fuel channel body can be designed to run parallel or otherwise to one another.
  • the specific training depends on the turbulence properties of the flow channel body 42 to be achieved and can not be represented conclusively at this point.
  • the vortex street 50 may, under certain circumstances, introduce instabilities into the combustion chamber, or fan it or act on it in a reinforcing manner. This is In particular, the case that induced by the congestion effect of the fuel channel body 42 vortex and / or vortex separation solutions have a frequency in the vicinity of a resonant frequency of the hot gas in the combustion chamber.
  • FIG. 17 shows an exemplary embodiment in which the flow channel body 42 is arranged at a distance from the channel longitudinal axis 20 in the oxidant channel 3.
  • the flow channel body 42 is preferably radially offset by a certain distance from the neutral fiber of the oxidant flow.
  • Fig. 18 shows a further alternative or additional possibility, as the effects of the vortex formation on the fuel channel body 42 on which the
  • Burner head 35 subsequent combustion chamber, the flame tube and the running therein flameless oxidation can be reduced.
  • at least one further bluff body 42 ' is arranged upstream of the fuel channel body 42, which is arranged to inject fuel into the oxidant.
  • this may alternatively be a further fuel channel body 42 '.
  • the vortex upstream of the jam 42 'vortex of a first vortex characteristic (frequency, amplitude, etc.) are generated, which at least partially broken at the second barrage of the fuel channel body 42 and converted into vortices of another vortex characteristic, preferably with lower amplitude.
  • a first vortex characteristic frequency, amplitude, etc.
  • FIG. 19 shows a further alternative or supplementary embodiment of the invention for suppressing instabilities, resonance phenomena or other conditions which have a negative effect on the burning behavior, in particular the stability of the flameless oxidation. If a plurality of fuel channel bodies 42 of different geometry are used in the oxidant channel, in particular arranged in the oxidant channel 3, each of the fuel channel bodies 42 generates its own vortex street 50 with a specific vortex characteristic, the vortex characteristics of at least the fuel channel bodies 42 being different
  • Geometry differ from each other.
  • three fuel channel bodies 42 are provided in an oxidant channel.
  • the fuel channel body 42 are arranged along the channel longitudinal axis 20 at the same axial height, parallel to each other.
  • Each fuel channel body 42 has one of his
  • FIG. 21 is another schematic view of an oxidant channel 3 into which a fuel channel body 42 has been inserted. More specifically, the fuel channel body 42 passes completely through the oxidant channel 3, thus leading from one channel wall to the opposite channel wall, where it acts as a bluff body with the formation of an indicated vortex street 50. For the sake of better illustration, in FIG. 21 the vortex symbols are in turn rotated by 90 ° to the longitudinal axis of the channel.
  • the fuel channel body 42 is provided with at least one, here by way of example with exactly one fuel nozzle 4.
  • a fuel channel section 43 and a gas channel section 47 are formed in the fuel channel body 42, which open into the at least one fuel nozzle 4 together in a manner described in greater detail below.
  • a gas preferably an oxidative or oxygen-containing gas such as air
  • a liquid fuel is passed through the fuel passage section 43 and through a connection opening 48 in the gas passage section 47, wherein the connection opening 48 is advantageously in close proximity to the fuel nozzle 4.
  • a fuel-gas mixture 49 which is here a fuel-air mixture, and which enters through the fuel nozzle 4 into the oxidant channel 3.
  • the fuel-gas mixture 49 relaxes, resulting in atomization of the fuel in the combustion air stream 37.
  • the mode of operation of the atomization is shown here by way of example on only one oxidant channel 3 with only one fuel channel body 42.
  • several fuel channel sections 43 advantageously comprise a common fuel reservoir, for example one of the annular supply channels 13, 14 according to FIGS 13a, 13b can be fed, and then analogous to several gas channel sections 47 can be fed from a common gas reservoir, for example in the form of such annular grooves or annular spaces.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf (36) für einen Brenner (35) sowie eine Gasturbine (30) mit einem Brenner (35) umfassend einen solchen Brennerkopf (36). Der Brennerkopf (36) erstreckt sich entlang einer Brennerlängsachse (1) und umfasst zumindest einen in einem radialen Abstand zur Brennerlängsachse (1) in einem Grundkörper (2) angeordneten und eine Kanallängsachse (20) aufweisenden Oxidationsmittelkanal (3) sowie zumindest eine in den zumindest einen Oxidationsmittelkanal (3) mündende Brennstoffdüse (4). Ein Brennstoffkanalkörper (42) ist in den Oxidationsmittelkanal (3) hinein geführt, wobei zumindest eine Brennstoffdüse (4) am Brennstoffkanalkörper (42) ausgebildet und insbesondere zumindest näherungsweise auf der Kanallängsachse (20) angeordnet ist. Bei der Gasturbine (30) weist der Brennerkopf (36) eine zentrale Pilotstufe (11) und eine konzentrisch um die Pilotstufe (11) angeordnete Hauptstufe (12) auf, wobei die Hauptstufe (12) durch die mindestens eine Brennerstufe (7, 8) gebildet ist. Für jede Brennerstufe (7, 8) ist im Grundkörper (2) je ein unabhängiger Versorgungskanal (13, 14) in Form einer zumindest teilweise umlaufenden und verschlossenen Ringnut (15, 16) zur Bildung getrennter und voneinander unabhängiger Brennstoffzufuhren (9, 10) für die Brennerstufen (7, 8) ausgebildet, wobei die Gasturbine (30) zumindest teilweise über einen Abgasstrom (38) des Brenners (35) angetrieben wird.

Description

Brennerkopf eines Brenners und Gasturbine mit einem solchen Brenner
Die Erfindung betrifft einen Brennerkopf eines Brenners der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung sowie eine Gasturbine mit einem, einen solchen Brennerkopf aufweisenden Brenner.
Für die dezentrale Versorgung beispielsweise von Unternehmen mit elektrischer, thermischer und/oder mechanischer Energie werden zunehmend Kraft- Wärme- Kopplungssysteme eingesetzt, die mit einer Verbrennungskraftmaschine insbesondere in Form einer Mikrogasturbine betrieben werden. Solche Mikrogasturbinen sind Gasturbinen der unteren Leistungsklasse, also bis etwa 500 kW Nennleistung. Kraft- Wärme-Kopplungssysteme dieser Art umfassen in bekannter Bauform neben der Ver- brennungskraftmaschine selbst noch einen von der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Kraftwandler insbesondere in Form eines elektrischen Generators sowie eine Abwärmevorrichtung für die Nutzung der im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Abwärme. Die genannten Gasturbinen weisen zwischen Verdichter und Turbine einen Brenner auf, in dem Brennstoff mit einem Oxidationsmittel, im Regelfall mit Luft oxidiert bzw. verbrannt wird. Die erforderliche Vermischung von Brennstoff und Oxidationsmittel erfolgt in einem Brennerkopf. Dieser ist typischerweise an einen Brennerflansch angebracht, über den auch die Brennstoffversorgungsleitungen geführt werden. Nach dem Brennerkopf ist ein Brennraum nachgeschaltet. Der Brennerkopf erstreckt sich entlang einer Brennerlängsachse und umfasst meist mehrere in einem radialen Abstand zur Brennerlängsachse in einem Grundkörper angeordnete Oxidationsmittelkanäle. In die Oxidationsmittelkanäle mündet je eine Brennstoff düse, die nach dem Stand der Technik als Düsenlanze ausgebildet ist. Je eine Düsenlanze liegt dabei vorzugsweise koaxial in je einem Oxidationsmittelkanal. Gehalten werden die Düsenlanzen üblicherweise am Brennerflansch, wo diese durch einen konstruktiven Absatz in axialer Richtung ausgerichtet und gelagert werden. Die Fixierung der Brennerdüsen erfolgt in der Regel mittels Platten, welche mit dem Brennerflansch verschraubt werden. Hierbei werden die Düsenlanzen über die einzelnen im Brennerflansch befindlichen, als Durchgangs- bohrungen ausgeführten Oxidationsmittelkanäle in die Brennkammer eingebracht. Die Brennstoffversorgung erfolgt über einzelne Schläuche, die über einen stromauf liegenden externen Verteilerring gespeist werden oder auch einen Brennstoffversorgungskanal im Brennerflansch aufweisen. In den bisher realisierten Systemen werden die Brennstoffdüsen aus Vollmaterial hergestellt.
Hierbei entstehen ein hoher Fertigungs-, Montage- und Demontageaufwand und wegen der hohen Anzahl an Einzelkomponenten ein gesteigerter Kostenaufwand. Insbesondere ist die Fertigung der Düsenlanzen teuer, da dünne Bohrungen (1 bis 4 mm Durchmesser) über eine Länge von mehreren Zentimetern zur Durchleitung des Brennstoffes benötigt werden. Als weitere Nachteile wurden ein hohes Leckagerisiko durch Einzeldichtungen mit oftmals bauraumbedingten kleinen Dichtflächen, eine Fehleranfälligkeit durch die Installationskomplexität, das Erfordernis eines externen Brennstoffverteilerrings sowie von einzelnen Schlauch- und/oder Rohrverbindungen vom Brennstoffverteilerring zu den Brennstoffdüsen identifiziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Brennerkopf derart weiterzubilden, dass bei vereinfachtem Aufbau eine erhöhte Zuverlässigkeit erzielt wird. Diese Aufgabe wird durch einen Brennerkopf mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Der Erfindung liegt des Weiteren die Aufgabe zu Grunde, eine Turbine, insbesondere eine Gasturbine oder eine Mikrogasturbine mit einem verbesserten Brenner anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Turbine mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Grundkörper des Brennerkopfs mindestens ein Versorgungskanal zur Brennstoffversorgung der mindes- tens einen Brennstoffdüse ausgebildet ist. Insbesondere ist eine Mehrzahl von um die Brennerlängsachse herum in dem Grundkörper angeordneten Oxidationsmittelkanälen mit mindestens je einer in jeweils einen Oxidationsmittelkanal mündenden Brennstoff- düse vorgesehen, wobei die Brennstoffdüsen zumindest teilweise und insbesondere sämtlich mit dem mindestens einen Versorgungskanal zur Versorgung mit Brennstoff verbunden sind. Durch die Integration des Versorgungskanals in den Grundkörper des Brennerkopfes kann auf die nach dem Stand der Technik übliche und erforderliche komplizierte Anordnung von Schläuchen, Rohrleitungen oder dergleichen verzichtet werden. Die Ausgestaltung des Versorgungskanals im Grundkörper des Brennerkopfes ist konstruktiv einfach im Aufbau, lässt sich kostengünstig herstellen, und ist darüber hinaus zuverlässig in der Funktion.
Nach der Erfindung ist ein Brennstoffkanalkörper in den Oxidationsmittelkanal hinein geführt, wobei die mindestens eine Brennstoffdüse am Brennstoffkanalkörper ausgebildet und insbesondere zumindest näherungsweise auf der Kanallängsachse an- geordnet ist. Dabei soll unter "in den Oxidationsmittelkanal hineingeführt" insbesondere verstanden werden, dass der Brennstoffkanalkörper in einen Öffnungsquerschnitt des Oxidationsmittelkanals hineinragt, diesen zumindest teilweise durchsetzt, durchzieht oder in Teilquerschnitte aufteilt, und/oder dass der Brennstoffkanalkörper im
Oxidationsmittelkanal angeordnet und/oder vorgesehen ist. Auch hier ist eine einfache Bauform unter Verzicht auf die nach dem Stand der Technik üblichen Düsenlanzen gegeben. Die genannte Bauform führt zu einer Positionierung der Brennstoffdüse auf der Kanallängsachse oder zumindest in hinreichender Nähe dazu. Jedenfalls ist eine zumindest im Wesentlichen zentrale Brennstoffinjektion erreichbar, die eine saubere Gemischbildung begünstigen kann. In einer bevorzugten Variante weist der Brennstoff- kanalkörper eine Versorgungsbohrung zur Versorgung einer im Brennstoffkanalkörper vorgesehenen und mit der Versorgungsbohrung verbundenen Düsenbohrung mit Brennstoff aus dem Versorgungskanal auf. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass die Düsenbohrung so ausgebildet ist, dass diese direkt aus dem Versorgungskanal mit Brennstoff versorgt werden kann.
Der Brennstoffkanalkörper kann dabei einteilig mit dem Grundkörper des Brennerkopfes oder mit diesem verbunden ausgeführt sein. In einer bevorzugten Variante kann der Brennstoffkanalkörper als Einschiebe- und/oder Einpressbauteil zur Applikation im Oxidationsmittelkanal ausgeführt oder ausgebildet sein. In einer bevorzugten Aus- führung als Applikationskörper weist der Brennstoffkanalkörper vor seiner Platzierung im Oxidationsmittelkanal noch keine Versorgungsbohrung auf. Diese erst wird nach dessen Applikation im Oxidationsmittelkanal durch eine vom Versorgungskanal her eingebrachte Bohrbearbeitung erzeugt. Unter einer Bohrbearbeitung wird dabei insbesondere jegliches Verfahren zur Her- oder Bereitstellung einer bohrungs- oder kanal- artigen Ausnehmung in einem Vollmaterial verstanden. Insbesondere kann auch eine Erodier- und/oder Laserbearbeitung in Betracht kommen. Ist im Brennstoffkanalkörper vor der Applikation bereits die Düsenbohrung ausgebildet, wird diese mit der Bohrbearbeitung derart angebohrt, dass die Düsenbohrung vom Versorgungskanal aus mit Brennstoff versorgt werden kann. Alternativ kann auch vorgesehen sein, dass die Düsenbohrung erst zusammen mit oder nach der Bohrbearbeitung für die Versorgungsbohrung hergestellt wird.
In einem weiteren Aspekt wirken die Brennstoffkanalkörper als Staukörper in der Luft- zuf hrung eines Brenners, insbesondere eines FLOX®-Brenners (FLOX® steht dabei für die flammenlosen Oxidation eines Brennstoffs). Aufgrund dieses Staukörpers wird eine Wirbelstraße stromab initiiert. Der Brennstoff wird über die Brennstoffkanalkörper vorgesehenen Kanal, insbesondere die Versorgungs- und/oder Düsenbohrung, in den Oxidationsmittelkanal eingebracht und vermischt sich mit dem dort strömenden
Oxidationsmittel. Die Wirbelstraße verursacht dabei eine vorteilhaft erhöhte Ver- mischung von Brennstoff mit dem Oxidationsmittel aufgrund der zusätzlichen Ver- wirbelungen. Die charakteristischen periodischen Ablösungen von Wirbelschleppen stromab des Brennstoffkanalkörpers verstärken zusätzlich vorteilhaft die Turbulenz der Strömung. Hierdurch wird der Vermischungseffekt der flammenlosen Oxidation, der auf einer hohen Turbulenz basiert, verstärkt und somit weiter verbessert.
Die Verwirbelungsintensität und Frequenz kann durch die Dimension und/oder Form des eingebrachten Brennstoffkanalkörpers beeinflusst werden. Abhängig von den im Betrieb herrschenden Strömungsbedingungen können dabei Brennstoffkanalkörper mit kreisähnlichem, ovalem, tropfenförmigen, polygonalen, trapezoiden, drachenförmigen oder ähnlichen Querschnitten entlang einer Querrichtung zur Kanallängsachse (mit oder ohne verrundete Kanten) von Vorteil sein.
In bevorzugten Ausführungen weist der Brennstoffkanalkörper in Strömungsrichtung des Oxidationsmittels symmetrische Seitenflächen auf, wobei die Symmetrie vorzugsweise als einfach Rotations-, Punkt- und/oder Spiegelsymmetrie ausgebildet sein kann. In speziellen Beispielen können die Seitenflächen jedoch auch asymmetrisch ausgebildet sein. Bei gegebenen Strömungsbedingungen bestimmen, neben der Ausbildung und Axialerstreckung der Seitenflächen in Strömungsrichtung, eine Anströmgeometrie, z. B. Anströmwinkel und/oder Anströmfläche/-plateau, des stromauf gerichteten Teils des Brennstoffkanalkörpers, und/oder eine Abströmgeometrie, z. B. Ablösewinkel und/oder Auslaufgeometrie, des stromab gerichteten Teils des Brennstoffkanalkörpers über die Ausbildung und die Eigenschaften der Wirbelstraße.
Durch Auswahl eines Brennstoffkanalkörpers mit geringem Rückströmgebiet kann zusätzlich eine Reaktion nahe am Körper verhindert werden, da der Brennstoff von dem Staukörper abströmt und erst stromab von diesem mit dem Oxidationsmittel reagiert. Bevorzugt ist der Brennstoffkanalkörper so im Oxidationsmittelkanal angeordnet, dass eine neutrale Faser der Oxidationsmittelströmung, insbesondere eine Kanallängsachse des Oxidationsmittelkanals durch den Brennstoffkanalkörper verläuft. Diese Anordnung wird im Weiteren auch als zentrische Anordnung des Brennstoffkanalkörpers be- zeichnet.
Die Wirbelstraße kann unter gewissen Umständen bzw. Betriebszuständen Instabilitäten in den Brennraum einbringen, bzw. anfachen oder Verstärken. Diese können die Verbrennungscharakteristik im Brenner beeinflussen. Eine weitere Möglichkeit die Aus- Wirkungen des Staukörpers zu beeinflussen, besteht darin, den Brennstoffkanalkörper asymmetrisch im Oxidationsmittelkanal anzuordnen und/oder den Brennstoffkanalkörper asymmetrisch auszubilden. Trotz Reduktion der Wirbelstraßenintensität wird die Turbulenz der Strömung durch den so angeordneten und/oder ausgebildeten Brennstoffkanalkörper erhöht. Hierdurch ist eine Verbesserung der flammlosen Oxidation auch bei geringer ausgeprägter Wirbelstraße möglich.
Eine weitere Möglichkeit die periodische Ablösung in einem Nachlaufgebiet stromab des Brennstoffkanalkörpers zu beeinflussen, insbesondere zu reduzieren, liegt in der Anordnung eines zweiten Staukörpers oder weiteren Staukörpern stromauf des Brenn- stoffkanalkörpers. Diese Staukörper können dabei je nach Bedarf als analoge Brenn- stoffkanalkörper mit zur Eindüsung des Brennstoffs oder als reine Staukörper ausgebildet sein. Die Staukörper oder Brennstoffkanalkörper im jeweiligen Oxidations- mittelkanal können dabei voneinander abweichende Geometrien, insbesondere einen abweichenden Querschnitt und/oder eine abweichende Symmetrie der Seitenflächen und/oder eine abweichende Topologie der Seitenflächen aufweisen, wodurch vorteilhaft die Ausbildung einer dominanten Frequenz im Verbrennungsraum unterdrückt wird.
Wenn über die Brennstoffeindüsung in den Brennraum mehrere Kanäle, insbesondere Oxidationsmittelkanäle erfolgt, kann durch Ausbildung der Staukörper oder Brennstoff- kanalkörper mit verschiedener Geometrie die Ausbildung von Wirbelstraßen unterschiedlicher Amplitude, Frequenz und/oder Ablösung bewirkt werden. Dies kann den Vorteil haben, dass die Ausbildung einer dominanten Frequenz im Verbrennungsraum unterdrückt wird, was die Stabilität der flammenlosen Oxidation erhöhen kann. Hier- durch ist eine Stabilisierung des Verbrennungsprozesses möglich. Dieser Effekt kann auch bei nur einem Oxidationsmittelkanal mit Brennstoffeindüsung herbeigeführt werden, in dem mindestens zwei, in ihrer Geometrie, insbesondere im Querschnitt und/oder der Symmetrie der Seitenflächen und/oder der Topologie der Seitenflächen, voneinander abweichenden Staukörper und/oder Brennstoffkanalkörper im
Oxidationsmittelkanal angeordnet oder vorgesehen werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind im Brennstoffkanalkörper ein Brennstoffkanalabschnitt und ein Gaskanalabschnitt ausgebildet, wobei der Brennstoffkanalabschnitt und der Gaskanalabschnitt gemeinsam in die mindestens eine Brennstoffdüse münden. Durch den Gaskanalabschnitt wird ein Gas, bevorzugt ein Oxidationsgas wie Verbrennungsluft gefördert, während durch den Brennstoffkanalabschnitt Brennstoff bereitgestellt wird. Brennstoff und Gas treten gemeinsam durch die Brennstoffdüse als Brennstoff-Gas-Gemisch in den Oxidationsmittelkanal ein, wobei der Gasanteil des genannten Gemisches eine Zerstäubung des Brennstoffs begünstigt.
In bevorzugter Weiterbildung sind die Oxidationsmittelkanäle und die zugeordneten Brennstoffdüsen, insbesondere Brennstoffkanäle mindestens in eine erste Brennerstufe und in eine zweite Brennerstufe aufgeteilt, wobei für die verschiedenen Brennerstufen getrennte und voneinander unabhängige Brennstoffzufuhren, insbesondere Brennstoff- Versorgungskanäle vorgesehen sind. Insbesondere weist der Brennerkopf dabei eine zentrale Pilotstufe und eine, vorzugsweise konzentrisch um die Pilotstufe angeordnete Hauptstufe auf, wobei die Hauptstufe durch die mindestens zwei verschiedenen Brennerstufen gebildet ist. Hierdurch kann eine optimale Anpassung an unterschiedliche Lastzustände erreicht werden. Die zentrale Pilotstufe stabilisiert die Verbrennung und gewährleistet eine sichere Funktion bei transienten Regelprozessen. In der Pilotstufe wird aber nur ein geringer Teil des gesamten Brennstoffstromes umgesetzt. Der weitaus größte Brennstoffumsatz- und Leistungsanteil wird von der zweistufigen Hauptstufe bereitgestellt. Durch die zwei- oder mehrstufige Ausführung kann eine An- passung an Änderungen im Leistungsbedarf derart erfolgen, dass eine oder mehrere Stufen der Hauptstufe abgeschaltet werden, während eine oder mehrere verbleibende Stufen der Hauptstufe in ihrem optimalen Betriebspunkt arbeiten.
Die oben im Grundsatz und weiter unten im Detail näher beschriebene Erfindung findet ihren bevorzugten Einsatz in einer Gasturbine, welche ihrerseits bevorzugt Teil eines Kraft- Wärme-Kopplungs Systems ist. Hierbei kommen die genannten Vorteile in voller Breite zum Tragen. Der erfindungsgemäße Brennerkopf lässt sich aber auch gleichermaßen vorteilhaft in anderen Brennern beispielsweise für Heizanlagen, Heizkessel, Abluftreinigungsanlagen, Öfen oder dergleichen einsetzen.
Insbesondere bei Reinigungsanlagen zur thermischen oder regenerativen thermischen Oxidation von mit brennbaren Schadstoffen belasteten Abgasen, Ablüften und/oder Abwässern kann durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Brennerkopfes eine Reinigungsleistung auch bei sich rasch und/oder stark variierenden Heizwerten der Ab- gase, Ablüfte und/oder Abwasser und/oder bei sich rasch und/oder stark fluktuierenden Masseströmen vorteilhaft stabilisiert werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 in einer schematischen Blockdarstellung eine Gasturbine mit einem erfindungsgemäßen Brenner, in einer Längsschnittdarstellung den erfindungsgemäßen Brenner nach Fig. 1 mit einem Brennerkopf und einer nachgeschalteten Brennkammer zur Darstellung der Gasführung, in einer Längsschnittdarstellung einen Brennerkopf in Form eines Brennerflansches nach dem Stand der Technik für einen Brenner nach Fig. 2 mit als Düsenlanzen ausgeführten Brennstoffdüsen, in einer Längsschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennerkopfes mit einem im Grundkörper ausgebildeten, ringförmigen Versorgungskanal für Brennstoff in Form einer verschlossenen, in der Umfangsfläche ausgebildeten Ringnut, und mit vom Versorgungskanal zum jeweiligen Oxidationsmittelkanal führenden, die Brennstoffdüsen bildenden Brennstoffkanälen, eine Variante der Anordnung nach Fig. 4, bei der der ringförmige Versorgungskanal in einer Stirnfläche des Brennerkopfes ausgebildet ist, eine weitere Variante des Brennerkopfes nach Fig. 4 oder 5 mit zwei getrennten Versorgungskanälen in der Umfangsfläche für die Brennstoffversorgung von zwei unabhängigen Brennerstufen einer Hauptstufe des Brenners, eine Abwandlung des Brennerkopfes nach Fig. 6, bei der die zwei getrennten Versorgungskanäle in der Stirnfläche des Brennerkopfes ausgebildet sind, in einer schematischen Detaildarstellung einen einzelnen
Oxidationsmittelkanal nach den Fig. 4 bis 7 mit einem optionalen, um den Oxidationsmittelkanal umlaufenden Ringkanal, in einer perspektivischen Längsschnittdarstellung den Brennerkopf nach Fig. 4 zur Veranschaulichung verschiedener Winkel der Düsenachsen zur Brennerlängsachse bzw. zur jeweiligen Kanallängsachse und des daraus folgenden Strömungsbildes, in einer schematischen Querschnittsdarstellung den Brennerkopf nach Fig. 4 zur Veranschaulichung eines optionalen Drallwinkels der jeweiligen Düsenachsen, eine Variante der Anordnung nach Fig. 4 mit zwei verschieden ausgeführten Brennstoffkanalkörpern, die in den jeweiligen Oxidationsmittelkanal hinein geführt sind, wobei die jeweilige Brennstoffdüse am Brennstoffkanalkörper ausgebildet und zumindest näherungsweise auf der Kanallängsachse angeordnet ist, wobei in der einen Ausführungsform die Brennstoffdüse mit einem quer zur Kanallängsachse verlaufenden, durchgehenden Brennstoffkanalabschnitt verbunden ist, und wobei in der anderen Ausführungsform die Brennstoffdüse aus einem abgewinkelten Brennstoffkanalabschnitt gespeist wird, die Anordnung nach Fig. 11 mit alternativ ausgestalteten Brenn- stoffkanalkörpern, wobei in der einen Ausführungsform die Brennstoffdüse durch einen schräg verlaufenden Brennstoffkanalabschnitt gespeist wird, und wobei in der anderen Ausführungs- form zwei achsnahe Brennstoffdüsen mit einem quer zur Kanallängsachse verlaufenden Brennstoffkanalabschnitt verbunden sind, Fig. 13a die Anordnung nach Fig. 11 mit einem gestrichelt markierten
Vergrößerungsbereich und schematisch angedeuteten, durch die Brennstoffkanalkörper verursachte Wirbelschleppen im
Oxidationsmittelkanal, Fig. 13b eine Ausschnittsvergrößerung des Vergrößerungsbereichs nach
Fig. 13a mit durch den Brennstoffkanalkörper gelegten Schnittebenen XIV-XIV, XV-XV und XVI-XVI,
Fig. 14a bis 14h Schnittansichten in Schnittebene XIV-XIV von verschiedenen
Varianten des Brennstoffkanalkörpers,
Fig. 15a bis 15h Schnittansichten in Schnittebene XV-XV von verschiedenen
Varianten des Brennstoffkanalkörpers, Fig. 16a bis l6d Schnittansichten in Schnittebene XVI-XVI von verschiedenen
Varianten des Brennstoffkanalkörpers,
Fig. 17 eine weitere beispielhafte Anordnung eines Brennstoffkanalkörpers im Oxidationsmittelkanal,
Fig. 18 eine Anordnung von mehreren Brennstoffkanalkörpern im
Oxidationsmittelkanal,
Fig. 19 eine weitere Anordnung von mehreren Brennstoffkanalkörpern im
Oxidationsmittelkanal, Fig. 20 eine schematisierte Ansicht eines Brennerkopfes mit verschiedenen Brennstoffkanalkörpern in unterschiedlichen
Oxidationsmittelkanälen, und
Fig. 21 eine schematisierte Ansicht eines Brennerkopfes mit einem
Brennstoffkanalkörper, in dem Brennstoffkanalabschnitt und ein Gaskanalabschnitt ausgebildet sind, welche gemeinsam in eine
Brennstoffdüse münden.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine Gasturbine 30, die bevorzugt in einem Kraft- Wärme-Kopplungssystem eingesetzt ist. Die Gasturbine 30 umfasst einen Verdichter 32, eine Turbine 33 und einen Brenner 35, wobei der Verdichter 32 durch die Turbine 33 mittels einer Welle 34 angetrieben wird. Die Welle 34 treibt darüber hinaus einen schematisch angedeuteten Generator 31 oder eine andere Kraftmaschine an. Mittels des Verdichters 32 wird Luft oder ein anderes Oxidationsmittel angesaugt, verdichtet, und als Oxidationsmittelstrom bzw. Verbrennungsluftstrom 37 dem ebenfalls nur schematisch angedeuteten Brenner 35 zugeführt. Mittels eines einstellbaren und ggf. auch abschaltbaren Durchflussbegrenzungselementes 22 wird dem Brenner 35 darüber hinaus Brennstoff zugeführt, der im Brenner 35 zusammen mit dem Oxidationsmittelstrom 37 oxidiert bzw. verbrannt wird. Hieraus entsteht ein hochenergetischer Abgasstrom 38, der durch die Turbine 33 abgeleitet und dabei entspannt wird, in dessen Folge die Turbine 33 und hiervon ausgehend auch der Verdichter 32 sowie der Generator 31 angetrieben wird.
Je nach Ausgestaltung des in Fig. 1 schematisch angedeuteten Kraft- Wärme- Kopplungssystems können aber auch noch zusätzliche oder alternative Formen der Nutzenergiegewinnung zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die Abwärme des Abgasstromes 38 direkt für Heizzwecke genutzt werden. Fig. 2 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Brenners 35 der Gastrubine 30 nach Fig. 1. Der Brenner 35 bzw. sein Brennerkopf 36 kann aber auch für andere Einsatzzwecke beispielsweise in Heizanlagen, Heizkesseln, Ofenanlagen, in einer Abluftreinigung oder dergleichen zum Einsatz kommen. Der Brenner 35 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel mindestens eine Brennkammer 39, an deren einem stirnseitigen Ende ein Brennerkopf 36 angeordnet ist. Der Brennerkopf 36 erstreckt sich entlang einer Brennerlängsachse 1 bzw. konzentrisch um sie herum, wobei die Brennerlängsachse zur Brennkammer 39 hin bzw. konzentrisch durch sie hindurch verläuft. Es können auch mehrere Brennkammern 39 vorteilhaft sein.
Der Brennerkopf 36 umfasst einen hier bevorzugt einteilig ausgeführten Grundkörper 2, in dem mindestens ein in einem radialen Abstand zur Brennerlängsachse 1 angeordneter Oxidationsmittelkanal 3 ausgebildet ist. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist eine Mehrzahl von konzentrisch um die Brennerlängsachse 1 herum im Grundkörper 2 angeordneten Oxidationsmittelkanälen vorgesehen. Die Oxidations- mittelkanäle 3 des bevorzugten Beispiels nach Fig. 4 sind dabei in gleichmäßige
Winkelabständen über eine Umfangslinie um die Brennerlängsachse 1 verteil angeordnet. Im Beispiel nach Fig. 4 ist weiters vorgesehen, dass die Oxidationsmittel- kanäle 3 einen einheitlichen Radialabstand zur Brennerlängsachse 1 aufweisen. Weiters weisen die Oxidationsmittelkanäle 3 im Beispiel nach Fig. 4 eine einheitliche, kreisförmige Querschnittskontur mit nahezu gleichen Kanaldurchmessern auf, wie sie am besten in Fig. 10 zu erkennen ist. Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn benachbarte Oxidationsmittelkanäle 3 variierend Winkelabstände auf der Umfangslinie um die Brennerlängsachse 1 und/oder variierende Radialabstände zur Brennerlängs- achse 1 und/oder voneinander abweichende Kanalquerschnitte, insbesondere Querschnittskonturen und/oder Durchmesser, aufweisen. So kann beispielsweise eine bevorzugte Ausführung auch zwei, drei oder mehr Gruppen von Oxidationsmittelkanälen 3 umfassen, die sich hinsichtlich ihres Winkelabstands und/oder ihres Radialabstandes und/oder ihres Kanalquerschnitts gruppenweise unterscheiden. Darüber hinaus trägt der Grundkörper 2 nach Fig. 4 noch mittig auf der Brennerlängsachse 1 eine Pilot-Brennstoffdüse 19, deren Funktion weiter unten näher beschrieben wird. Im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Brennkammer 39 bzw. deren Außenwand von einem Mantel 40 umschlossen, wodurch ein Ringraum gebildet ist. An einem stirnseitigen, dem Brennerkopf 36 abgewandten Ende dieses Ringraumes wird der Oxidationsmittelstrom bzw. der Verbrennungsluftstrom 37 eingeleitet und zur gegenüberliegenden Seite des Brennerkopfes 36 geführt. Dort ist ein ringförmig um die Brennerlängsachse 1 umlaufendes Oxidationsmittel- bzw. Verbrennungsluftplenum 23 ausgebildet, in dem sich das Oxidationsmittel sammelt, entsprechend einem Pfeil 41 umgelenkt und auf der der Brennkammer 39 gegenüberliegenden Seite in den mindestens einen bzw. in die Mehrzahl von Oxidationsmittelkanälen 3 eingespeist wird. Stromauf der Oxidationsmittelkanäle 3 kann optional ein nur schematisch angedeutetes, im Detail nicht näher gezeigtes Durchflussdrosselelement 24 für den Oxidationsmittelstrom 37 angeordnet sein, mit dem bei Bedarf die Durchflussmenge des Oxidationsmittels eingestellt, gesteuert bzw. geregelt werden kann.
Im Bereich der Oxidationsmittelkanäle 3 wird dem Oxidationsmittelstrom 37 Brennstoff zugeführt, was hier nicht näher gezeigt ist, wohl aber weiter unten im Zusammenhang mit den Fig. 4 bis 10 näher beschrieben wird. Es entsteht ein brennfähiges Gemisch, welches in der mindestens einen Brennkammer 39 oxidiert bzw. verbrannt wird.
Die gezeigte Bauform des Brenners 35 ist nur ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel. Der erfindungsgemäße, weiter unten näher beschriebene Brennerkopf 36 kann auch in anderen Bauformen von Brennern 35 vorteilhaft zum Einsatz kommen.
Fig. 3 zeigt in einer Längsschnittdarstellung einen Brennerkopf 36' in Form eines Brennerflansches nach dem Stand der Technik. Im flanschförmigen Grundkörper 2' ist eine Anzahl von konzentrisch um die Brennerlängsachse Γ herum angeordneten Oxidationsmittelkanälen 3' ausgebildet, die sich jeweils entlang von Kanallängsachsen 20' erstrecken. Der Grundkörper 2' trägt mittig darüber hinaus eine Pilot-Brennstoffdüse 19' zur Bildung einer Pilotstufe 1 Γ. In die Oxidationsmittelkanäle 3' ragen je eine Brennstoffdüse 4', die nach dem Stand der Technik als Düsenlanze ausgebildet sind, und die konzentrisch zu den jeweiligen Kanallängsachsen 20' liegen. Die als Düsenlanze ausgebildeten Brennstoffdüsen 4' sind in nicht näher gezeigter, aber oben beschriebener Weise am flanschförmigen Grundkörper 2 befestigt, gegenüber diesem abgedichtet und über separate Brennstoffverteiler mit Schläuchen bzw. Rohrleitungen oder dergleichen mit Brennstoff gespeist.
Mittels der als Düsenlanzen ausgebildeten Brennstoffdüsen 4' wird Brennstoff in den durch die Oxidationsmittelkanäle 3' hindurch geführten Oxidationsmittelstrom richtungsgleich und koaxial eingebracht, wodurch ein oxidations- bzw. brennfähiges Gemisch entsteht. Die Oxidationskanäle 3' bilden zusammen mit den zugeordneten Brennstoffdüsen 4' eine Hauptstufe 12'.
Fig. 4 zeigt in einer Längsschnittdarstellung ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Brennerkopfes 36, der in seiner Ausgestaltung dem Brennerkopf 36 nach Fig. 2 gleicht. Gleiche Merkmale sind hier mit gleichen Bezugszeichen versehen, wobei einzelne Merkmale bereits weiter oben im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben wurden. Im Grundkörper 2 ist mindestens ein Versorgungskanal 13 ausgebildet, der hier gemäß einer bevorzugten Ausführungsform zumindest teilweise und insbesondere vollständig im Grundkörper 2 um die Brennerlängsachse 1 umläuft. Der Versorgungskanal 13 wird durch eine insbesondere einzelne Brennstoffzufuhr 9 mit Brennstoff versorgt, wobei die Brennstoffzufuhr 9 ein hier nicht dargestelltes, in den Fig. 1 und 9 aber gezeigtes Durchflussbegrenzungselement 22 aufweisen kann. Der Versorgungskanal 13 ist als zumindest teilweise umlaufende Ringnut 15 im Grundkörper 2 ausgeführt, wobei die Ringnut 15 auf ihrer offenen Seite dicht verschlossen ist. Der als Rotationskörper um die Brennerlängsachse 1 umlaufende Grundkörper 2 weist eine radial äußere Um- fangsfläche 17 auf, in der die Ringnut 15 von außen eingearbeitet und radial außenseitig verschlossen ist. Des Weiteren weist der Brennerkopf 36 für jeden Oxidationsmittelkanal 3 jeweils mindestens eine, hier genau eine Brennstoffdüse 4 auf. Aus der ergänzenden Darstellung nach Fig. 10 ergibt sich, dass hier beispielhaft acht Oxidationsmittelkanäle 3 mit je einer Brennstoffdüse 4 vorgesehen sind. Es kann aber auch eine andere Anzahl zweckmäßig sein. Die Brennstoffdüsen 4 sind zumindest teilweise, hier sämtlich durch in den Grund- körper 2 eingearbeitete Brennstoffkanäle 5 ausgebildet, wobei die Brennstoffkanäle 5 auf ihrer Eingangsseite mit dem Versorgungskanal 13 verbunden sind und auf ihrer Ausgangsseite in den jeweiligen Oxidationsmittelkanal 3 münden. Damit sind die Brennstoffdüsen 4 bzw. die Brennstoffkanäle 5 zumindest teilweise und hier sämtlich mit dem Versorgungskanal 13 zur Versorgung mit Brennstoff verbunden.
Die Brennstoffkanäle 5 weisen Düsenachsen 6 auf, die eine radiale Richtungskomponente zur Kanal längsachse 20 des Oxidationsmittelkanals 3 und/oder zur
Brennerlängsachse 1 des Brennerkopfes 36 aufweisen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Kanallängsachsen 20 achsparallel zur Brennerlängsachse 1 , so dass die genannten radialen Richtungskomponenten gleichermaßen relativ zur Kanallängsachse 20 und zur Brennerlängsachse 1 gelten. Die genannte Achsparallelität muss aber nicht gegeben sein, so dass die radiale Richtungskomponente zumindest in Bezug auf eine der beiden Achsen gilt. Die gezeigte Längsschnittdarstellung führt zu einer Schnittebene, die durch die Brennerlängsachse 1 und einer Radialrichtung 26 dazu aufgespannt wird. In einer hier gleichen, möglicherweise aber auch abweichenden Schnittebene wird eine weitere Schnittebene durch die Kanallängsachse 20 und eine Radialrichtung 27 hierzu aufgespannt. In den genannten Schnittebenen liegt die Düsenachse 6 in einem ersten Neigungswinkel α relativ zur Kanallängsachse 20 und in einem zweiten
Neigungswinkel ß relativ zur Brennerlängsachse 1. Die genannten ersten und zweiten Neigungswinkel α, ß liegen vorteilhaft in einem Bereich von > 0° bis einschließlich 90° und bevorzugt in einem Bereich von einschließlich 60° bis einschließlich 90°. Im gezeigten Ausführungsbeispiel betragen beide Neigungswinkel , ß zumindest näherungsweise 90°. Weitere Einzelheiten des Brennerkopfes 36 nach den Fig. 2 und 4 und insbesondere weitere Einzelheiten zur Winkellage der Düsenachsen 6 sind noch in den Fig. 9, 10 gezeigt und in deren Zusammenhang weiter unten näher beschrieben.
Fig. 5 zeigt eine Variante der Anordnung nach Fig. 4, wobei der als Ringnut 15 ausgebildete Versorgungskanal 13 nicht in der Umfangsfläche 17 (Fig. 4), sondern in einer senkrecht zur Brennerlängsachse 1 liegenden Stirnfläche 18 ausgebildet ist. Der Ver- sorgungskanal 13 kann wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 außenseitig um die
Vielzahl von Oxidationsmittelkanälen 3 herum umlaufen, liegt jedoch im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 radial innenseitig der Oxidationsmittelkanäle 3. Dementsprechend führen die Brennstoffkanäle 5 nicht mit radialer Richtungskomponente von außen nach innen, sondern umgekehrt mit radialer Richtungskomponente von innen nach außen aus dem Versorgungskanal 13 in die Oxidationsmittelkanäle 3. In den übrigen Merkmalen und Bezugszeichen stimmt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 mit demjenigen nach Fig. 4 überein.
Fig. 6 zeigt in einer Längsschnittdarstellung eine weitere Variante des Brennerkopfes 36 nach Fig. 4 oder 5. Hierbei sind die Oxidationsmittelkanäle 3 und die zugeordneten Brennstoffdüsen 4 bzw. Brennstoffkanäle 5 mindestens, hier genau in eine erste
Brennerstufe 7 und in eine zweite Brennerstufe 8 aufgeteilt. Die mindestens zwei, hier genau zwei Brennerstufen 7, 8 bilden zusammen die Hauptstufe 12. Zusätzlich weist der Brennerkopf 36 eine zentrale Pilotstufe 1 1 mit der zugehörigen Pilot-Brennstoffdüse 19 auf. Die in die beiden Brennerstufen 7, 8 aufgeteilte Hauptstufe 12 bzw. deren
Oxidationsmittelkanäle 3 und Brennstoffkanäle 5 sind konzentrisch um die Pilotstufe 11 angeordnet. Für die verschiedenen Brennerstufen 7, 8 sind getrennte und voneinander unabhängige Brennstoffzufuhren 9, 10 vorgesehen, die wie in der Darstellung nach den Fig. 1 und 9 mit unabhängigen Durchflussbegrenzungselementen 22 versehen sein können. Die beiden Brennstoffzufuhren 9, 10 führen in zwei voneinander getrennte Versorgungskanäle 13, 14, die beide in der Umfangsfläche 17 des Grundkörpers 2 als Ringnut 15, 16 mit gegenseitigem axialen Versatz ausgebildet sind. Beide Ringnuten 15, 16 mit den zugehörigen Brennstoffkanälen 5 sind entsprechend der Ringnut 15 nach Fig. 4 ausgeführt. Die Brennstoffkanäle 5 des oberen Versorgungskanals 13 münden in mindestens einen, bevorzugt in eine erste Gruppe von mehreren Oxidationsmittelkanälen 3, während die Brennstoffkanäle 5 in mindestens einen anderen, bevorzugt in eine zweite Gruppe von mehreren Oxidationsmittelkanälen 3 münden. Hierdurch können im
Bedarfsfall einzelne Oxidationsmittelkanäle 3 bzw. einzelne Gruppen davon abgeschaltet oder mit anderen Betriebsparametern betrieben werden als ein jeweils anderer Oxidationsmittelkanal 3 bzw. eine andere Gruppe davon. Mit anderen Worten können die beiden Brennerstufen 7, 8 der Hauptstufe 12 unabhängig voneinander betrieben und bei Bedarf auch einzeln abgeschaltet werden.
Fig. 7 zeigt eine Abwandlung des Brennerkopfes 36 nach Fig. 6, bei der die zwei getrennten Versorgungskanäle 13, 14 in der Stirnfläche des Brennerkopfes 36 bzw. dessen Grundkörper 2 ausgebildet sind. Hierbei handelt es sich vergleichbar zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 um zwei in die Stirnfläche 18 des Grundkörpers 2 eingearbeitete Ringnuten 15, 16, die im gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel in Axialrichtung übereinander angeordnet und durch ein Trennblech voneinander getrennt sind. Die erste Brennstoffzufuhr 9 mündet direkt in die obere Ringnut 15, während die zweite Brennstoffzufuhr 10 von oben durch die obere Ringnut 15 hindurchgeführt ist und unterhalb davon in die Ringnut 16 mündet. Alternativ können die beiden Versorgungskanäle 13, 14 bzw. die beiden Ringnuten 15, 16 radial gegeneinander versetzt sein, wobei beispielsweise ein Versorgungskanal 13 radial innenseitig der Oxidationsmittelkanäle 3 und der andere Versorgungskanal 14 radial außenseitig davon positioniert sein kann. Bezüglich der weiteren Ausgestaltung stimmen die Versorgungskanäle 13, 14 bzw. die zugehörigen Ringnuten 15, 16 mit dem Versorgungskanal 13 bzw. der Ringnut 15 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 überein. Fig. 8 zeigt in einer schematischen Detaildarstellung einen einzelnen Oxidationsmittelkanal 3 nach den Fig. 4 bis 7 mit einem optionalen, um den Oxidationsmittelkanal 3 ringförmig umlaufenden Ringkanal 21. Der Ringkanal 21 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem der beiden oben beschriebenen Versorgungskanäle 13, 14 verbunden und wird auf diese Weise mit ICraftstoff versorgt. Der Ringkanal 21 läuft zumindest teilweise, hier vollständig geschlossen um den Oxidationsmittelkanal 3 herum. Im gezeigten Ausfuhrungsbeispiel ist er als Ringnut ausgeführt, die nach oben durch einen Deckel 25 bzw. durch ein Deckblech verschlossen ist. Vom Ringkanal 21 aus führt min- destens ein Brennstoffkanal 5, hier mehrere Brennstoffkanäle 5 mit zugeordneten Düsenachsen 6 in den Oxidationsmittelkanal 3.
Sofern nicht ausdrücklich abweichend angegeben oder zeichnerisch dargestellt, stimmen die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 2 und 4 bis 8 in ihren übrigen Merk- malen, Bezugszeichen und optionalen Gestaltungsmöglichkeiten miteinander überein, wobei auch eine Kombination solcher Merkmale wie beispielsweise die Kombination eines stirnseitigen Versorgungskanals 13 mit einem umfangsseitigen Versorgungskanal 14 in Betracht kommt. Fig. 9 zeigt in einer perspektivischen Längsschnittdarstellung den Brennerkopf 36 nach den Fig. 2 und 4 zur Veranschaulichung verschiedener Winkel der Düsenachse 6. Abweichend von der Darstellung nach Fig. 4 weisen die Düsenachsen 6 erste und zweite Neigungswinkel α, ß auf, die kleiner als 90° sind. Die beiden Neigungswinkel α, ß sind dabei derart bestimmt, dass bei einem Betrag von < 90° die jeweilige Düsenachse 6 aus- gehend vom Versorgungskanal 13 zum Oxidationsmittelkanal 3 hin in Durchströmungsrichtung bzw. zum Ausgang des Oxidationsmittelkanals 3 geneigt ist. Für die in Frage kommenden Beträge der beiden Neigungswinkel α, ß gilt das im Zusammenhang mit Fig. 4 Gesagte. Fig. 10 zeigt in einer schematischen Querschnittsdarstellung den Brennerkopf nach den Fig. 2, 4 und 9 zur Veranschaulichung weiterer optionaler Winkellagen der Düsenachsen 6. Die hier gezeigte Querschnittsebene liegt senkrecht sowohl zur Brennerlängsachse 1 als auch zu den jeweiligen Kanallängsachsen 20. Sofern die Kanallängsachsen 20 abweichend von der Darstellung nach Fig. 10 nicht achsparallel zu der Brennerlängsachse 1 verlaufen, sind dann die beiden genannten Querschnittsebenen nicht deckungsgleich. Zur besseren Übersicht sind in Fig. 10 drei verschiedene Brennstoffkanäle 5, 5', 5" mit zugeordneten Düsenachsen 6, 6', 6" dargestellt. In der Praxis wird jedoch bevorzugt nur eine Bauform der nachfolgend näher beschriebenen Brennstoff- kanäle 5, 5', 5" mit Düsenachsen 6, 6', 6" in einem einzigen Brennerkopf 36 eingesetzt. Natürlich ist aber auch eine Kombination davon möglich.
In einer ersten optionalen Ausführungsform liegt die Düsenachse 6 des Brennstoffkanals 5 in der senkrecht zur Brennerlängsachse 1 gemessenen Querschnittsebene genau radial zur Brennerlängsachse 1 , also auf der Radialrichtung 26. Damit läuft die Düsenachse 6 durch die Brennerlängsachse 1. Außerdem liegt die Düsenachse 6 des Brennstoffkanals 5 in der senkrecht zur Kanallängsachse 20 liegenden Querschnittsebene genau radial zur Kanallängsachse 20, läuft also genau auf die Kanallängsachse 20 zu. In einer weiteren optionalen Ausführungsform liegt die Düsenachse 6' der Brennstoff- düse 5' in der senkrecht zur Brennerlängsachse 1 liegenden Querschnittsebene gemessen in einem Seitenwinkel γ zur Brennerlängsachse 1 , so dass die Düsenachse 6' nicht durch die Brennerlängsachse 1 hindurch läuft. Wohl aber läuft die Düsenachse 6' durch die zugeordnete Kanallängsachse 20'. Von der Brennerlängsachse 1 aus verläuft durch die zu- geordnete Kanallängsachse 20' eine Radialrichtung 26', wobei der Seitenwinkel γ zwischen der Radialrichtung 26' und der Düsenachse 6' gemessen ist.
Schließlich ist noch eine weitere optionale Ausführungsform eines Brennstoffkanals 5" mit einer Düsenachse 6" gezeigt. Hierbei liegt die Düsenachse 6" des Brennstoffkanals 5" in der senkrecht zur Kanallängsachse 20" liegenden Querschnittsebene gemessen in einem Drallwinkel δ zur Kanallängsachse 20". Von der Kanallängsachse 20" aus verläuft zur Mündung des Brennstoffkanals 5" eine Radialrichtung 27", wobei der Drallwinkel δ zwischen der Radialrichtung 27" und der Düsenachse 6" gemessen ist.
Zusätzlich zum Drallwinkel δ weist die Düsenachse 6" einen hier nicht eingezeichneten, aber bei der Düsenachse 6' gezeigten Seitenwinkel γ auf. Natürlich ist auch eine Lage der Düsenachse 6" mit einem Drallwinkel δ aber ohne einen Seitenwinkel γ möglich. Umgekehrt weist die Düsenachse 6' nur den Seitenwinkel γ auf, während der dort nicht eingezeichnete Drallwinkel δ = 0 ist. Die Düsenachse 6 des Brennstoffkanals 5 weist weder einen Seitenwinkel γ, noch einen Drallwinkel δ auf. Mit anderen Worten sind die Beträge des Seitenwinkels γ und des Drallwinkels δ gleich 0. Zumindest durch die Anordnung der Düsenachse 6" in einem Drallwinkel δ, alternativ oder in Kombination damit auch mit einem Seitenwinkel γ sowie mit Neigungswinkeln α, ß lässt sich ein ver- wirbelter Kraftstoffeintrag in den jeweiligen Oxidationsmittelkanal 20 entsprechend einer spiraligen Linie 28 nach Fig. 9 für eine gute Durchmischung des Brennstoffs mit dem Oxidationsmittel erzielen.
Die Figuren 1 1 und 12 zeigen noch Varianten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 4, wobei an Stelle eines im Grundkörper 2 ausgebildeten und die jeweilige Brennstoff düse 4 bildenden Brennstoffkanals 5 (Fig. 4) ein Brennstoffkanalkörper 42 vorgesehen ist, der in den zugeordneten Oxidationsmittelkanal 3 hinein geführt ist. Der Brennstoffkanalkörper 42 ist in den Figuren 1 1 und 12 in insgesamt vier verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen dargestellt, wobei in der Praxis bevorzugt mehrere Brenn- stoffkanalkörper 42 der gleichen Bauform eingesetzt werden. Natürlich ist es aber auch möglich, gemischte Bauformen innerhalb eines Brennerkopfes 36 vorzusehen.
Gemeinsame Merkmale der verschiedenen Brennstoffkanalkörper 42 sind die Ausbildung mindestens einer Brennstoff düse 4 an jeweils einem Brennstoffkanalkörper 42 sowie die optionale, bevorzugte Positionierung der Brennstoffdüse 4 zumindest näherungs weise auf der Kanallängsachse 20. In allen Fällen befindet sich innerhalb des Brennstoffkanalkörpers 42 ein Brennstoffkanalabschnitt 43 für die Zufuhr von Brennstoff zur jeweiligen Brennstoffdüse 4. Vorzugsweise, aber nicht zwingend, wird der Brennstoffkanalabschnitt 43 aus einem zugeordneten Versorgungskanal 13, 14 gespeist, wie er vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 4 bis 7, 9 und 10 beschrieben ist.
Es kann ausreichen, dass der jeweilige Brennstoffkanalkörper 42 nur einseitig überkragend in den zugeordneten Oxidationsmittelkanal 3 hineinragt. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispielen ist er derart in den jeweiligen Oxidationsmittelkanal 3 hineingeführt, dass er diesen quer zu seiner Kanallängsachse 20 vollständig durchgreift und dabei beidseitig an den sich gegenüberliegenden Wänden des jeweiligen
Oxidationsmittelkanal 3 abgestützt ist. In den gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispielen weisen die Brennstoffkanalkörper 42 einen kreisrunden Querschnitt auf, wobei sie hier insgesamt zylindrisch ausgebildet sind. Es kommen aber auch abweichende Querschnittsformen insbesondere zur Minderung des Strömungswiderstandes in Betracht, wie etwa elliptische, tropfenförmige oder eine in anderer Weise stromlinienförmige Querschnittsformen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der linken Bildhälfte von Fig. 1 1 ist der Brennstoffkanalabschnitt 43 als Durchgangsbohrung ausgebildet, die den Brennstoffkanalabschnitt 43 in dessen Längsrichtung, also senkrecht zur Kanallängsachse 20 vollständig durchgreift. Alternativ hierzu kann auch ein verkürzter, als Sackbohrung ausgeführter Brennstoffkanalabschnitt 43 vorgesehen sein, der nur bis zur Brennstoffdüse 4 gemäß der rechten Bildhälfte von Fig. 11 reicht. In beiden Fällen zweigt hiervon rechtwinklig und koaxial zur Kanallängsachse 20 ein Kanalabschnitt ab, der die Brennstoffdüse 4 bildet, wobei die zugeordnete Düsenachse 6 deckungsgleich mit der Kanallängsachse 20 ist. Es kann aber auch eine Achsparallelität mit einem Abstand zwischen der Düsenachse 6 und der Kanallängsachse 20 zweckmäßig sein.
Eine weitere Variante ist in der rechten Bildhälfte von Fig. 12 gezeigt, wobei an Stelle einer einzigen Brennstoff düse 4 mehrere, hier beispielhaft zwei Brennstoffdüsen 4 an einem Brennstoffkanalkörper 42 ausgebildet sind, die mit Abstand zu den Kanalwänden des zugeordneten Oxidationsmittelkanals 5 und insbesondere in der Nähe zur zugeordneten Kanallängsachse 20 liegen. Die mehreren Brennstoffdüsen 4 werden vorteilhaft aus einem gemeinsamen Brennstoffkanalabschnitt 43 gespeist. Anstelle des hier ge- zeigten durchgehenden Brennstoffkanalabschnittes 43 kann aber auch ein verkürzter Brennstoffkanalabschnitt 43 analog zur rechten Bildhälfte von Fig. 11 zweckmäßig sein. Jedenfalls sind in allen drei vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die Brennstoffdüsen 4 in der Durchströmungsrichtung des Oxidationsmittelkanals 3 ausgerichtet, wobei eine zumindest näherungsweise zentrale Injektion des Brennstoffes in den jeweiligen Oxidationsmittelkanal 3 erfolgt.
Schließlich zeigt die linke Bildhälfte von Fig. 12 noch eine weitere Variante mit einem schräg durch den Brennstoffkanalkörper 42 geführten und nicht verzweigten Brennstoffkanalabschnitt 43. Hier bildet der Brennstoffkanalabschnitt 43 unmittelbar an seinem Ausgangsende die Brennstoffdüse 4, deren Düsenachse 6 gleich der Brennstoffkanalachse ist. Die Düsenachse 6 weist damit bezogen auf die Ebene des hier gezeigten Brennerlängsschnittes sowohl eine axiale als auch eine radiale Richtungskomponente auf. Mit anderen Worten liegt die Düsenachse 6 bezogen auf die Richtung der Brennerlängsachse 1 bzw. der Kanallängsachse 20, als auch bezogen auf die Richtung der jeweils zugeordneten Radialrichtung 26, 27 in einem von 0° und 90° abweichenden
Winkel. Insbesondere bei einer solchen schrägen Ausrichtung der Düsenachse 6 kann es zweckmäßig sein, die Brennstoffdüse 4 zwar mit Abstand zu den Kanalwänden des zugeordneten Oxidationsmittelkanals 5 anzuordnen, dabei aber auch einen Abstand zur Kanallängsachse 20 des Oxidationsmittelkanals 3 einzuhalten. Unter Ausnutzung der radialen Richtungskomponente des austretenden Brennstoffes kann auf diese Weise ein Äquivalent zur zentralen und koaxialen Brennstoffeinspeisung gemäß der übrigen Ausführungsbeispiele der Figuren 11 und 12 erzielt werden.
Sofern nicht ausdrücklich anders beschrieben, stimmen die verschiedenen Ausfuhrungs- beispiele der Brennstoffkanalkörper 42 in ihren übrigen Merkmalen und Bezugszeichen überein, was auch für den Vergleich der Brennerköpfe 36 gemäß der Figuren 11 und 12 mit dem Brennerkopf 36 nach Fig. 4 gilt. Darüber hinaus lassen sich die erfindungsgemäßen Brennstoffkanalkörper 42 auch in beliebigen anderen Brennerköpfen, insbesondere in Brennerköpfen 36 gemäß der weiteren hier insgesamt beschriebenen Aus- führungsbeispiele einsetzen.
Zur besseren Orientierung wiederholt Fig. 13a die Ansicht auf bereits im Vorhergehenden beschriebene Ausführungsbeispiel von Fig. 11, wobei mit dem gestrichelten Kasten ein Vergrößerungsbereich ausgewählt wird, welcher in Fig. 13b vergrößert dar- gestellt ist. Weiters sind in der Darstellung nach Fig. 13a in jedem der beiden exemplarisch gezeigten Oxidationsmittelkanäle 3 angedeutete Wirbelstraßen 50.1 , 50.2 symbolisch angedeutet, wobei in den Schnittansichten der Fig. 13a und 13b die Wirbelsymbole zur besseren Darstellung gegenüber der wahren Ausprägung Karman'scher Wirbel an einem Staukörper um 90° um die Kanallängsachse 20 verdreht gezeichnet sind. Die unterschiedliche Ausprägung der Darstellungen der Wirbelstraßen 50.1, 50.2 sollen dabei die in der Einleitung bereits beschriebene Variabilität und Varianz der Wirbelausbildung in Abhängigkeit von den Geometrien der Brennstoffkanalkörper 42 als Staukörper in der Oxidationsmittelströmung andeuten.
Fig. 13b zeigt den Bereich um einen Brennstoffkanalkörper 42 des Brennerkopfs 36 mit drei Schnittebenen XIV-XIV, XV-XV und XVI-XVI durch den Brennstoffkanalkörper 42, welche in den nachfolgend beschriebenen Figuren 14, 15 und 16 aufgegriffen werden. Die Figuren 14a bis 14h zeigen verschiedene exemplarische Varianten des Körperquerschnitts, insbesondere auf Höhe der Kanallängsachse 20 des Oxidationsmittelkanals 3, des Brennstoffkanalkörpers 42. Es werden dabei kreisähnliche oder ovale Querschnitte (Fig. 14a bis 14c) und polygonale Querschnitte (Fig. 14d bis 14h) explizit gezeigt. Die in Fig. 14g gezeigte Ausführung eines polygonalen Querschnitts mit ge- rundeten Ecken bzw. Kanten wirkt zusätzlich beeinflussend auf die Wirbelbildung in der Wirbelstraße 50. Das Merkmal der Ecken- bzw. Kanten verrundung kann dabei analog auf die anderen gezeigten polygonalen Ausführungen mit ähnlicher Wirkung auf die Wirbelbildung angewandt werden. Die Wirbelsymbole sind dabei in den Figuren 14a bis 14h nun in der korrekten Drehlage um die Kanallängsachse dargestellt.
Die im Einzelnen dargestellten Brennstoffkanalkörper 42 der Figuren 14a bis 14d und 14f bis 14h weisen jeweils eine in den Oxidationsmittelkanal 3 gerichtete Brennstoff- düse 4 in Form einer Düsenbohrung auf, welche bevorzugt parallel zur Strömungsrichtung des Oxidationsmittels entlang der Kanallängsachse 20 ausgerichtet ist. Bei den bevorzugten Ausführungen nach Fig. 14d und 14f bis 14g ist die Brennstoffdüse 4 zudem im Wesentlichen senkrecht zu einer stromab orientierten, vorzugsweise senkrecht zur Kanallängsachse 20 orientierten, eine Auslaufgeometrie 44 des jeweiligen Brenn- stoffkanalkörpers bildende Auslauffläche 45 orientiert ausgebildet. Dadurch wird der Brennstoff im Wesentlichen tangential zu der sich bildenden Wirbelstraße 50 in die Wirbel, vorzugsweise direkt in den Nachlauf eingedüst. Eine analoge Eindüsung wird in den Beispielen nach den Figuren 14a bis 14c durch die zur Kanalachse 20 im
Wesentlichen parallelen Ausrichtung der Brennstoffdüse 4 im Brennstoffkanalkörper 42 erzielt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest die Brennstoffdüse 4 unter einem Düsenwinkel gegen eine Flächennormalen auf der Auslauffläche 45 verkippt aus- geführt ist, um vorzugsweise eine möglichst geringe Aufenthaltszeit des Brennstoffs nahe der Eindüsung zu gewährleisten. Auch ist denkbar, dass im Brennstoffkanalkörper 42 mehr als eine Brennstoffdüse 4 vorgesehen ist, welche insbesondere auch unterschiedliche Orientierungen zur Auslauffläche 45 bzw. zur Kanallängsachse 20 aufweisen können (siehe z. B. Fig. 14e).
Fig. 14e zeigt ein Beispiel mit einer alternativen Auslaufgeometrie 44 in Form eines Auslaufkeils mit zwei unter einem Auslaufwinkel zueinander ausgerichteten Auslaufflächen 45. In jeder Auslauffläche 45 ist dabei eine Brennstoffdüse 4 vorgesehen, welche den Brennstoff zumindest mit einer radialen Impulskomponente in das
Oxidationsmittel eindüst bzw. eindüsen kann. Die radiale Impulskomponente kann dabei über den Auslaufwinkel und/oder die Orientierung der Brennstoffdüse 4 zur Auslauffläche 45 eingestellt werden. Im bevorzugten Beispiel nach Fig. 14e stehen die Brennstoffdüsen 4 im Wesentlichen senkrecht auf der Auslauffläche. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest eine der Brennstoffdüsen 4 unter einem Düsen- winkel gegen eine Flächennormalen auf der Auslauffläche 45 verkippt ausgeführt ist.
Die Figuren 15a bis Fig. 15h zeigen verschieden exemplarische Varianten des Querschnitts eines Brennstoffkanalkörpers 42 in der Schnittebene XV-XV der Fig. 13b, d.h. mit Abstand zur Kanallängsachse 20 aber parallel zu dieser. Die hier gezeigten Off- Axis-Querschnitte der Körperquerschnitte nach den Figuren 14a bis 14h sollen einige weitere Freiheitsgrade des Fachmanns bei der Auslegung der Brennstoffkanalkörper 42 für die konkrete Anwendung bzw. das mit der Brennerkopf- Auslegung abzudeckenden Betriebskennfeld für Oxidationsmittel Strömung und Brennstoffeindüsung aufzeigen. Auch hier sind die Wirbelsymbole in der korrekten Drehlage um die Kanallängsachse dargestellt.
Im Beispiel nach Fig. 15a ist ein Durchmesser des kreisförmigen Querschnitts des Brennstoffkanalkörpers 42 gegenüber dem Querschnitt in der Schnittebene XIV-XIV reduziert. Diese Durchmesserreduktion kann dabei in Stufen oder bevorzugt zumindest abschnittsweise kontinuierlich vorgesehen sein. Es mag jedoch auch abweichend
Beispiele geben, bei denen der Durchmesser des Querschnitts in Schnittebene XV-XV gegenüber dem Durchmesser in der Schnittebene XIV-XIV ansteigend auszuwählen ist. Analog kann der Querschnitt auf der der Schnittebene XV-XV von der Kanallängsachse 20 ausgesehen gegenüberliegenden Ebene ebenfalls abfallend oder ansteigend aus- geführt sein. So kann es beispielsweise vorteilhaft sein, wenn der Querschnitt des
Brennstoffkanalkörpers 42 von einem dem Versorgungskanal 13, 15 zugewandten Ende zum gegenüberliegenden Ende im Durchmesser abnehmend ausgebildet ist. Weiters zeigt Fig. 15a den im Brennstoffkanalkörper 42 verlaufenden Brennstoffkanalabschnitt 43, der in diesem Beispiel als bevorzugte runde Bohrung ausgebildet ist. Analog zum Beispiel nach Fig. 15a reduzieren sich im Beispiel nach Fig. 15b die Außenabmessungen des Querschnitts in der Schnittebene XV -XV gegenüber der Ausprägung in der Schnittebene XIV-XIV der Fig. 14b. Vorteilhaft kann es dabei sein, wenn zusätzlich, wie in Fig. 15b dargestellt, der ovale Querschnitt insgesamt schlanker, d. h. eine Exzentrizität des Ovals mit von der Kanallängsachse 20 zunehmendem Abstand zunehmend ausgebildet ist. Analog zum Beispiel nach Fig. 15a ist der Brennstoffkanalabschnitt 43 als bevorzugte runde Bohrung ausgebildet.
Im Beispiel nach Fig. 15c ist der Querschnitt in der Schnittebene XV-XV des bei- spielhaften Brennstoffkanalkörpers 42 im Wesentlichen identisch zum Querschnitt in der Ebene XIV-XIV (siehe Fig. 14c), vorzugsweise im Wesentlichen konstant über eine Quererstreckung des Brennstoffkanalkörpers 42 durch den Oxidationsmittelkanal 3 ausgeführt. Abweichend zu den bisherigen Beispielen ist dabei der Brennstoffkanal- abschnitt 43 viereckig ausgebildet, wobei auch andere polygonale oder konvexe Quer- schnitte vorgesehen sein können. Diese Kanalquerschnitte können beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass der Kanal als Nut in den Brennstoffkanalkörper eingebracht wird, welche in einem zweiten Schritt zur Mantelfläche des Brennstoffkanalkörpers 42 hin wieder verschlossen wird. Die Beispiele nach den Fig. 15d bis 15h greifen die in den vorherigen Beispielen gezeigten Variationen auf und wenden Sie auf die jeweiligen Querschnittsgeometrien an, ohne dabei wesentliche Gesichtspunkte hinzuzufügen.
In Fig. 16a bis 16d sind Querschnitt durch Ausführungsbeispiele eines Brennstoffkanal- körpers 42 in der Schnittebene XVI-XVI, d. h. auf Höhe des Brennstoffkanalabschnitts 43 entlang der Kanallängsachse gezeigt.
Im Beispiel nach Fig. 16a ist der transversale Querschnitt (Schnittebene XVI-XVI) des Brennstoffkanalkörpers 42 im Wesentlichen rechteckig, insbesondere sind die beiden den Oxidationsmittelkanal 3 trennenden Konturlinien 46 parallel zueinander ausgerichtet. In der einfachsten Form sind die Seitenflächen, welche die Konturlinien 46 in der Projektion der Schnittebene XVI-XVI erzeugen, ebenfalls parallel zu einander ausgerichtet, was zu einem Querschnitt ähnlich dem Beispiel nach Fig. 14g und 15g führt. Die Seitenflächen können jedoch auch unter einem Winkel zueinander ausgerichtet sein, so dass sich in Schnittebene XIV-XIV und XV-XV ein Querschnitt ähnlich der
Beispiele nach den Fig. 14d bis 14f oder 14g ergäbe. Letztlich haben auch die Beispiele nach den Fig. 14a bis 14c bzw. 15a bis 15c das Potential mit einem transversalen Querschnitt gemäß Fig. 16a kombiniert zu werden.
Im Beispiel nach Fig. 16a ist zu dem als alternative oder zusätzliche Weiterentwicklung des Beispiels angedeutet, weitere Düsenbohrungen (gestrichelte Kreise) im Brennstoffkanalkörper 42 vorzusehen, welche über den Brennstoffkanalabschnitt 43 mit Brennstoff versorgt werden können.
Die Fig. 16b bis 16c zeigen nun alternative Querschnitte des Brennstoffkanalkörpers 42 in der Schnittebene XVI-XVI mit konvexen und/oder konkaven Konturlinien 46. Die Konturlinien 46 können dabei entlang der in die Zeichnungseben hinein verlaufenden Kanallängsachse 20 konstant oder aber variabel ausgeführt sein, so dass die jeweilig korrespondierenden Seitenflächen des Brennstoffkanalkörpers parallel oder anderweitig zueinander verlaufende ausgebildet sein können. Die konkrete Ausbildung hängt dabei von den zu erzielenden Verwirbelungseigenschaften des Strömungskanalkörpers 42 ab und kann an dieser Stelle nicht abschließend dargestellt werden. Es sei jedoch bemerkt, dass der Fachmann ausgehend von den hier offenbarten Ideen und Anregung und durch Kombination der offenbarten Merkmale die für seinen Anwendungsfall optimale Auslegung eines Strömungskanalkörpers 42 und damit der Wirbelausbildung und/oder Wirbelablösung in der Wirbelstraße 50 finden kann.
In einigen Anwendungsfällen kann die Wirbelstraße 50 unter Umständen Instabilitäten in den Brennraum einbringen, bzw. anfachen oder verstärkend auf diese wirken. Dies ist insbesondere dann der Fall, die durch die Stauwirkung des Brennstoffkanalkörpers 42 induzierten Wirbel und/oder Wirbellablösungen eine Frequenz in der Nähe einer Resonanzfrequenz des heißen Gases in der Brennkammer aufweisen. Diese
Instabilitäten können die Verbrennungscharakteristik negativ beeinflussen. Neben der geometrischen Auslegung der Brennstoffkanalkörper 42, wie im Vorhergehenden beschrieben, besteht eine weitere alternative oder zusätzliche Möglichkeit die Auswirkungen des Brennstoffkanalkörpers 42 zu beeinflussen, in einer bezüglich des jeweiligen Oxidationsmittelkanals 3 asymmetrischen Anordnung. Fig. 17 zeigt dazu eine beispielhafte Ausführung, bei welcher der Strömungskanalkörper 42 mit Abstand zur Kanallängsachse 20 im Oxidationsmittelkanal 3 angeordnet ist. Der Strömungskanalkörper 42 ist dabei vorzugsweise um einen bestimmten Abstand von der neutralen Faser der Oxidationsmittelströmung radial versetzt.
Fig. 18 zeigt eine weitere alternative oder ergänzende Möglichkeit, wie die Aus- Wirkungen der Wirbelausbildung am Brennstoff kanalkörper 42 auf die sich dem
Brennerkopf 35 anschließende Brennkammer, das Flammrohr und die darin ablaufenden flammenlosen Oxidation reduziert werden können. Dazu wird stromauf vor dem Brenn- stoffkanalkörper 42, welcher zur Eindüsung von Brennstoff in das Oxidationsmittel mindestens ein weiterer Staukörper 42' angeordnet. Es kann sich dabei jedoch alternativ auch um einen weiteren Brerrnstoffkanalkörper 42' handeln. Die durch die stromauf gelegene vorgelagerte Staustufe des Stauköpers 42' werden Wirbel einer ersten Wirbelcharakteristik (Frequenz, Amplitude, etc.) erzeugt, welche an der zweiten Staustufe des Brennstoffkanalkörpers 42 zumindest teilweise gebrochen und in Wirbel einer anderen Wirbelcharakteristik, mit vorzugsweise geringerer Amplitude umgewandelt. In Ab- hängigkeit von der Geometrie von Staukörper 42' und Brennstoffkanalkörper 42 sowie deren Abstand und Versatz im Oxidationsmittelkanal 3 kann eine
Reduktion/ Auslöschung der Wirbelstraße erreicht werden unter weiterhin erhöhter Turbulenz aufgrund der Einbringung der Staukörper, und somit erhöhter Vermischung von Brennstoff mit Oxidationsmittel. Fig. 19 zeigt eine weitere alternative oder ergänzende Weiterbildung der Erfindung zur Unterdrückung von Instabilitäten, Resonanzphänomenen oder anderer sich negativ auf das Brennverhalten, insbesondere die Stabilität der flammenlosen Oxidation auswirkenden Zuständen. Werden im Oxidationsmittelkanal mehrere Brennstoffkanal- körper 42 mit unterschiedlicher Geometrie eingesetzt, insbesondere im Oxidationsmittelkanal 3 angeordnet, so erzeugt jeder der Brennstoffkanalkörper 42 eine eigene Wirbelstraße 50 mit einer bestimmten Wirbelcharakteristik, wobei die Wirbel- charakteristika zumindest der Brennstoffkanalkörper 42 mit unterschiedlicher
Geometrie voneinander abweichen. Im Beispiel nach Fig. 19 sind drei Brennstoff- kanalkörper 42 in einem Oxidationsmittelkanal vorgesehen. Die Brennstoffkanalkörper 42 sind dabei entlang der Kanallängsachse 20 auf gleicher axialer Höhe, parallel zu einander angeordnet. Jeder Brennstoffkanalkörper 42 hat dabei eine von seinen
Nachbarn abweichende Geometrie, so dass sich drei Teilwirbelstraßen 50 mit jeweils abweichender Wirbelcharakteristik bilden. Die sich in die anschließende Brennkammer des Brenners fortsetzende Strömung aus Oxidationsmittel und eingedüstem Brennstoff ergibt sich als Wirbelgemisch unterschiedlicher Frequenzen, Ablöseneigungen und/oder Amplitude. Dadurch wird wirksam die Ausbildung einer dominanten Frequenz in der Gaswolke des Verbrennungsraums bzw. der Brennkammer unterbunden. Kommt wie in Fig. 20 angedeutet ein Brennerkopf mit mindestens zwei oder mehr Oxidationsmittelkanälen 42 zum Einsatz kann alternativ oder ergänzend zu der Ausführung nach Fig. 19 in mindestens zwei Oxidationsmittelkanälen 3 jeweils ein Brennstoffkanalkörper 42 mit voneinander abweichender Geometrie und/oder Anordnung vorgesehen sein. Auch dadurch ergeben sich jeweils mindestens zwei Wirbelstraßen 50 mit voneinander abweichender Wirbelcharakteristik, so dass - wie schon im Beispiel nach Fig. 19 - die sich in die anschließende Brennkammer des Brenners fortsetzende
Strömungen aus Oxidationsmittel und eingedüstem Brennstoff zu einem Wirbelgemisch unterschiedlicher Frequenzen, Ablöseneigungen und/oder Amplitude ausbilden oder vermengen. Auch dadurch wird wirksam die Ausbildung einer dominanten Frequenz in der Gaswolke des Verbrennungsraums bzw. der Brennkammer unterbunden. In Fig. 21 ist eine weitere schematisierte Ansicht eines Oxidationsmittelkanals 3, in den ein Brennstoffkanalkörper 42 hineingeführt ist. Genauer durchgreift der Brennstoffkanalkörper 42 den Oxidationsmittelkanal 3 vollständig, führt also von einer Kanalwand zur gegenüberliegenden Kanalwand, wobei er als Staukörper unter Ausbildung einer angedeuteten Wirbelstraße 50 wirkt. Der bessern Darstellung halber sind in Fig. 21 die Wirbelsymbole wiederum um 90° verdreht zur Kanallängsachse dargestellt. Der Brennstoffkanalkörper 42 ist mit mindestens einer, hier beispielhaft mit genau einer Brennstoffdüse 4 versehen. Im Brennstoffkanalkörper 42 sind ein Brennstoffkanalabschnitt 43 und ein Gaskanalabschnitt 47 ausgebildet sind, welche gemeinsam in unten näher beschriebener Weise in die mindestens eine Brennstoffdüse 4 münden.
Aus einem nicht dargestellten Gasreservoir wird ein Gas, vorzugsweise ein oxidatives bzw. sauerstoffhaltiges Gas wie Luft, durch den Gaskanalabschnitt 47 zum Bereich der Brennstoffdüse 4 gefördert. Aus einem ebenfalls nicht dargestellten Brennstoffreservoir wird ein Flüssigbrennstoff durch den Brennstoffkanalabschnitt 43 und durch eine Verbindungsöffnung 48 in den Gaskanalabschnitt 47 geleitet, wobei sich die Verbindungsöffnung 48 vorteilhaft in unmittelbarer Nähe zur Brennstoffdüse 4 befindet. Eingangs- seitig der Brennstoffdüse 4 entsteht ein Brennstoff-Gas-Gemisch 49, welches hier ein Brennstoff-Luft-Gemisch ist, und welches durch die Brennstoffdüse 4 hindurch in den Oxidationsmittelkanal 3 eintritt. Beim Eintritt in den Oxidationsmittelkanal 3 entspannt sich das Brennstoff-Gas-Gemisch 49, was zu einer Zerstäubung des Brennstoffes im Verbrennungsluftstrom 37. Die Funktionsweise der Zerstäubung ist hier beispielhaft an nur einem Oxidationsmittelkanal 3 mit nur einem Brennstoffkanalkörper 42 gezeigt. Natürlich können im Rahmen der Erfindung mehrere davon vorgesehen sein, wobei dann mehrere Brenn- stoffkanalabschnitte 43 vorteilhaft aus einem gemeinsamen Brennstoffreservoir, beispielsweise aus einem der ringförmigen Versorgungskanäle 13, 14 gemäß der Fig. 4 bis 13a, 13b gespeist werden können, und wobei dann analog dazu mehrere Gaskanalabschnitte 47 aus einem gemeinsamen Gasreservoir beispielsweise in Form solcher Ringnuten bzw. Ringräume gespeist werden können.
Durch Kombination der im Vorhergehenden an einzelnen Beispielen beschriebenen Merkmale und deren Ausprägung erhält der Fachmann weitere Ausführungen der Erfindung, ohne dabei selbst erfinderisch tätig werden zu müssen.

Claims

Ansprüche
Brennerkopf (36) für einen Brenner (35), der sich entlang einer Brennerlängsachse (1) erstreckt, umfassend zumindest einen in einem radialen Abstand zur Brennerlängsachse (1) in einem Grundkörper (2) angeordneten und eine Kanallängsachse (20) aufweisenden Oxidationsmittelkanal (3) sowie zumindest eine in den zumindest einen Oxidationsmittelkanal (3) mündende Brennstoffdüse (4), dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffkanalkörper (42) in den Oxidationsmittelkanal (3) hinein geführt ist, wobei zumindest eine Brennstoffdüse (4) am Brennstoffkanalkörper (42) ausgebildet und insbesondere zumindest näherungsweise auf der Kanallängsachse (20) angeordnet ist.
Brennerkopf nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (2) mindestens ein Versorgungskanal (13, 14) zur Brennstoffversorgung der mindestens einen Brennstoff düse (4) ausgebildet ist.
Brennerkopf nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von um die Brennerlängsachse (1) herum in dem Grundkörper (2) angeordneten Oxidationsmittelkanälen (3) mit mindestens je einer in jeweils einen Oxidationsmittelkanal (3) mündenden Brennstoffdüse (4) vorgesehen ist, wobei die Brennstoffdüsen (4) zumindest teilweise und insbesondere sämtlich mit dem mindestens einen Versorgungskanal (13, 14) zur Versorgung mit Brennstoff verbunden sind.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffkanalkörper (42) zentrisch im Oxidationsmittelkanal (3) angeordnet ist, wobei der Brennstoffkanalkörper (42) in Strömungsrichtung des Oxidationsmittels vorzugsweise symmetrische Seitenflächen aufweist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffkanalkörper (42) entlang einer Querrichtung zur Kanallängsachse (20) einen kreisähnlichen, ovalen, tropfenförmigen, polygonalen, trapezoiden, drachenförmigen oder ähnlichen Querschnitt aufweist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Kanallängsachse (20) mindestens zwei Brennstoffkanalkörper (42) im Oxidationsmittelkanal (3) vorgesehen sind, wobei zumindest in einem der Brennstoffkanalkörper (42) zumindest eine Brenn- stoffdüse (4) vorgesehen oder ausgebildet ist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Oxidationsmittelkanäle (3) im Grundkörper (2) vorgesehen sind, wobei in mindestens zwei, vorzugsweise allen Oxidationsmittelkanälen (3) je mindestens ein Brennstoffkanalkörper (42) vorgesehen ist.
Brennerkopf nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Brennstoffkanalkörper (42) eine voneinander abweichende Geometrie, insbesondere einen abweichenden Querschnitt und/oder eine abweichende Symmetrie der Seitenflächen und/oder eine abweichende Topologie der Seitenflächen aufweisen.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, dass im Brennstoffkanalkörper (42) ein Brennstoffkanalabschnitt (43) und ein Gaskanalabschnitt (47) ausgebildet sind, wobei der Brennstoffkanalabschnitt (43) und der Gaskanalabschnitt (47) gemeinsam in die mindestens eine Brennstoffdüse (4) münden.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsmittelkanäle (3) und die zugeordneten Brennstoffdüsen (4), insbesondere Brennstoffkanäle (5), mindestens in eine erste Brennerstufe (7) und in eine zweite Brennerstufe (8) aufgeteilt sind, wobei der Brennerkopf (36) bevorzugt eine zentrale Pilotstufe (1 1) und eine vorzugsweise konzentrisch um die Pilotstufe (11) angeordnete Hauptstufe (12) aufweist, wobei die Hauptstufe (12) durch die mindestens zwei verschiedenen Brennerstufen (7, 8) gebildet ist, und wobei für die verschiedenen Brennerstufen (7, 8) getrennte und voneinander unabhängige Brennstoffzufuhren (9, 10) vorgesehen und insbesondere im Grundkörper (2) ausgebildet sind.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Versorgungskanal (13, 14) als zumindest teilweise um die Brennerlängsachse (1) des Brennerkopfes (36) umlaufende Ringnut (15, 16) im Grundkörper (2) ausgeführt ist, wobei die Ringnut (15, 16) auf ihrer offenen Seite dicht verschlossen ist, und wobei vorteilhaft eine Ringnut (15, 16) in eine Umfangsfläche (17) und/oder in eine Stirnfläche (18) des Grundkörper (2) eingearbeitet ist.
Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Grundkörper (2) jeweils um die Oxidationsmittelkanäle (3) herum ein Ringkanal (21) vorgesehen ist, der mit dem Versorgungskanal (13, 14) verbunden ist, und von dem aus die Brennstoffkanäle (5) in die Oxidationsmittelkanäle (3) führen. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Versorgungskanal (13, 14) und den durch den Versorgungskanal (13, 14) mit Brennstoff versorgten Brennstoffdüsen (4, 5) ein steuerbares Durchflussbegrenzungselement (22) vorgesehen ist, über welches die Versorgung der Brennstoffdüsen (4, 5) mit Brennstoff wählbar einstellbar ist.
14. Brennerkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass neben dem für die Brennstoffversorgung der Brennstoffdüsen (4, 5) vorgesehenen Versorgungskanal (13, 14) ein kanalartiges Oxidationsmittelplenum (23) im oder am Grundkörper (2) vorgesehen ist, über welches der oder die Oxidationsmittelkanäle (3) mit Oxidationsmittel beaufschlagbar sind, wobei zwischen dem Oxidationsmittelplenum (23) und den durch das Oxidationsmittelplenum (23) mit Oxidationsmittel versorgten
Oxidationsmittelkanälen (3) bevorzugt ein steuerbares Durchflussdrosselelement (24) vorgesehen ist, über welches die Versorgung der Oxidationsmittelkanäle (3) mit Oxidationsmittel wählbar einstellbar ist.
Gasturbine (30) mit einem Brenner (35) umfassend einen Brennerkopf (36) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Brennerkopf (36) eine zentrale Pilotstufe (1 1) und eine konzentrisch um die Pilotstufe (1 1) angeordnete Hauptstufe (12) aufweist, wobei die Hauptstufe (12) durch die mindestens eine, vorzugsweise mindestens zwei verschiedene Brennerstufen (7, 8) gebildet ist, wobei für jede Brennerstufe (7, 8) im Grundkörper (2) je ein unabhängiger Versorgungskanal (13, 14) in Form einer zumindest teilweise umlaufenden und verschlossenen Ringnut (15, 16) zur Bildung getrennter und voneinander unabhängiger Brennstoffzufuhren (9, 10) für die Brennerstufen (7, 8) ausgebildet ist, wobei die Gasturbine (30) zumindest teilweise über einen Abgasstrom (38) des Brenners (35) angetrieben wird.
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7244526B2 (ja) * 2017-09-25 2023-03-22 ベイジン ゾンユー トップサン エナジー テクノロジー カンパニー リミテッド バーナおよびその使用方法
US20190368738A1 (en) * 2018-06-01 2019-12-05 General Electric Company Method and system for aero-shaped liquid fuel posts for micromixers
JP7254540B2 (ja) * 2019-01-31 2023-04-10 三菱重工業株式会社 バーナ及びこれを備えた燃焼器及びガスタービン
JP7379265B2 (ja) * 2020-04-22 2023-11-14 三菱重工業株式会社 バーナー集合体、ガスタービン燃焼器及びガスタービン
KR102382634B1 (ko) * 2020-12-22 2022-04-01 두산중공업 주식회사 연소기용 노즐, 연소기 및 이를 포함하는 가스 터빈
KR102469577B1 (ko) * 2020-12-31 2022-11-21 두산에너빌리티 주식회사 마이크로 믹서 및 이를 포함하는 연소기
EP4027059A1 (de) * 2021-01-12 2022-07-13 Crosstown Power GmbH Brenner, brennkammer und verfahren zum nachrüsten eines verbrennungsgerätes
EP4426970A2 (de) * 2021-11-03 2024-09-11 Power Systems Mfg., LLC Mehrrohrpilotinjektor mit einem flammenanker für einen gasturbinenmotor
KR102667812B1 (ko) * 2022-02-07 2024-05-20 두산에너빌리티 주식회사 연소기용 노즐 및 이를 포함하는 가스 터빈
JP2023148761A (ja) * 2022-03-30 2023-10-13 三菱重工業株式会社 燃焼器及びガスタービン
CN115789637B (zh) * 2022-11-29 2024-04-16 湖南钟鼎热工科技股份有限公司 一种能够控制火焰形状与温度的纯氧燃烧器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2708339A (en) * 1949-04-28 1955-05-17 Rolls Royce Combustion equipment for gas-turbine engine having main and pilot fuel injector means
US20050034458A1 (en) * 2002-06-11 2005-02-17 Burrus David Louis Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity
EP2236933A1 (de) * 2009-03-17 2010-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung für fluidische Brennstoffe und Verfahren zum Herstellen einer Brenneranordnung
EP2527741A2 (de) * 2011-05-24 2012-11-28 General Electric Company System und Verfahren zur Flussteuerung in einem Gasturbinenmotor

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4100733A (en) 1976-10-04 1978-07-18 United Technologies Corporation Premix combustor
US4845952A (en) 1987-10-23 1989-07-11 General Electric Company Multiple venturi tube gas fuel injector for catalytic combustor
WO1992011679A1 (en) 1990-12-21 1992-07-09 Motorola, Inc. Battery apparatus with circuit runner as current limiting device
US5361586A (en) * 1993-04-15 1994-11-08 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine ultra low NOx combustor
US5647215A (en) * 1995-11-07 1997-07-15 Westinghouse Electric Corporation Gas turbine combustor with turbulence enhanced mixing fuel injectors
CA2400762C (en) 2000-03-31 2009-05-26 Inventio Ag Emergency current supply equipment for lift installations
US6755024B1 (en) * 2001-08-23 2004-06-29 Delavan Inc. Multiplex injector
AT413171B (de) 2002-12-16 2005-11-15 Siemens Ag Oesterreich Halbleiter-bauelement mit einer kühlplatte
FI118286B (fi) 2005-11-25 2007-09-14 Abb Oy Taajuusmuuttajakokoonpano ja menetelmä taajuusmuuttajakokoonpanon käyttämiseksi
EP2078898A1 (de) * 2008-01-11 2009-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Brenner und Verfahren zur Verringerung von selbstinduzierten Flammenschwingungen
US8393157B2 (en) * 2008-01-18 2013-03-12 General Electric Company Swozzle design for gas turbine combustor
US8181891B2 (en) 2009-09-08 2012-05-22 General Electric Company Monolithic fuel injector and related manufacturing method
WO2011054771A2 (en) * 2009-11-07 2011-05-12 Alstom Technology Ltd Premixed burner for a gas turbine combustor
US8919127B2 (en) * 2011-05-24 2014-12-30 General Electric Company System and method for flow control in gas turbine engine
US20130036743A1 (en) 2011-08-08 2013-02-14 General Electric Company Turbomachine combustor assembly
CN103134078B (zh) * 2011-11-25 2015-03-25 中国科学院工程热物理研究所 一种阵列驻涡燃料-空气预混器
EP2597374A1 (de) * 2011-11-28 2013-05-29 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung für eine Gasturbine
EP2602549A1 (de) * 2011-12-09 2013-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Brennkammer für eine Gasturbine und Gasturbine sowie Verfahren
US20130219897A1 (en) * 2012-02-28 2013-08-29 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Combustor and gas turbine
DE102012216080A1 (de) 2012-08-17 2014-02-20 Dürr Systems GmbH Brenner
US9322559B2 (en) * 2013-04-17 2016-04-26 General Electric Company Fuel nozzle having swirler vane and fuel injection peg arrangement
US10184666B2 (en) * 2015-11-23 2019-01-22 Siemens Energy, Inc. Fuel nozzle having respective arrays of pre-mixing conduits with respective vortex generators

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2708339A (en) * 1949-04-28 1955-05-17 Rolls Royce Combustion equipment for gas-turbine engine having main and pilot fuel injector means
US20050034458A1 (en) * 2002-06-11 2005-02-17 Burrus David Louis Gas turbine engine combustor can with trapped vortex cavity
EP2236933A1 (de) * 2009-03-17 2010-10-06 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung für fluidische Brennstoffe und Verfahren zum Herstellen einer Brenneranordnung
EP2527741A2 (de) * 2011-05-24 2012-11-28 General Electric Company System und Verfahren zur Flussteuerung in einem Gasturbinenmotor

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2016045779A1 *

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