DE2944863A1

DE2944863A1 - Brennkammer fuer gasturbinen

Info

Publication number: DE2944863A1
Application number: DE19792944863
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 7142 Marbach Meyer
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1981-05-27

Description

Brennkaer für Gas turbinen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen mit einem an der Stirnseite der Brennka"ser angeordneten zylindrischen Raum für die Zufuhr eines Gemisches aus Brennstoff und Luft, an den sich ein sich trichterförmig erweiternder Abschnitt des Flainrohres anschließt, in den ein koaxial zum zylindrischen Raum angeordneter kegeliger Leitkörper mit im wesentlichen parallel zum Flamrohrabschnitt verlaufender Mantelfläche hineinragt. tin solcher der eigentlichen Brennkammer vorgeordneter mit eine.
Leitkörper versehener Raum ergibt durch seine Gestalt ein günstiges Einströmen des Gemisches ins Innere der Brennkammer und erleichtert die Ausbildung eines die Flammen stabilisierenden Rezirkulationsgebietes hinter der Grundfläche des kegeligen Leitkörpers.
Bei einer bekannten derartigen Brennkammer (DE-OS 24 15 o36), die der Verbrennung flüssiger Brennstoffe dient, wird der zylindrische Raum axial von einem Brennstoff-Luft-Geinisch durchströmt, wobei dieses durch Verdampfen des flüssigen Brennstoffes aufbereitet wird. Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für die Aufbereitung eines Gemisches aus festen Brennstoffen in feinkörniger oder staubförmiger Form und Luft, den zylindrischen Raum so auszugestal ten. daß ein gut verwirbeltes Gemisch in das Innere der Brennkammer einströmt und dort möglichst vollständig verbrennt. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß der zylindrische Raum eine geschlossene Stirnwand aufweist, in deren Bereich zur Zuführung eines Gemisches aus feinkörnigem oder staubförmigen Brennstoff und Luft mindestens ein Kanal tangential einmündet.
Durch die tangentiale Einmündung eines oder mehrerer Kanäle wird dem Gemisch in dem zylindrischen Raum ein Drall erteilt. mit dem dieses durch den von dem kegeligen Leitkörper gebildeten Ringspalt in die Brennzone der Brennkammer einströmt. Dabei verbessert die durch den Drall hervorgebrachte Verwirbelung von Luft und festen Teilchen wesentlich deren Verbrennung.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Leitkörper mit einem koaxial zum zylindrischen Raum angeordneten zylindrischen Träger an der Stirnwand des zylindrischen Raumes befestigt. Diese Art der Befestigung macht die sonst iiblichen radialen Streben, die den Leitkörper mit dem Gehäuse verbinden, entbehrlich. Der sich in der Hauptströmungsrichtung erstreckende Träger ermöglicht ein hindernisfreies Durchströmen des zylindrischen Raumes. Durch Streben bedingte Ablagerungen fester Teilchen fallen weg. Der zylindrische Träger verbessert durch seine zentrale Lage außerdem die erwiinschte Ausbildung eines kräftigen Dralles.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung weist die Stirnwand des zylindrischen Raumes eine konkave Innenseite auf, die in eine zylindrische Innenseite übergeht. Das in einer Querebene zur Brennkammerachse einströmende Gemisch wird dadurch stromungsgiinstig in die zur Brennzone führende Hauptströmungsrichtung umgelenkt. Nischen und Toträume im Bereich der Stirnwand, die zu Ablagerung fester Teilchen führen könne, werden dadurch vermieden.
Erfindungsgemäß kann das Flammrohr im stromabwärts gelegenen Bereich der an den Leitkörper angrenzenden Brennzone Öffnungen aufweisen. durch die Sekundärluft aus einem das Flammrohr umgebenden Ringraum in die Brennzone einströmt. Das dadurch in der Brennzone hervorgerufene Rezirkulationsgebiet ergibt im Zusammenwirken mit dem aus dem zylindrischen Raum mit einem Drall einströmenden Gemisch eine besonders gute Verbrennung des in der Primärluft mitgeführten feinkörnigen oder staubförmigen Brennstoffes.
Die Erfindung wird anhand von Ausfiihrungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, im folgenden näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Längsmittelschnitt durch eine Brennkammer, Fig. 2 einen Querschnitt durch diese Brennkammer nach der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen der Fig. 2 entsprechenden Querschnitt durch eine ähnliche Brennkammer.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkammerfiir eine Gasturbine dient der Verbrennung von Kohlenstaub. Sie besteht im wesentlichen aus einem Flammrohr 11, das den Innenraum 12 der Brennkammer umschließt und das von einem Mantel 13 umgeben ist, der mit dem Flammrohr 11 einen ringförmigen Sammelraum 14 bildet. An der Stirnseite der Brennkammer ist ein zylindrisches Gehäuse 15 kleineren Durchmessers angeordnet, das einen Drallraum 16 umschließt.
Am Mantel 13 ist ein Rohr 17 befestigt, das der 7ufuhr von Sekundärluft zum Sammelraum 14 dient. Im stromabwärts gelegenen Bereich der an den Drallraum 16 angrenzenden Drennzone 18 sind im Flammrohr 11 Öffnungen 19 angeordnet. Noch weiter stromabwärts weist das Flammrohr 11 Öffnungen 20 auf. Durch die Öffnungen 19 und 20 kann Sekundärluft aus dem Sammelraum 14 in den Innenraum 12 der Brennkammer einströmen.
Das Gehäuse 15 des Drallraumes 16 weist eine Stirnwand 21 auf, deren Innenseite 22 die Gestalt einer halben Hohlkugel hat.
Die gewölbte Innenseite 22 geht in die zylindrische Innenseite 23 des Drallraumes 16 über. Im Bereich der Stirnwand 21 mündet tangential ein Rohr 24 für die Zufuhr eines Gemisches aus Kohlenstaub und Primärluft. Das Gehäuse 15 geht in einen sich trichterförmig erweiternden Abschnitt 25 des Flammrohres 11 über.
In dem Drallraum 16 ist koaxial zum Gehäuse 15 ein kegeliger Leitkörper 26 angeordnet, der mit im wesentlichen parallel zum trichterförmigen Abschnitt 25 verlaufender Mantelfläche 27 in das Flammrohr 11 hineinragt. Die ebene oder leicht konkave Grundfläche 28 des kegeligen Leitkörpers 26 grenzt an die Brennzone 18 im Innenraum 12 der Brennkammer an. Der Leitkörper 26 ist mit einem zum Gehäuse 15 koaxialen zylindrischen Träger 29, der in die Spitze 30 des Leitkörpers 26 übergeht, an der Stirnwand 21 befestigt. Der Drallraum 16 erhält durch den zylindrischen Träger 29 und den kegeligen Leitkörper 26 die Gestalt eines Ringraumes, dessen mittlerer Durchmesser im Reich des Leitkörpers 26 zunimmt und der mit einem Ringspalt 31 in den Innenraum 12 der Brennka-ier einmündet.
Der beim Betrieb der Gasturbine in der Brennkammer herrschende Strömungsverlauf ist in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet.
Durch das Rohr 24 strömt ein pneumatisch gefördert es Gemisch aus Kohlenstaub und verdichteter Primärluft in den Drallraum 16. Infolge der tangentialen Einmündung des Rohres 24 in den Drallraum 16 wird dem Gemisch ein Drall erteilt. Gleichzeitig wird das Gemisch durch die gewölbte Stirnwand 21 des Gehäuses 15 in Richtung des Innenraumes 12 der Bronnkammer umgelenkt.
Dadurch durchströmt das Gemisch schraubenförmig den ringförmigen, von Toträumen und Hindernissen freien Drallraum 16 zwischen dem zylindrischen Träger 29 und dem kegeligen Leitkörper 26 einerseits und dem Gehäuse 15 und einem Teil des trichterförmigen Abschnittes 25 des Flammrohres 11 andererseits. Durch den Ringspalt 31 strömt das drallbehaftete Gemisch in die Brennzone 18 der Brennka-ier, in der der tohlenstaub verbrannt wird. Die Querschnittsfläche des Ringspalte 31 ist dabei so gewählt, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches im Ringspalt 31 größer ist als die Fla engeschwindigkeit. Ein Rückschlagen der Flammen in den Drallraum 16 wird damit unmöglich gemacht.
Ein Teil der aus dem Sammelraum 14 durch die Öffnungen 19 in den Innenraum 12 der Brennkammer gelangenden verdichteten Sekundärluft strömt entgegen der Hauptströmungsrichtung in die Brennzone 10 ein und bildet dort ein Rezirkulationsgebiet. das die Flammen stabilisiert und die Verbrennung des aus dem Drallraum 16 einströmenden Kohlenstauhes unterstützt.
In der Zone zwischen den Öffnungen 19 und 20 wird noch verbliebenes Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid verbrannt. Der durch die Öffnungen 20 in den Innenraum 12 der Brennkammer strömende Teil der Sekundärlult verdünnt die Abgase und kühlt sie dabei alls die zulässige Turbinentemperatur ab.
Der in Fig. 3 im Querschnitt gezeigte Drallraum 32 einer ähnlichen flrennkammer ist mit zwei storen 33 und 34 für die Zuftshr des Gemisches aus Kohlenstaub und Luft verbunden. Die Hohre 33 und 34 münden an einander gegenüberliegenden Ste] -len tangential in den Drallraum 32. Dem Gemisch wird durch diese Anordnung ein hesonders kräftiger Drall erteilt.

Claims

Ansprüche 0 Brennkammer für Gasturbinen mit einem an der Stirnseite der Brennkammer angeordneten zylindrischen Raum für die Zufuhr eines Gemisches aus Brennstoff und Luft, an den sich ein sich trichterförmig erweiternder Abschnitt des Flammrohres anschließt, in den ein koaxial zum zylindrischen Raum angeordneter kegeliger Leitkörper mit im wesentlichen parallel zum Flammrohrabschnitt verlaufender Elantelfläche hineinragt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der zylindrische Raum (16) eine geschlossene Stirnwand (21) aufweist, in deren Bereich zur Zuführung eines Gemisches aus feinkörnigem oder staubförmigem Brennstoff und Luft mindestens ein Kanal (24) tangential einmündet.
2) Brennkammer nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t, daß der Leitkörper (26) mit einem koaxial zum zylindrischen Raum (16) angeordneten zylindrischen Träger (29) an der Stirnwand (21) des zylindrischen Raumes (16) befestigt ist.
3) Brennkammer nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stirnwand (21) des zylindrischen Raumes (16) eine konkave Innenseite (22) aufweist, die in eine zylindrische Innenseite (23) übergeht.
4) Brennkammer nach einem oder mehreren der voranSehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Flammrohr (11) im stromabwärts gelegenen Bereich der an den Leitkörper (26) angrenzenden Brennzone (i8) Öffnungen (19) aufweist, durch die Sekundärluft aus einem das Flammrohr (ii) umgebenden Ringraum (14) in die Brennzone (18) einströmt.