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EP1292795B1 - Verfahren zum betrieb eines brenners mit gestufter vormischgas-eindüsung - Google Patents

Verfahren zum betrieb eines brenners mit gestufter vormischgas-eindüsung Download PDF

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Publication number
EP1292795B1
EP1292795B1 EP01951833A EP01951833A EP1292795B1 EP 1292795 B1 EP1292795 B1 EP 1292795B1 EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 01951833 A EP01951833 A EP 01951833A EP 1292795 B1 EP1292795 B1 EP 1292795B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
burner
fuel supply
outlet openings
conduits
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP01951833A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1292795A1 (de
Inventor
Adnan Eroglu
Jaan Hellat
Peter Stuber
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.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology 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 DE10029607A external-priority patent/DE10029607A1/de
Application filed by Alstom Technology AG filed Critical Alstom Technology AG
Priority to EP05101530.3A priority Critical patent/EP1559955B1/de
Publication of EP1292795A1 publication Critical patent/EP1292795A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1292795B1 publication Critical patent/EP1292795B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D17/00Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002Burners for combustion simultaneously or alternately of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2900/00Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/14Special features of gas burners
    • F23D2900/14021Premixing burners with swirling or vortices creating means for fuel or air

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a burner, the at least one first Fuel supply with a first group of im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for the introduction of a first premix fuel in a swirl chamber and one or more second fuel feeds with a second group of essentially in the direction the burner axis arranged fuel outlet openings wherein the second fuel feeds independent of the first fuel supply can be acted upon with fuel.
  • a conical burner consisting of several shells a so-called double-cone burner, according to the preamble of claim 1 is known.
  • the conical swirl generator composed of several shells, a swirl flow is generated in the conical interior enclosed by the partial cone shells. Due to a jump in cross section at a combustion chamber end of the burner, the swirl flow becomes unstable, and turns into an annular swirling flow with backflow in the core. This backflow allows the stabilization of a flame front at the burner outlet.
  • the shells of the swirl generator are assembled in such a way that tangential air inlet slots for combustion air are formed along the burner axis.
  • Feed lines for a gaseous premix fuel which have outlet openings for the premix gas distributed in the direction of the burner axis, are provided on the inflow edge of the conical shells formed in this way.
  • the gas is injected through the outlet openings or bores transversely to the air inlet gap. This injection, in conjunction with the swirl generated in the swirl space of the combustion air-fuel gas flow to a good mixing of the fuel or premixed gas with the combustion air. Good mixing in such premix burners is the prerequisite for low NO x values during the combustion process.
  • a burner for a Heat generator known after the swirl generator an additional mixing section to the other Mixing of fuel and combustion air having.
  • This mixing section can, for example, as Downstream pipe be executed, in which the the swirl generator exiting flow without significant Flow losses is transferred. Through this additional mixing distance can be the degree of mixing further increased and thus the pollutant emissions be reduced.
  • WO 93/17279 shows another known premix burner in which a cylindrical swirl generator with an additional conical inner body is used.
  • the premix gas is also injected via feeders with corresponding outlet openings in the swirl space, which are arranged along the axially extending air inlet slots.
  • This burner has in the conical inner body in addition to a central supply of fuel gas, which can be injected near the outlet opening of the burner for piloting into the swirl space.
  • This additional pilot stage is used to start the burner.
  • the supply of the pilot gas in the outlet region of the burner leads to increased NO x emissions, since in this area only an insufficient mixing with the combustion air can take place.
  • EP 0918191 A1 shows a generic Burner for operating a heat generator that is parallel to a first feeder for fuel also one second feeder for another type of fuel that matched to the other fuel type is. Both feeds are independent. controllable. By this configuration, the burner without modification with different fuel types operate.
  • the premixing gas is injected into the air inlet gap by means of feeds with outlet openings arranged essentially in the direction of the burner axis.
  • the characteristic of the injection with regard to penetration depth and mixing of the gas jets and the fuel distribution along the air inlet slots or the burner axis are predetermined.
  • the arrangement of the outlet openings thus already determines the mixing quality of the gas and the combustion air and the fuel distribution at the burner outlet.
  • a burner with swirl body and swirl space which has at least one first fuel feed with a first group of fuel exit openings arranged substantially in the direction of a burner axis for introducing a first premix fuel quantity into the swirl space and one or more second fuel feeds with a second one Group of substantially arranged in the direction of the burner axis fuel outlet openings, wherein the second fuel supply is acted upon regardless of the first fuel supply with fuel / are.
  • the supply of the fuel via the first fuel feeds is controlled or regulated separately from the supply of the fuel via the second fuel feeds, wherein the same fuel is supplied to the first and second fuel feeds.
  • the burner can be stabilized even with changes in load, gas quality or gas preheating temperature with approximately constant NO x emission values operate.
  • the fuel used as Vormischbrennstoff and in variable mass flow ratio to the first and split second feedings is hereby the fuel used as Vormischbrennstoff and in variable mass flow ratio to the first and split second feedings.
  • the feed of Premix fuel differs from the feed of pilot fuel, i. of fuel for the Realization of a pilot stage, in that premix fuel with a higher momentum, preferably across to the flow of combustion air, in the swirl chamber is introduced.
  • pilot fuel i. of fuel for the Realization of a pilot stage
  • premix fuel with a higher momentum, preferably across to the flow of combustion air, in the swirl chamber is introduced.
  • the burner is in a Operated diffusion mode.
  • the fuel is load-dependent distributes the first and second fuel feeds placed in the burner.
  • the Brenners is in a first operating state in the Essentially the total amount of fuel over or the first fuel feeds supplied and over the first group of fuel outlets in the Combustion air flow introduced, and in one further operating state at least a part of total amount of fuel over at least one of second fuel supply to the second group of fuel discharge openings in the combustion air flow brought in.
  • the burner is operated in a heat generator, so can in a part load condition of the heat generator of entire fuel over the first fuel feeds be fed, and in full load operation of the Heat generator the fuel on the first fuel supplies and one or more second fuel feeds be split.
  • fuel on the first and second Fuel feeds can be the distribution also control according to other company sizes. So can the Fuel, for example, depending on measured combustion chamber pulsations of a gas turbine, pollutant emissions, measured material temperatures, from that through a flame position sensor detected flame position or other measuring or Operating parameters on the first and second fuel feeds be distributed.
  • the one or more second fuel feeds by which the amount of premix fuel, the over the second group of fuel outlet openings is injected into the swirling space, and thus also the fuel pre-pressure - independent of the amount of premix fuel can be adjusted can, which flows over the first fuel supply, can be a simple adjustment of the mixture distribution and the quality of mixing to different boundary conditions to reach. Furthermore, by this configuration also a balance of different Wobbe numbers achieved by, for example, the first Fuel feeds a certain power or carry a certain volume flow and the rest of the Power or the volumetric flow over the second Fuel feeds is driven.
  • the invention also includes such embodiments one in which next to first and second also third, fourth, etc.
  • Brennstoffzu Crystalugen available and be fueled independently.
  • a burner which can be used by way of example for carrying out the method according to the invention consists of a swirl generator for a combustion air flow, a swirl space and means for introducing fuel into the Combustion air flow, wherein the swirl generator combustion air inlet openings for the tangential in the Having swirling space entering combustion air flow, the means for introducing fuel into the Combustion air flow one or more first fuel feeds with a first group of im Essentially arranged in the direction of the burner axis Fuel outlet openings for a first amount of premix fuel include and the burner one or several second fuel feeds with a second Group of essentially in the direction of the burner axis arranged fuel outlet openings for a second fuel quantity, preferably a premix fuel quantity, which second fuel feeds independent of the first fuel supply (s) be acted upon with fuel is / are.
  • the burner is characterized in the described Preferred variant characterized in that in the swirl chamber an inner body is arranged, wherein the fuel outlet openings at least a second fuel supply essentially in the direction of the burner axis distributed on the inner body are arranged.
  • Inner body is a preferred Embodiment to a fuel lance
  • the Swirl space is arranged on the burner axis.
  • one or more of the first Groups of fuel outlets in the area at least one of the combustion air inlet openings arranged.
  • the exemplary Brenners are also some of the second fuel feeders right next to the first fuel feeds, preferably parallel to these, arranged. This should be at least a second fuel supply provided next to each first fuel supply be.
  • the second Fuel supplies also independent of the first fuel supply in a symmetrical arrangement can be provided on the swirl generator.
  • the geometry the swirl generator is irrelevant here. So can conical swirl generators, as described in the beginning mentioned prior art documents are known, for example, with two, four or more Air inlet slots, are used. Others too Geometries, such as cylindrical swirl generators or cylindrical swirl generators with conical or cylindrical Inner bodies can be used.
  • the second fuel feeds are in an embodiment of the burner on the outer shell of the swirl body and in particular to the Air inlet slots are arranged along this.
  • Essential in the present burner is that the second fuel feeds a plurality of substantially in the direction of the burner axis distributed fuel outlet openings have sufficient To be able to achieve premixing.
  • the outlet openings are usually on parallel or under one a conical shape of the swirl generator or inner body predetermined angle to the burner axis extending Axes.
  • the second fuel outlet openings the second fuel feeds in comparison to the first fuel outlets other mutual distances or flow cross sections exhibit.
  • the respective fuel outlets also the same mutual Have distances, but offset from each other be. This leads to a more uniform injection of the premix fuel into the swirl space.
  • the first fuel outlet openings over the entire axial extent of Combustion air inlet openings, the second fuel outlet openings but only in a certain be arranged axial portion.
  • first fuel outlet openings only in a first axial portion and the second fuel outlets only in a subsequent to the first subarea provide second axial portion - or vice versa.
  • first and second fuel feeds with the Premix fuel are these with different Equipped connections.
  • Means for independent regulation or Control of premix fuel supply to the first and the second fuel supply lines Preferably, in addition Means for independent regulation or Control of premix fuel supply to the first and the second fuel supply lines.
  • the different supply for example, by a suitable control valve can be controlled.
  • the burners are in strong Schematically illustrated embodiment, so that only in each case at a position for the respective explanation essential features highlighted are.
  • the further design of the illustrated Brenner is the expert among others from the The prior art cited common documents that an integral part of the present Show description.
  • the fuel will furthermore referred to as premix fuel; it understands itself that part of the total fuel amount in certain load ranges also as pilot fuel to further increase the flame stability can be introduced. Feeders for pilot fuel are not shown in any of the figures, as they are are not essential to the invention; in knowledge of Prior art, the expert but this without More in the example shown burner implement, if he deems it necessary.
  • FIG. 1 shows a first example of a burner represented, with the inventive method can be operated.
  • FIG. 1a shows an arrangement the first 5 and second fuel feeds 7 for a cone-shaped swirl burner 1.
  • the outer formwork of this swirl body 1 is connected to the Einströmkanten the air inlet slots, as they Person skilled in the art are known, in addition the first feed 5 for a first premix fuel quantity P1 a second feed 7 for a second Premix fuel quantity P2 arranged.
  • These two Feeder can be independently with each other Premix fuel, that is, for example the mass flow of the second premix fuel P2, which flows through the second supply 7, independently from the mass flow of the first premix fuel P1 can be adjusted by the first feeder 5. This is due to the different feed lines indicated by the arrows.
  • the burner is in vertical section represented by the burner axis 3.
  • the two shells 1a, 1b of the swirl body to recognize are with the actual Burner axis 3 offset symmetry axes 3a, 3b arranged, such that between them air inlet slots 4 is formed for the combustion air 11 are.
  • the first Feed channel 5 with the corresponding outlet openings 6 to recognize the premix fuel.
  • the second supply channel 7 with the corresponding second outlet openings 8 arranged. Both feed channels show with their outlet openings 6, 8 for incoming combustion air flow.
  • FIG. 3 shows a variant of the arrangement of the feed channels and the outlet openings.
  • the conical swirl body 1 with each a first and a second supply channel 5, 7 for Illustration shown in a simplified form.
  • the two feed channels are also here parallel next to each other on - not shown - tangential air inlet slot.
  • the two feed channels have the same number of Holes n1 and n2 on.
  • the holes are even distributed along the burner axis 3, wherein the axial arrangement of the holes 8 of the second feed 7 at a gap to the axial arrangement of the holes. 6 set the first premix fuel supply is.
  • the number of holes n1 and n2 also be different from each other.
  • FIG. 4 shows an arrangement in which the Holes 6 of the first feed channel 5 in a conventional manner in the direction of the burner axis 3 in even mutual distance are distributed.
  • the holes 8 of the second feed channel 7 are in this example only over the first half of the swirl space towards the Burner axis 3 distributed. Through this hole arrangement can an enrichment of the fuel mixture in the burner center by connecting this second stage - the Premix fuel supply via the second feed 7 - be achieved.
  • FIG. 5 shows a similar arrangement in which the Holes 8 of the second feed channel also, as in Figure 4 in the first region of the swirl space in the direction the burner axis 3 are arranged.
  • the holes 6 of the first feed channel. 5 not over the entire length of the swirl space in the direction the burner axis 3 distributed, but only in second, directed to the burner exit part.
  • the Number n1 or n2 of the respective holes can vary depending on Requirements are selected. These can be the same or also be different.
  • a comparable embodiment with interchanged Arrangement of the outlet holes 6, 8 in the direction of Burner axis 1 show the figures 6 and 7.
  • the enrichment can be the outer region of the burner, that is the of Combustion chamber facing area, with the second Reach level.
  • a desired concentration gradient of the fuel be adjusted along the burner axis.
  • FIG. 8 shows another example of the embodiment a burner according to the invention in strong schematic representation.
  • a purely cylindrical swirl body 1 used.
  • the two in the figure, indicated feeds 5, 7 with the first 6 and second outlet openings 8 can in be configured and arranged in the same way as this already in connection with the preceding Figures was explained.
  • FIG. 9 shows this again with the first 5 and the second feed channel 7 with the corresponding outlet openings 6, 8.
  • these feed channels are side by side in the outer formwork of the swirl body. 1 arranged.
  • FIG. 10 shows an example of an embodiment the burner according to the invention, wherein the second Feed channel 7 arranged on the cylindrical inner body 9 is.
  • the second supply channel 7 is in this case preferably arranged inside the outer wall of the inner body 9, although in this case too, as with the previous ones Examples a symmetrical distribution of several Feed channels 7 are selected around the burner axis 3 should. However, in this example it is also possible the second supply 7 centrally in the inner body. 9 let go, in which case the outlet openings 8 via corresponding radial channels for Twist space 2 must be formed. In the front itself tapered portion of the inner body 9 can also one or more additional outlet openings with a correspondingly separate feed for fuel be provided (as a pilot stage) or air.
  • FIGS. 11 to 14 schematically show examples for further swirl generator geometries with which the present invention can be realized.
  • FIGS. 11 to 14 schematically show examples for further swirl generator geometries with which the present invention can be realized.
  • FIGS. 11 to 14 are from top to bottom with a burner conical swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with in the form of an inverted cone trained swirl body 1 and conical inner body 9, a burner with tulip-shaped and a burner with funnel-shaped swirl body 1 shown.
  • the second feeds both in the swirl body 1 as well as in the inner body. 9 be arranged.
  • All geometries shown here are common that the axial flow area of the Swirl space in the area of the swirl body to the burner outlet increases. This is not absolutely necessary Prerequisite for a premix burner, but is an advantageous embodiment of Swirl generator.
  • FIGS. 17 and 18 show schematically two examples of the structure of a swirl body in cross-section, as with a burner can be used.
  • Figure 17 is a swirl body represented, which are offset from four against each other Shells 1a, 1b, 1c, 1d composed in the illustrated arrangement four tangential air inlet slots 4 form.
  • the cups can be shown in the picture Cross-section different, for example circular segment, elliptical or oval, be formed.
  • at the dargestllten configuration are the body part 1a, 1b, 1c, 1d arranged so that their respective central axes 3a, 3b, 3c, 3d offset to the actual Burner axis are arranged.
  • the design of a Burner, with or without premix tube, with one such geometry can in detail that of EP 321 809 or EP 0780629.
  • FIG. 18 shows a monolithic swirl body 1 with tangential air inlet openings introduced therein 4 shown.
  • the air inlet openings 4 For example, as milled air entry slots or as rows of air intake holes be educated.
  • outlet openings in the axial To arrange direction equidistant, as it is in all Drawings is implied.
  • FIG. 19 to 21 Further very advantageous embodiments of a Burner can be seen in Figures 19 to 21.
  • the illustrated burners include the cone-shaped Swirl body 1, in its outer formwork at the inflow edges the air inlet slots a first group of Outlet openings 6 are arranged for premixed gas.
  • the burners are still with a central fuel lance 12 fitted, the at their combustion chamber side End, i. at its tip, have a nozzle can - as in this example - be used for one liquid fuel 13 or for a pilot fuel is usable.
  • nozzle Around this nozzle around in known Way outlet openings for shielding air 14 is provided be.
  • the illustrated Burner another fuel supply to a second group of outlet openings 8 in the fuel lance 12 on.
  • the outlet openings 8 of the second Group are essentially in the direction of the burner axis arranged in the lateral surface of the fuel lance 12, as can be seen in Figures 19 to 21, and preferably radially symmetrical about the axis of Fuel lance 12 distributed. They allow the radial directed from the fuel lance 12 outward Injecting fuel into the swirl chamber.
  • the number and size of these outlet openings 8 and their Distribution on the fuel lance 12 - in axial Direction and circumferential direction - is dependent on the respective requirements of the burner such as extinction limits, Pulsations and setback limits selected.
  • the fuel lance 12 may be relatively far in extend the swirl space (see Figures 19 and 20; “Long Lance EV Brenner ”) or just a short piece in protrude the swirl space (Fig. 21).
  • the second group of outlet openings 8 preferably in rear, i. farthest from the combustion chamber removed, area of the swirl space at the fuel lance 12 arranged as indicated in the figures.
  • the embodiment of Fig. 19 leaves a very advantageous stepped operation of the burner, at both the fuel feeds to the first Group of outlet openings 6 and the fuel feeds to the second group of outlet openings 8 are fed with premix gas.
  • the Independent Control possibility of the fuel supply to the first and second group of outlet openings 6, 8 allows one to the respective operating conditions of the Burner or the burner using the system optimally adapted mode of operation.
  • the second group of Outlets 8 are located on the fuel lance 12 in this example, outlet openings of the first Group of outlet openings 6 on the swirl body. 1 opposite, so that the first and second group of Outlet openings 6, 8 in certain operating conditions for example, also exclusively, i. without the each other group, be fueled can.
  • the one shown in the figure Burner with appropriate supply of fuel and corresponding embodiment of the second group of Outlets over these outlet openings 8 also be operated in diffusion mode.
  • the spatial Separation of the outlet openings 8 of the injection liquid fuel 13 at the top of the fuel lance 12 can be contrasted in this case known burners the penetration of fuel droplets or fuel vapor into the fuel supply system for the second group of outlet openings 8 avoid.
  • FIG. 20 shows an embodiment of a burner, which are also in the very advantageous tiered Operation can be operated.
  • the outlet openings 6 closed or there are no outlet openings 6 provided because their function of the outlet openings 8 is taken on the fuel lance 12.
  • Figure 21 shows the same burner with shortened Fuel lance 12, for the same operation is trained.
  • a gas turbine can be with such a burner from the ignition operate up to the base load without a pilot stage.
  • the supply of fuel to stages 1 and 2 is controlled independently via suitable valves or regulated.
  • Figures 23 and 24 show examples of the feed a fuel amount P0 to the burner. By both Examples branches the fuel line to the Total fuel quantity P0 to a fuel quantity P1 for the first group of outlet openings 6 and on a fuel amount P2 for the second group of Distribute outlet openings 8.
  • FIG 23 the discontinuation of the distribution or mass flow ratio via one valve 15 and 16 in each of the branches.
  • Figure 24 shows an embodiment in which a valve 16 before the Branching to set the total fuel quantity P0 and another valve 15 in the branch to first group of outlet openings 6 is arranged.
  • the valve 15 can be here also the Change the mass flow ratio between P1 and P2.
  • the valve 15 also in the branch to the second group of Outlets 8 may be arranged.
  • the mass flow ratio P1 / P2 by controlling the Valves depending on the operating condition of the Brenner changed.
  • the change of the mass flow ratio may vary depending on different measuring and operating characteristics are controlled or regulated, like this already in a previous part of the this description has been carried out.
  • the Embodiments shown are independent of the Burner geometry and can be with all burners of use previous embodiments.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der wenigstens eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) für eine erste Vormischbrennstoffmenge und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) für eine zweite Vormischbrennstoffmenge umfasst, wobei die zweiten Brennstoffzuführungen (7) unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung (5) mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Beide Brennstoffzuführungen (5, 7) werden bei dem Verfahren mit dem gleichen Brennstoff betrieben. Mit dem vorliegenden Verfahren zum Betrieb eines Brenners lassen sich optimale Mischbedingungen auch bei unterschiedlichen Lasten, Gasqualitäten oder Gasvorwärmtemperaturen einstellen.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der zumindest eine erste Brennstoffzuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweiten Brennstoffzuführungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind.
Stand der Technik
Aus der EP 0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender kegelförmiger Brenner, ein sogenannter Doppelkegelbrenner, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt. Durch den kegelförmigen aus mehreren Schalen zusammengesetzten Drallerzeuger wird eine Drallströmung in dem von den Teilkegelschalen eingeschlossenen Kegelinnenraum erzeugt. Aufgrund eines Querschnittssprungs an einem brennraumseitigen Ende des Brenners wird die Drallströmung instabil, und geht in eine annulare Drallströmung mit Rückströmung im Kern über. Diese Rückströmung ermöglicht die Stabilisierung einer Flammenfront am Brenneraustritt. Die Schalen des Drallerzeugers sind derart zusammengesetzt, dass entlang der Brennerachse tangentiale Lufteintrittsschlitze für Verbrennungsluft gebildet werden. An der hierdurch gebildeten Einströmkante der Kegelschalen sind Zuführungen für einen gasförmigen Vormischbrennstoff, vorgesehen, die in Richtung der Brennerachse verteilte Austrittsöffnungen für das Vormischgas aufweisen. Das Gas wird durch die Austrittsöffnungen bzw. Bohrungen quer zum Lufteintrittsspalt eingedüst. Diese Eindüsung führt in Verbindung mit dem im Drallraum erzeugten Drall der Verbrennungsluft-Brenngas-Strömung zu einer guten Durchmischung des Brenn- bzw. Vormischgases mit der Verbrennungsluft. Eine gute Durchmischung ist bei derartigen Vormischbrennern die Voraussetzung für niedrige NOx-Werte beim Verbrennungsvorgang.
Zur weiteren Verbesserung eines derartigen Brenners ist aus der EP 0 780 629 ein Brenner für einen Wärmeerzeuger bekannt, der im Anschluss an den Drallerzeuger eine zusätzliche Mischstrecke zur weiteren Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft aufweist. Diese Mischstrecke kann beispielsweise als nachgeschaltetes Rohr ausgeführt sein, in das die aus dem Drallerzeuger austretende Strömung ohne nennenswerte Strömungsverluste überführt wird. Durch diese zusätzliche Mischstrecke kann der Vermischungsgrad weiter erhöht und damit die Schadstoffemissionen verringert werden.
Die WO 93/17279 zeigt einen weiteren bekannten Vormisch-Brenner, bei dem ein zylindrischer Drallerzeuger mit einem zusätzlichen konischen Innenkörper eingesetzt wird. Bei diesem Brenner wird das Vormischgas ebenfalls über Zuführungen mit entsprechenden Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst, die entlang der axial verlaufenden Lufteintrittsschlitze angeordnet sind. Dieser Brenner weist im konischen Innenkörper zusätzlich eine zentrale Zuführung für Brenngas auf, das nahe der Austrittsöffnung des Brenners zur Pilotierung in den Drallraum eingedüst werden kann. Diese zusätzliche Pilotstufe dient dem Anfahren des Brenners. Die Zuführung des Pilotgases im Austrittsbereich des Brenners führt jedoch zu erhöhten NOx-Emissionen, da in diesem Bereich nur eine unzureichende Vermischung mit der Verbrennungsluft stattfinden kann.
Die EP 0918191 A1 zeigt einen gattungsgemäßen Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers, der parallel zu einer ersten Zuführung für Brennstoff auch eine zweite Zuführung für einen anderen Brennstofftyp aufweist, die auf den anderen Brennstofftyp abgestimmt ist. Beide Zuführungen sind unabhängig voneinander. ansteuerbar. Durch diese Ausgestaltung kann der Brenner ohne Umgestaltung mit unterschiedlichen Brennstofftypen betrieben werden.
Bei allen dargestellten Brennern erfolgt die Eindüsung des Vormischgases im Lufteintrittsspalt durch Zuführungen mit im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Austrittsöffnungen. Damit sind die Charakteristik der Eindüsung hinsichtlich Eindringtiefe und Einmischung der Gasstrahlen sowie die Brennstoffverteilung entlang der Lufteintrittsschlitze bzw. der Brennerachse vorgegeben. Die Anordnung der Austrittsöffnungen legt somit bereits die Mischgüte des Gases und der Verbrennungsluft sowie die Brennstoffverteilung am Brenneraustritt fest. Diese Größen sind wiederum entscheidend für die NOx-Emissionen, für die Lösch- und Rückschlagsgrenzen sowie für die Stabilität des Brenners im Hinblick auf Verbrennungspulsationen.
Bei unterschiedlichen Lasten, Gasqualitäten oder Gasvorwärmtemperaturen treten jedoch unterschiedliche Gasvordrücke an den Austrittsöffnungen auf, die wiederum zu unterschiedlichen Vormischbedingungen und Gemischqualitäten am Brennstoffaustritt führen. Aus den unterschiedlichen Vormischbedingungen resultieren dann unterschiedliche Emissionswerte und Stabilitätsbedingungen, die von der Last, der Gasqualität und der Gasvorwärmung abhängig sind. Die bekannten Brenner lassen sich daher nur für ganz bestimmte Wertebereiche dieser Parameter optimal betreiben.
Problematisch beim Betrieb von Vormischbrennern insbesondere in Gasturbinen ist der Teillastbereich, da hier der Brennluft nur vergleichsweise geringe Brennstoffmengen zugemischt werden. Bei der vollständigen Vermischung des Brennstoffes mit der gesamten Luft aber entsteht ein Gemisch, welches gerade im unteren Teillastbereich nicht mehr zündfähig ist, oder nur noch eine sehr instabile Flamme auszubilden in der Lage ist. Dies kann zu schädlichen Verbrennungspulsationen oder zum vollständigen Verlöschen der Flamme führen.
Für eine Anpassung der bekannten Brenner auf bestimmte Emissionswerte oder auf ein bestimmtes Stabilitätsfenster bei unterschiedlichen Lasten, Umgebungsbedingungen, Gasqualitäten und Vorwärmtemperaturen besteht zurzeit einerseits die Möglichkeit, bei Einsatz von Mehrfachbrenneranordnungen die Vormisch- bzw. Premixgaszufuhr zu einzelnen Brennergruppen zu stufen. Dies ist jedoch nur bei mehrreihigen Brenneranordnungen möglich. Für einreihige annulare Brennkammern hat diese Technik den Nachteil, dass sich ein in Umfangsrichtung ungleichförmiges Temperaturprofil im Brennkammeraustritt einstellt.
Eine andere Möglichkeit ist, Brenner, wie oben bereits kurz angerissen, mit einer sogenannten Pilot-Brennstoffversorgung auszustatten. Die Brenner werden dann bei sehr hohen Luftzahlen als Diffusionsbrenner betrieben. Dies resultiert einerseits in einer überlegenen Flammenstabilität, andererseits aber in hohen Emissionswerten und weiteren betriebstechnischen Nachteilen.
Aus der EP 433 790 ist ein Doppelkegelbrenner bzw. ein Verfahren zum Betrieb eines Doppelkegelbrenners bekannt geworden, bei dem über längs der tangentialen Lufteintrittsöffnungen angeordnete Düsen ein erster Brennstoff, beispielsweise Erdgas, in den Verbrennungsluftstrom eingedüst wird, während stromauf des Eintritts der Luft in den Brenner im Bereich der Eintrittsschlitze Kanäle mit Injektoren ausgebildet sind, über die ein zweiter, vom ersten Brennstoff verschiedener Brennstoff, beispielsweise ein mittelkalorisches Gas, das in der Regel leicht entzündlichen Wasserstoff enthält, eingedüst wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners anzugeben, mit denen der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvorwärmtemperatur mit annähernd konstanten NOx-Emissionswerten möglichst im Vormischbetrieb stabil betrieben werden kann.
Darstellung der Erfindung
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 und 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen sowie der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.
Beim vorliegenden Verfahren wird ein Brenner mit Drallkörper und Drallraum eingesetzt, der zumindest eine erste Brennstoffzuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in den Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweite Brennstoffzuführungen unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Zum Betrieb des Brenners wird die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzuführungen getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzuführungen gesteuert oder geregelt, wobei der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen der gleiche Brennstoff zugeführt wird. Über die Steuerung des Massenstromverhältnisses der über die ersten Brennstoffzuführungen zugeführten ersten Brennstoffmenge zu einer über die zweiten Brennstoffzuführungen zugeführten zweiten Brennstoffmenge während des Betriebes des Brenners lässt sich der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvorwärmtemperatur mit annähernd konstanten NOx-Emissionswerten stabil betreiben.
In der bevorzugten Ausführungsform wird hierbei der Brennstoff als Vormischbrennstoff eingesetzt und in variablem Massenstromverhältnis auf die ersten und zweiten Zuführungen aufgeteilt. Die Einspeisung von Vormischbrennstoff unterscheidet sich von der Einspeisung von Pilotbrennstoff, d.h. von Brennstoff für die Realisierung einer Pilotstufe, dadurch, dass Vormischbrennstoff mit einem höheren Impuls, vorzugsweise quer zur Strömung der Verbrennungsluft, in den Drallraum eingebracht wird. Bei der Einbringung von Brennstoff als Pilotbrennstoff hingegen wird der Brenner in einem Diffusionsmodus betrieben.
Vorzugsweise wird der Brennstoff lastabhängig auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen verteilt in den Brenner eingebracht.
Bei einer weiteren bevorzugten Betriebsweise des Brenners wird in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte Brennstoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzuführungen zugeführt und über die erste Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht, und in einem weiteren Betriebszustand wenigstens ein Teil der gesamten Brennstoffmenge über wenigstens eine der zweiten Brennstoffzuführungen mit der zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht.
Wird der Brenner in einem Wärmeerzeuger betrieben, so kann in einem Teillastzustand des Wärmeerzeugers der gesamte Brennstoff über die ersten Brennstoffzuführungen zugeführt werden, und im Volllastbetrieb des Wärmeerzeugers der Brennstoff auf die ersten Brennstoffzuführungen und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen aufgeteilt werden.
Neben der oben angeführten lastabhängigen Verteilung des Brennstoffes auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen läßt sich die Verteilung auch nach anderen Betriebsgrößen steuern. So kann der Brennstoff beispielweise auch in Abhängigkeit von gemessenen Brennkammer-Pulsationen einer Gasturbine, von Schadstoffemissionen, von gemessenen Materialtemperaturen, von der durch einen Flammenpositionssensor erfassten Flammenposition oder von sonstigen Mess- oder Betriebsparametern auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen verteilt werden.
Durch die ein oder mehreren zweiten Brennstoffzuführungen, durch die die Menge an Vormischbrennstoff, die über die zweite Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst wird, und somit auch der Brennstoffvordruck - unabhängig von der Menge an Vormischbrennstoff eingestellt werden kann, die über die ersten Brennstoffzuführungen strömt, lässt sich eine einfache Anpassung der Mischungsverteilung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedingungen erreichen. Weiterhin kann durch diese Ausgestaltung auch ein Ausgleich unterschiedlicher Wobbezahlen erreicht werden, indem beispielsweise die ersten Brennstoffzuführungen eine bestimmte Leistung oder einen bestimmten Volumenstrom tragen und der Rest der Leistung oder des Volumenstroms über die zweiten Brennstoffzuführungen gefahren wird. Durch geeignete Anordnung der zweiten Brennstoffzuführungen mit den entsprechenden zweiten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen relativ zu den ersten Brennstoffzuführungen mit den ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner günstig beeinflussen. So ist es möglich, im Teillastbetrieb in bestimmten Bereichen des Brenneraustritts eine gezielte Anreicherung des Gemisches mit Brennstoff zu erzielen, um die Flammenstabilität zu verbessern. Bei hoher Brennerlast kann der Brennstoff dann gleichmässig verteilt werden, was in geringen Emissionen resultiert.
Durch eine Ausgestaltung, bei der auch mehrere der zweiten Brennstoff-Zuführungen unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagt werden, lässt sich eine noch feiner abgestufte Anpassung der Mischungsverteilung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedingungen vornehmen.
Weiterhin schliesst die Erfindung auch solche Ausgestaltungen ein, bei denen neben ersten und zweiten auch dritte, vierte usw. Brennstoffzuführugen vorhanden und unabhängig mit Brennstoff beaufschlagt werden.
Ein beispielhaft zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahren verwendbar Brenner besteht aus einem Drallerzeuger für einen Verbrennungsluftstrom, einem Drallraum und Mitteln zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger Brennluft-Eintrittsöffnungen für den tangential in den Drallraum eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom eine oder mehrere erste Brennstoffzuführungen mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine erste vormischbrennstoffmenge umfassen und der Brenner eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine zweite Brennstoffmenge, vorzugsweise eine Vormischbrennstoffmenge, aufweist, welche zweite Brennstoffzuführungen unabhängig von der bzw. den ersten Brennstoffzuführungen mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Der Brenner zeichnet sich in der beschriebenen Vorzugsvariante dadurch aus, dass in dem Drallraum ein Innenkörper angeordnet ist, wobei die Brennstoff-Austrittsöffnungen wenigstens einer zweiten Brennstoffzuführung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilt auf dem Innenkörper angeordnet sind. Bei dem Innenkörper handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um eine Brennstofflanze, die im Drallraum auf der Brennerachse angeordnet ist.
Vorzugsweise sind eine oder mehrere der ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen im Bereich zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen angeordnet.
Unter einer Anordnung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse ist in der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung auf Achsen zu verstehen, die parallel oder unter einem Winkel < 45° zur Brennerachse verlaufen.
In einer möglichen Ausführungsform des beispielhaften Brenners sind auch einige der zweiten Brennstoffzuführungen unmittelbar neben den ersten Brennstoffzuführungen, vorzugsweise parallel zu diesen, angeordnet. Hierbei sollte zumindest eine zweite Brennstoffzuführung neben jeder ersten Brennstoffzuführung vorgesehen sein.
Es versteht sich jedoch von selbst, dass die zweiten Brennstoffzuführungen auch unabhängig von den ersten Brennstoffzuführungen in symmetrischer Anordnung am Drallerzeuger vorgesehen sein können. Die Geometrie des Drallerzeugers ist hierbei unerheblich. So können kegelförmige Drallerzeuger, wie sie aus den eingangs genannten Druckschriften des Standes der Technik bekannt sind, beispielsweise mit zwei, vier oder mehr Lufteintrittsschlitzen, eingesetzt werden. Auch andere Geometrien, wie zylindrische Drallerzeuger oder zylindrische Drallerzeuger mit konischen oder zylindrischen Innenkörpern lassen sich einsetzen.
Einige der zweiten Brennstoffzuführungen sind in einer Ausführungsform des Brenners an der Aussenschale des Drallkörpers und hierbei insbesondere an den Lufteintrittsschlitzen entlang dieser angeordnet. Wesentlich beim vorliegenden Brenner ist, dass die zweiten Brennstoffzuführungen mehrere im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilte Brennstoff-Austrittsöffnungen aufweisen, um eine ausreichende Vormischung erzielen zu können. Die Austrittsöffnungen liegen in der Regel auf parallel oder unter einem durch eine Kegelform des Drallerzeugers oder Innenkörpers vorgegebenen Winkel zur Brennerachse verlaufenden Achsen.
Je nach angestrebten Einflussmöglichkeiten auf die Vormischung können die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen der zweiten Brennstoffzuführungen im Vergleich zu den ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen andere gegenseitige Abstände oder Durchströmquerschnitte aufweisen. Gerade bei einer Anordnung, bei der unmittelbar neben einer ersten Brennstoffzuführung auch zumindest eine zweite Brennstoffzuführung vorgesehen ist, können die jeweiligen Brennstoff-Austrittsöffnungen auch die gleichen gegenseitigen Abstände aufweisen, jedoch versetzt zueinander angeordnet sein. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Eindüsung des Vormischbrennstoffes in den Drallraum. Weiterhin können beispielsweise die ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft-Eintrittsöffnungen, die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen jedoch nur in einem bestimmten axialen Teilbereich angeordnet sein. In gleicher Weise ist es auch möglich, die ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen nur in einem ersten axialen Teilbereich und die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen nur in einem sich an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten axialen Teilbereich vorzusehen - oder umgekehrt. Unterschiedliche Einflussmöglichkeiten auf den Betrieb des Brenners aufgrund dieser unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten, deren Kombination keine praktischen Grenzen gesetzt sind, lassen sich den Ausführungsbeispielen entnehmen.
Zur voneinander unabhängigen Beaufschlagung der ersten und der zweiten Brennstoffzuführungen mit dem Vormischbrennstoff sind diese mit unterschiedlichen Anschlüssen ausgestattet. Vorzugsweise sind zusätzlich Mittel zur voneinander unabhängigen Regelung oder Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr zu den ersten und den zweiten Brennstoffzuführungen vorgesehen. Die unterschiedliche Zufuhr kann beispielsweise durch ein geeignetes Regelventil gesteuert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie Brenner, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:
Figur 1
schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Brenner, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, im Längs- und Querschnitt;
Figur 2
ein Beispiel für den Gasaustritt aus den Austrittsöffnungen bei einer möglichen Betriebsweise des in Figur 1 dargestellten Brenners;
Figur 3
schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brennstoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figuren 5 bis 7
Beispiele für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brennstoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figur 8
schematisch ein Beispiel für einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbaren Brenner mit einem zylindrischen Drallerzeuger;
Figur 9
ein Beispiel für eine Brennerbauform mit zylindrischem Drallkörper und konischem Innenkörper, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann;
Figur 10
ein Beispiel für die Ausgestaltung eines geeigneten Brenners;
Figuren 11 bis 14
schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann;
Figuren 15 und 16
Drallerzeugergeometrien mit einem nachgeschalteten Vormischrohr, bei denen die Erfindung verwirklicht werden kann;
Figuren 17 und 18
schematisch zwei Beispiele für den Aufbau des Drallkörpers im Querschnitt, wie er bei einem geeigneten Brenner eingesetzt werden kann;
Figuren 19 bis 21
weitere Beispiele für die Ausgestaltung eines Brenners;
Figur 22
ein Beispiel für die Betriebsweise eines Brenners der Figuren 20 und 21; und
Figuren 23 und 24
schematisch zwei Beispiele für die Ausgestaltung der Brennstoffzuführungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In den folgenden Figuren sind die Brenner in stark schematisierter Ausführung dargestellt, so dass lediglich jeweils an einer Position die für die jeweilige Erläuterung wesentlichen Merkmale herausgestellt sind. Die weitere Gestaltung der dargestellten Brenner ist dem Fachmann unter anderem aus den als Stand der Technik zitierten Dokumenten geläufig, die einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellen. Weiterhin wird bei den Ausführungsbeispielen teilweise auf die Eindüsung von gasförmigem Brennstoff Bezug genommen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch flüssiger Brennstoff über die Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht werden kann. Der Brennstoff wird weiterhin als Vormischbrennstoff referiert; es versteht sich von selbst, dass ein Teil der gesamten Brennstoffmenge in bestimmten Lastbereichen auch als Pilotbrennstoff zur weiteren Erhöhung der Flammenstabilität eingebracht werden kann. Zuführungen für Pilotbrennstoff sind in keiner der Figuren dargestellt, da sie nicht erfindungswesentlich sind; in Kenntnis des Standes der Technik wird der Fachmann diese aber ohne Weiteres in die exemplarisch dargestellten Brenner zu implementieren wissen, falls er dies für nötig erachtet.
In Figur 1 ist ein erstes Beispiel für einen Brenner dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann. Figur 1a zeigt eine Anordnung der ersten 5 und zweiten Brennstoffzuführungen 7 bei einem Brenner mit kegelförmigem Drallkörper 1. In der Außenschalung dieses Drallkörpers 1 ist an den Einströmkanten der Lufteintrittsschlitze, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind, neben der ersten Zuführung 5 für eine erste Vormischbrennstoffmenge P1 eine zweite Zuführung 7 für eine zweite Vormischbrennstoffmenge P2 angeordnet. Diese beiden Zuführungen lassen sich unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagen, d.h., dass beispielsweise der Massenstrom des zweiten Vormischbrennstoffes P2, der durch die zweite Zuführung 7 strömt, unabhängig vom Massenstrom des ersten Vormischbrennstoffes P1 durch die erste Zuführung 5 eingestellt werden kann. Dies ist durch die unterschiedlichen Zuführungsleitungen mit den Pfeilen angedeutet. Es versteht sich von selbst, dass vorzugsweise mehrere dieser Zuführungspaare 5, 7 symmetrisch um die Brennerachse angeordnet sind. Die Brennstoffzufuhr zu den beiden Zuführkanälen, kann über hier nicht explizierte Regelventile unabhängig voneinander eingestellt werden. Die Anordnung der Regelventile ist im Beispiel nicht dargestellt, dem Fachmann aber ohne Weiteres geläufig.
In Figur 1b ist der Brenner im senkrechten Schnitt durch die Brennerachse 3 dargestellt. In dieser Abbildung sind die beiden Schalen 1a, 1b des Drallkörpers zu erkennen. Diese sind mit zur eigentlichen Brennerachse 3 versetzten Symmetrieachsen 3a, 3b angeordnet, dergestalt, dass zwischen ihnen Lufteintrittsschlitze 4 für die Verbrennungsluft 11 ausgebildet sind. An einem solchen Lufteintrittsschlitz 4 ist in aus dem Stand der Technik bekannter Weise der erste Zuführungskanal 5 mit den entsprechenden Austrittsöffnungen 6 für den Vormischbrennstoff zu erkennen. Unmittelbar neben diesem ersten Zuführungskanal 5 ist der zweite Zuführungskanal 7 mit den entsprechenden zweiten Austrittsöffnungen 8 angeordnet. Beide Zuführkanäle zeigen mit ihren Austrittsöffnungen 6, 8 zum einströmenden Verbrennungsluftstrom.
Durch die Stufung der Vormisch-Brennstoffmengen über getrennt voneinander beaufschlagbare Zuführkanäle kann die Eindringtiefe der Vormisch-Brennstoffmengen P1, P2 in den Verbrennungsluftstrom über den einen Zuführkanal groß und über den anderen Zuführkanal klein eingestellt werden. Dies ist in Figur 2 schematisch dargestellt, welche Figur die Anordnung gemäß Figur 1 in einer möglichen Betriebsweise darstellt. Hierbei wird die Brennstoffmenge im ersten Zuführkanal 5 höher eingestellt als im zweiten Zuführkanal 7, so dass sich der Druck und somit die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs an den Austrittsöffnungen 6 im Vergleich zu den Austrittsöffnungen 8 erhöht. Der erste Vormischbrennstoff P1 aus dem ersten Zuführkanal 5 dringt somit tiefer in die Verbrennungsluftströmung ein als der Vormischbrennstoff P2 aus dem zweiten Zuführungskanal 7, wie dies in der Figur angedeutet ist. Die gleiche Wirkung kann auch durch unterschiedliche Öffnungsdurchmesser bzw. Durchströmquerschnitte der jeweiligen Austrittsöffnungen erreicht werden, wobei dann die durch die beiden Kanäle strömenden Brennstoffmengen bei unterschiedlicher Eindringtiefe identisch gewählt werden können.
Mit dieser Anordnung können somit die Mischungsverteilung und die Mischgüte im Brenner gezielt eingestellt werden.
Figur 3 zeigt eine Variante der Anordnung der Zuführkanäle und der Austrittsöffnungen. Auch in diesem Beispiel ist der kegelförmige Drallkörper 1 mit jeweils einem ersten und einem zweiten Zuführungskanal 5, 7 zur Veranschaulichung in stark vereinfachter Form dargestellt. Die beiden Zuführkanäle liegen auch hier parallel nebeneinander am - nicht dargestellten - tangentialen Lufteintrittsschlitz. Bei dieser Anordnung weisen die beiden Zuführkanäle die gleiche Anzahl von Bohrungen n1 bzw. n2 auf. Die Bohrungen sind gleichmäßig entlang der Brennerachse 3 verteilt, wobei die axiale Anordnung der Bohrungen 8 der zweiten Zuführung 7 auf Lücke zu der axialen Anordnung der Bohrungen 6 der ersten Vormisch-Brennstoffzuführung eingestellt ist. Selbstverständlich kann die Anzahl der Bohrungen n1 und n2 auch voneinander verschieden sein.
Durch die Möglichkeit, die Bohrungen der Zuführkanäle unterschiedlich anzuordnen, zu verteilen oder mit unterschiedlichen Durchmessern zu versehen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner respektive am Brenneraustritt gezielt beeinflussen.
So kann die axiale und radiale Brennstoffverteilung beispielsweise durch eine ungleichmäßige Anordnung der Bohrungen 8 entlang des zweiten Zuführkanals 7 bzw. der Brennerachse 3 beeinflusst werden, wie dies in den folgenden Figuren dargestellt ist.
Figur 4 zeigt hierbei eine Anordnung, bei der die Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5 in üblicher Weise in Richtung der Brennerachse 3 in gleichmäßigem gegenseitigen Abstand verteilt sind. Die Bohrungen 8 des zweiten Zuführkanals 7 sind in diesem Beispiel nur über die erste Hälfte des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 verteilt. Durch diese Lochanordnung kann eine Anfettung des Brennstoffgemisches im Brennerzentrum durch Zuschalten dieser zweiten Stufe - der Vormischbrennstoffzufuhr über die zweite Zuführung 7 - erreicht werden.
Figur 5 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die Bohrungen 8 des zweiten Zuführkanals ebenfalls, wie bei Figur 4 im ersten Bereich des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 angeordnet sind. Bei diesem Beispiel sind jedoch die Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5 nicht über die gesamte Länge des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 verteilt, sondern lediglich im zweiten, zum Brenneraustritt gerichteten Teil. Die Anzahl n1 bzw. n2 der jeweiligen Bohrungen kann je nach Anforderungen gewählt werden. Diese können gleich oder auch unterschiedlich sein.
Eine vergleichbare Ausgestaltung mit vertauschter Anordnung der Austrittsbohrungen 6, 8 in Richtung der Brennerachse 1 zeigen die Figuren 6 und 7. Insbesondere bei der Anordnung der Figur 6 lässt sich die Anfettung des äußeren Bereiches des Brenners, das heißt des der Brennkammer zugewandten Bereiches, mit der zweiten Stufe erreichen. Grundsätzlich kann mit Anordnungen, wie sie in den Figuren 4 bis 7 dargestellt sind, ein gewünschter Konzentrationsgradient des Brennstoffes entlang der Brennerachse eingestellt werden.
Mit einer Anordnung, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, kann auch eine Zufuhr von Pilotbrennstoff bei kleinen Lasten durchgeführt werden. In diesem Fall wird mit der Stufe angefahren, die den Brennstoff in das Zentrum des Brenners eindüst. Mit zunehmender Last wird dann die zweite Stufe zugeschaltet. Bei Volllast, bei der eine möglichst gleichmäßige Brennstoffverteilung erwünscht ist, wird dann nur noch mit der zweiten Stufe gefahren.
Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Brenners in stark schematischer Darstellung. In diesem Beispiel wird ein rein zylindrischer Drallkörper 1 eingesetzt. Die beiden in der Figur angedeuteten Zuführungen 5, 7 mit den ersten 6 und zweiten Austrittsöffnungen 8 können in gleicher Weise ausgestaltet und angeordnet sein, wie dies bereits in Zusammenhang mit den vorangehenden Figuren erläutert wurde.
Eine weitere Ausführungsform eines Brenners, in diesem Beispiel unter Einsatz eines zylindrischen Drallerzeugers 1 mit konischem Innenkörper 9, für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist beispielhaft in der Figur 9 dargestellt. Figur 9 zeigt hierbei wiederum den ersten 5 und den zweiten Zuführkanal 7 mit den entsprechenden Austrittsöffnungen 6, 8. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind diese Zuführkanäle nebeneinander in der Außenschalung des Drallkörpers 1 angeordnet.
Figur 10 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brenners, bei dem der zweite Zuführkanal 7 am zylindrischen Innenkörper 9 angeordnet ist.
Der zweite Zuführkanal 7 ist hierbei vorzugsweise innerhalb der Außenwandung des Innenkörpers 9 angeordnet, wobei auch in diesem Fall, wie bei den vorangehenden Beispielen eine symmetrische Verteilung mehrerer Zuführkanäle 7 um die Brennerachse 3 gewählt werden sollte. Bei diesem Beispiel ist es jedoch auch möglich, die zweite Zuführleitung 7 zentral im Innenkörper 9 verlaufen zu lassen, wobei dann die Austrittsöffnungen 8 über entsprechende radial verlaufende Kanäle zum Drallraum 2 ausgebildet sein müssen. Im vorderen sich verjüngenden Bereich des Innenkörpers 9 können auch eine oder mehrere zusätzliche Austrittsöffnungen mit einer entsprechend getrennten Zuführung für Brennstoff (als Pilotstufe) oder Luft vorgesehen sein.
Die Figuren 11 bis 14 zeigen schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. In den Figuren sind von oben nach unten ein Brenner mit kegelförmigem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper 9, ein Brenner mit in Form eines umgekehrten Kegels ausgebildetem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper 9, ein Brenner mit tulpenförmigem sowie ein Brenner mit trichterförmigem Drallkörper 1 dargestellt. Bei sämtlichen dieser Brennergeometrien können wie in den vorangegangenen Beispielen die zweiten Zuführungen sowohl im Drallkörper 1 wie auch im Innenkörper 9 angeordnet sein. Allen hier gezeigten Geometrien ist gemeinsam, dass der axiale Durchflussquerschnitt des Drallraumes im Bereich des Drallkörpers zum Brenneraustritt hin zunimmt. Dies ist zwar keine absolut notwendige Voraussetzung für einen Vormischbrenner, ist aber eine vorteilhafte Ausführungsform der Drallerzeuger.
Weiterhin können sämtliche Brennergeometrien mit einem Vormischrohr 10 versehen sein, wie dies beispielhaft in Figur 15 für einen Kegelbrenner und in Figur 16 für einen zylinderförmigen Brenner mit konischem Innenkörper 9 veranschaulicht ist.
Die Figuren 17 und 18 zeigen schließlich schematisch zwei Beispiele für den Aufbau eines Drallkörpers im Querschnitt, wie er bei einem Brenner eingesetzt werden kann. In Figur 17 ist ein Drallkörper dargestellt, der sich aus vier gegeneinander versetzten Schalen 1a, 1b, 1c, 1d zusammensetzt, die in der dargestellten Anordnung vier tangentiale Lufteintrittschlitze 4 bilden. Die Schalen können im gezeigten Querschnitt unterschiedlich, beispielsweise kreissegmentförmig, elliptisch oder oval, ausgeformt sein. Bei der dargestllten Konfiguration sind die Teilkörper 1a, 1b, 1c, 1d so angeordnet, dass deren jeweilige Mittelachsen 3a, 3b, 3c, 3d versetzt zur eigentlichen Brennerachse angeordnet sind. Die Ausgestaltung eines Brenners, mit oder ohne Vormischrohr, mit einer derartigen Geometrie kann im Detail der der EP 321 809 oder der EP 0780629 entnommen werden.
In Figur 18 ist ein monolithischer Drallkörper 1 mit darin eingebrachten tangentialen Lufteintrittsöffnungen 4 dargestellt. Die Lufteintrittsöffnungen 4 können beispielsweise als eingefräste Lufteintrittsschlitze oder als Reihen von Lufteintrittsbohrungen ausgebildet sein.
Die in den vorangehenden und nachfolgenden Beispielen angeführten Kombinationen der Zuführkanäle sowie der Anordnung bzw. Ausgestaltung der Austrittsöffnungen in den Zuführkanälen können beliebig verändert oder miteinander kombiniert werden. So lassen sich sämtliche Varianten der in den Figuren 4 bis 7 dargestellten Austrittsöffnungsanordnungen auch bei den Ausgestaltungen der Figuren 8 bis 16 anwenden. Dies gilt sowohl für die Verteilung, die Anzahl wie auch die Anordnung der einzelnen Austrittsöffnungen. Weiterhin lassen sich bei allen gezeigten Varianten in den beiden Zuführkanälen unterschiedliche Lochdurchmesser einsetzen. Auf diese Weise kann in der Stufe, die eine kleinere Brennstoffmenge aufnehmen soll, ein bestimmter Vordruck und eine gewünschte Austrittsgeschwindigkeit eingestellt werden. Der Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Ausgestaltungsvarianten sind hierbei keine Grenzen gesetzt. Der Fachmann wird die entsprechende Anordnung je nach gewünschter Einsatzbedingung und gewünschten Wirkungen wählen. Insbesondere ist es keineswegs zwingend, die Austrittsöffnungen in axialer Richtung äquidistant anzuordnen, wie es in allen Zeichnungen impliziert ist. Ganz im Gegenteil kann es sich als höchst vorteilhaft erweisen, die Austrittsöffungen für den Vormischbrennstoff in einer willkürlichen axialen Verteilung anzuordnen, oder andere Verteilungsregeln, wie eine geometrische Stufung der axialen Abstände, zu implementieren.
Das Gleiche gilt für den Einsatz unterschiedlicher Brennergeometrien oder die Kombination von Drallerzeugern mit Innenkörpern oder Vormischrohren. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Verwirklichung. der vorliegenden Erfindung mit unterschiedlichsten Brennertypen sowie Kombinationen von Drallkörpern, Innenkörpern, Vormischrohren und anderen bekannten Merkmalen von Brennern möglich ist.
Weitere sehr vorteilhafte Ausführungsformen eines Brenners sind in den Figuren 19 bis 21 zu erkennen. Die dargestellten Brenner umfassen den kegelförmigen Drallkörper 1, in dessen Außenschalung an den Einströmkanten der Lufteintrittsschlitze eine erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 für Vormischgas angeordnet sind. Die Brenner sind weiterhin mit einer zentralen Brennstofflanze 12 ausgestattet, die an ihrem brennkammerseitigen Ende, d.h. an ihrer Spitze, eine Düse aufweisen kann - wie im vorliegenden Beispiel-, die für einen flüssigen Brennstoff 13 oder für einen Pilotbrennstoff verwendbar ist. Um diese Düse herum können in bekannter Weise Austrittsöffnungen für Abschirmluft 14 vorgesehen sein. Neben den Brennstoffzuführungen zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und einer Brennstoffzuführung zur Eindüsung flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstofflanze 12 weisen die dargestellten Brenner eine weitere Brennstoffzuführung zu einer zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 in der Brennstofflanze 12 auf. Die Austrittsöffnungen 8 der zweiten Gruppe sind im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse in der Mantelfläche der Brennstofflanze 12 angeordnet, wie in den Figuren 19 bis 21 ersichtlich ist, und vorzugsweise radialsymmetrisch um die Achse der Brennstofflanze 12 verteilt. Sie ermöglichen die radial von der Brennstofflanze 12 nach außen gerichtete Eindüsung von Brennstoff in den Drallraum. Die Anzahl und Größe dieser Austrittsöffnungen 8 sowie deren Verteilung auf der Brennstofflanze 12 - in axialer Richtung und Umfangsrichtung - wird in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen des Brenners wie Löschgrenzen, Pulsationen und Rückschlaggrenzen gewählt.
Die Brennstofflanze 12 kann sich relativ weit in den Drallraum erstrecken (vgl. Fig. 19 und 20; "Long Lance EV Brenner") oder auch nur ein kurzes Stück in den Drallraum ragen (Fig. 21). In beiden Fällen ist die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vorzugsweise im hinteren, d.h. am weitesten von der Brennkammer entfernten, Bereich des Drallraums an der Brennstofflanze 12 angeordnet, wie in den Figuren angedeutet.
Selbstverständlich läßt sich auch bei diesen Ausführungsbeispielen die Brennstoffzufuhr zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 unabhängig von der Brennstoffzufuhr zu der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 mit Brennstoff steuern oder regeln.
Die Ausführungsform der Fig. 19 läßt eine sehr vorteilhafte gestufte Betriebsweise des Brenners zu, bei der sowohl die Brennstoffzuführungen zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 als auch die Brennstoffzuführungen zur zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 mit Vormischgas gespeist werden. Die Unabhängige Steuermöglichkeit der Brennstoffzufuhr zur ersten und zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 6, 8 ermöglicht eine an die jeweiligen Betriebsbedingungen des Brenners oder der den Brenner nutzenden Anlage optimal angepasste Betriebsweise. Der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12 liegen bei diesem Beispiel Austrittsöffnungen der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 am Drallkörper 1 gegenüber, so dass die erste und zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 6, 8 in bestimmten Betriebszuständen beispielsweise auch ausschließlich, d.h. ohne die jeweils andere Gruppe, mit Brennstoff versorgt werden kann.
Prinzipiell kann der in der Figur dargestellte Brenner bei entsprechender Zufuhr des Brennstoffes und entsprechender Ausgestaltung der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen über diese Austrittsöffnungen 8 auch im Diffusionsmodus betrieben werden. Durch die räumliche Trennung der Austrittsöffnungen 8 von der Eindüsung flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstofflanze 12 lässt sich in diesem Fall im Gegensatz zu bekannten Brennern das Eindringen von Brennstofftropfen oder von Brennstoffdampf in das Brennstoffzufuhrsystem für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vermeiden.
Figur 20 zeigt eine Ausführungsform eines Brenners, die ebenfalls in der sehr vorteilhaften gestuften Betriebsweise betrieben werden kann. An den der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 gegenüberliegenden Bereichen des Drallkörpers 1 sind die Austrittsöffnungen 6 geschlossen bzw. es sind keine Austrittsöffnungen 6 vorgesehen, da deren Funktion von den Austrittsöffnungen 8 auf der Brennstofflanze 12 übernommen wird. Figur 21 zeigt den gleichen Brenner mit verkürzter Brennstofflanze 12, der für die gleiche Betriebsweise ausgebildet ist.
Bei dem Betrieb dieser Brenner werden beide Gruppen von Austrittsöffnungen 6, 8 mit Vormischgas beaufschlagt. Zündung und Anfahren des Brenners erfolgen in einer Betriebsweise, bei der das Vormischgas hauptsächlich über die Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12, im folgenden auch als Stufe 1 bezeichnet, in den Drallraum eingebracht wird. Bei steigender Last wird die Zufuhr des Vormischgases zur Stufe 1 verringert und die Zufuhr von Vormischgas über die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6, im folgenden als Stufe 2 bezeichnet, erhöht. Eine derartige Verteilung des Vormischbrennstoffes auf die Stufen 1 und 2 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners kann beispielhaft der Figur 22 entnommen werden.
Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Gasturbine mit einem derartigen Brenner von der Zündung bis zur Grundlast ohne eine Pilotstufe betreiben.
Die Zufuhr von Brennstoff zu den Stufen 1 und 2 wird über geeignete Ventile unabhängig gesteuert oder geregelt.
Die Figuren 23 und 24 zeigen Beispiele für die Zufuhr einer Brennstoffmenge P0 zum Brenner. Bei beiden Beispielen verzweigt die Brennstoffleitung, um die Gesamtbrennstoffmenge P0 auf eine Brennstoffmenge P1 für die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und auf eine Brennstoffmenge P2 für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 aufzuteilen.
In Figur 23 erfolgt die Einstellung des Aufteilungs- bzw. Massenstromverhältnisses über je ein Ventil 15 und 16 in jedem der Verzweigungen. Figur 24 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Ventil 16 vor der Verzweigung zur Einstellung der Gesamtbrennstoffmenge P0 und ein weiteres Ventil 15 in der Verzweigung zur ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 angeordnet ist. Durch Steuerung des Ventils 15 läßt sich auch hier das Massenstromverhältnis zwischen P1 und P2 ändern. Selbstverständlich kann in diesem Beispiel das Ventil 15 auch in der Verzweigung zur zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 angeordnet sein.
Weiterhin lassen sich über eine derartige Anordnung auch mehrere Brenner gleichzeitig in dem eingestellten Massenstromverhältnis mit Brennstoff versorgen, wie durch die gestrichelten Linien in den Figuren angedeutet ist.
Bei beiden beispielhaften Ausführungsformen wird das Massenstromverhältnis P1/P2 durch Ansteuerung der Ventile in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners verändert. Die Änderung des Massenstromverhältnisses kann in Abhängigkeit von verschiedenen Mess- und Betriebskennwerten gesteuert oder geregelt werden, wie dies bereits in einem vorangegangenen Teil der vorliegenden Beschreibung ausgeführt wurde. Die dargestellten Ausgestaltungen sind unabhängig von der Brennergeometrie und lassen sich bei allen Brennern der vorangegangenen Ausführungsbeispiele einsetzen.
Bezugszeichenliste
1
Drallerzeuger
1a
Drallerzeuger-Teilkörper
1b
Drallerzeuger-Teilkörper
1c
Drallerzeuger-Teilkörper
1d
Drallerzeuger-Teilkörper
2
Drallraum
3
Brennerachse
3a
Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers
3b
Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers
3c
Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers
3d
Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers
4
Eintrittsöffnungen/Luftschlitze
5
erste Brennstoffzuführungen
6
erste Brennstoff-Austrittsöffnungen
7
zweite Brennstoffzuführungen
8
zweite Brennstoff-Austrittsöffnungen
9
Innenkörper
10
Vormischrohr
11
Verbrennungsluft
12
Brennstofflanze
13
flüssiger Brennstoff
14
Abschirmluft
15
Steuerventil
16
Steuerventil
P0
Gesamtbrennstoffmenge
P1
erster Vormischbrennstoff
P2
zweiter Vormischbrennstoff
n1
erste Anzahl von Bohrungen
n2
zweite Anzahl von Bohrungen

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners,
    der zumindest eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) aufweist, wobei die zweiten Brennstoffzuführungen (7) unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung (5) mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind,
    bei dem die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzuführungen (5) getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzuführungen (7) gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen (5, 7) der gleiche Brennstoff zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen (5, 7) Vormischbrennstoff zugeführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen (5, 7) gasförmiger Brennstoff zugeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff lastabhängig auf die ersten (5) und zweiten Brennstoffzuführungen (7) verteilt in den Brenner eingebracht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in Abhängigkeit vom Luft-Brennstoffverhältnis des Brenners auf die ersten (5) und zweiten Brennstoffzuführungen (7) verteilt in den Brenner eingebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte Brennstoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzuführungen (5) dem Brenner zugeführt und über die erste Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (6) in den Verbrennungsluftstrom eingebracht wird, und dass in einem weiteren Betriebszustand wenigstens ein Teil der gesamten Brennstoffmenge dem Brenner über wenigstens eine der zweiten Brennstoffzuführungen (7) mit der zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen (8) zugeführt wird.
  7. Verfahren zum Betrieb eines Brenners gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 in einem Wärmeerzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teillastzustand des Wärmeerzeugers der gesamte Brennstoff über die ersten Brennstoffzuführungen (5) zugeführt wird, und dass wenigstens im Volllastbetrieb des Wärmeerzeugers der Brennstoff auf die ersten Brennstoffzuführungen (5) und wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) aufgeteilt wird.
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