DE102010017776A1 - Magermischdirektinjektion für gestützte Vormischanwendungen - Google Patents
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Abstract
Ausführungsbeispiele dieser Erfindung schaffen eine Vormischpilotanordnung (100) für den Einsatz in einer Brennstoffdüse (10, 101) für eine Turbine. Der Anteil von Stickstoffoxid (NOx), das durch die Zündeinrichtung emittiert wird, wird verringert, indem am Ende der Zünddüse eine rasche Vermischung des Brennstoffs und der Luft durchgeführt wird, so dass wesentliche Zonen brennstoffreicher Brennstoff-Luft-Gemische vermieden werden. Die Luft wird mit dem Brennstoff unter Verwendung von Öffnungen, die in einem ersten Zylinder (106) und in einem zweiten Zylinder (104) ausgebildet sind, gemischt, wobei einer von diesen Luft, und der andere Pilotbrennstoff führt. Die Öffnungen können dem Bedarf entsprechend eingerichtet sein, um eine gewünschte Wirkung auf die Piloteinrichtung aufzuweisen.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft allgemein Brennkammern für Turbinen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Lösung zur Verwendung von Magergemischdirektinjektion für vorgemischte gestützten Verbrennung.
- HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
- Herkömmliche Gasturbinenbrennkammern benutzen nicht vorgemischte (”Diffusions-”)Flammen, wobei Brennstoff und Luft voneinander unabhängig frei in eine Brennkammer eintreten. Allerdings brennen die Diffusionsflammen mit hoher Temperatur, so dass übermäßige Pegel von Stickstoffoxid (NOx) emittiert werden.
- Ein Verfahren, das zum Verringern von NOx-Emissionen verwendet wird, beinhaltet den Einsatz von Magervormischverbrennung, wobei Brennstoff und Luft in einem Vormischabschnitt vorgemischt werden, und das Brennstoff-Luft-Gemisch in eine Brennkammer injiziert wird, wo es verbrannt wird. Magervormischverbrennung kann im Falle sehr gleichmäßiger Brennstoff-Luft-Gemische niedrige NOx-Emissionen ergeben, allerdings neigen solche Mischungen gewöhnlich zu Verbrennungsinstabilität. Diese Instabilität kann durch die Verwendung einer Stützeinrichtung gelöst werden. Allerdings führt eine Pilotflamme gewöhnlich zu einer übermäßigen Bildung von NOx, was daher den Vorteil des Einsatzes des Magervormischverbrennungsverfahrens schmälert.
- KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Ausführungsbeispiele dieser Erfindung schaffen eine Vormischpilotanordnung für den Einsatz in einer Brennstoffdüse für eine Turbine. Der durch die Zündeinrichtung emittierte NOx-Pegel wird verringert, indem der Brennstoff und die Luft am Ende der Zünddüse rasch vermischt werden, so dass wesentliche Zonen reicher Brennstoff-Luft-Gemische vermieden werden. Die Luft wird mit dem Brennstoff mittels Öffnungen gemischt, die in einem ersten Zylinder und einem zweiten Zylinder ausgebildet sind, wobei einer der Zylinder Luft und der andere Pilotbrennstoff führt. Die Öffnungen können dem Bedarf entsprechend eingerichtet sein, um eine gewünschte Wirkung auf die Zündeinrichtung zu erhalten.
- Ein erster Aspekt der Beschreibung schafft eine Vormischpilotanordnung, die dazu eingerichtet ist, mit einer Brennstoffdüse für eine Turbinenbrennkammer verbunden zu werden, wobei die Vormischpilotanordnung aufweist: einen ersten Zylinder; einen zweiten Zylinder, der dazu eingerichtet ist, wahlweise eines zu enthalten: Pilotbrennstoff oder Luft, wobei der zweite Zylinder in dem ersten Zylinder angeordnet ist, so dass zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder ein ringförmiger Bereich entsteht, wobei der ringförmige Bereich dazu eingerichtet ist, dem jeweils anderen Stoff, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, zu ermöglichen, durch den ringförmigen Bereich zu strömen; eine Düse**, die mit dem zweiten Zylinder verbunden ist, wobei die Düse** dazu eingerichtet ist, wenigstens eine zweite Zylinderöffnung zu bilden, um den durch den zweiten Zylinder strömenden ausgewählten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach außen zu lenken; und ein Endstück, das mit dem ersten Zylinder verbunden ist, wobei das Endstück dazu eingerichtet ist, wenigstens eine erste Zylinderöffnung zu bilden, um den jeweils anderen Stoff, der durch den ringförmigen Bereich strömt, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach innen gegen den ausgewählten Stoff zu lenken, der von der wenigstens einen zweiten Zylinderöffnung her gelenkt ist, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft.
- Ein zweiter Aspekt der Beschreibung schafft eine Brennstoffdüse, zu der gehören: ein Gehäuse, das eine Hauptbrennstoffdüse definiert; ein Zentralgrundkörperrohr, das in dem Gehäuse angeordnet ist; eine Vormischpilotanordnung, die mit einem Ende des Zentralgrundkörperrohrs verbunden ist, wobei die Vormischpilotanordnung folgendes aufweist: einen ersten Zylinder; einen zweiten Zylinder, der dazu eingerichtet ist, wahlweise Pilotflammenbrennstoff oder Luft zu enthalten, wobei der zweite Zylinder in dem ersten Zylinder angeordnet ist, so dass zwischen dem ersten Zylinder und dem zweiten Zylinder ein ringförmiger Bereich entsteht, wobei der ringförmige Bereich dazu eingerichtet ist, dem jeweils anderen Stoff, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, zu ermöglichen, durch den ringförmigen Bereich zu strömen; eine Düse**, die mit dem zweiten Zylinder verbunden ist, wobei die Düse** dazu eingerichtet ist, wenigstens eine zweite Zylinderöffnung zu bilden, um den durch den zweiten Zylinder strömenden ausgewählten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach außen zu lenken; und ein Endstück, das mit dem ersten Zylinder verbunden ist, wobei das Endstück dazu eingerichtet ist, wenigstens eine erste Zylinderöffnung zu bilden, um den jeweils anderen Stoff, der durch den ringförmigen Bereich strömt, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach innen gegen den ausgewählten Stoff zu lenken, der von der wenigstens einen zweiten Zylinderöffnung heraus gelenkt ist, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft.
- Ein dritter Aspekt der Beschreibung schafft eine Vormischpilotanordnung, die dazu eingerichtet ist, mit einer Brennstoffdüse für eine Turbine verbunden zu werden, wobei die Vormischpilotanordnung folgendes aufweist: einen ersten Durchlasskanal, um entweder Pilotbrennstoff oder Luft zuzuführen; einen zweiten Durchlasskanal, um den jeweils anderen Stoff, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, zuzuführen, wobei der erste und zweite Durchlasskanal über die Länge der Durchlasskanäle voneinander isoliert sind; eine erste Öffnung in dem ersten Durchlasskanal, um den Pilotbrennstoff bzw. die Luft radial nach außen auszugeben; und eine zweite Öffnung in dem zweiten Durchlasskanal, um den jeweils anderen Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach innen gegen den aus der ersten Öffnung emittierten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, auszugeben.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Hauptbrennstoffdüse für eine Gasturbine. -
2 –5 zeigen Schnittansichten vielfältiger Konstruktionen für eine Vormischpiloteinrichtung gemäß Ausführungsbeispielen dieser Erfindung. - Zu beachten ist, dass die Zeichnungen der Erfindung nicht maßstäblich sind. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung der Erfindung veranschaulichen und sollten daher nicht als den Schutzumfang der Erfindung beschränkend erachtet werden.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Gasturbinen enthalten gewöhnlich mehrere Brennkammern, und jede Brennkammer weist mehrere Hauptbrennstoffdüsen auf. Eine solche Hauptbrennstoffdüse
10 , wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist in1 gezeigt. Die Hauptbrennstoffdüse10 enthält ein Brennerrohr18 , das Um lenkschaufeln16 aufweist, und einen Einlassstromkonditionierer (IFC, Inlet Flow Conditioner)20 , durch den Hauptluft in die Düse10 eintritt. Die Hauptbrennstoffdüse10 weist ferner einen Zentralgrundkörper14 auf, der auf einem Rohr oder Zylinder basiert, das/der in der Hauptbrennstoffdüse10 angeordnet ist. In dem Zentralgrundkörper14 ist eine Flüssigbrennstoffpatrone12 angeordnet. Der in1 an einem Ende des Zentralgrundkörpers14 und der Flüssigbrennstoffpatrone12 durch die gestrichelte Linie bezeichnete Bereich ist ein Bereich, der als Diffusionsdüse22 bezeichnet wird, und der gewöhnlich beispielsweise durch eine Schweißnaht mit dem Ende der Brennstoffdüse10 verbunden ist. Ausführungsbeispiele der hierin erörterten Erfindung beinhalten ein Modifizieren oder Austauschen der Diffusionsdüse22 , um eine Vormischpiloteinrichtung100 (siehe2 –5 ) zu enthalten. -
2A zeigt in einer Schnittansicht eine Vormischpiloteinrichtung100 , die in eine Hauptbrennstoffdüse101 eingebaut ist, gemäß Ausführungsbeispielen dieser Erfindung. Die Vormischpiloteinrichtung100 der Hauptbrennstoffdüse101 kann durch ein beliebiges bekanntes Verfahren hinzugefügt werden. Beispielsweise kann die Vormischpiloteinrichtung100 gegen die Diffusionsdüse22 (1 ) ausgetauscht werden, oder die aus dem Stand der Technik bekannte Diffusionsdüse22 kann modifiziert werden, um die hier erörterten Elemente der Vormischpiloteinrichtung100 aufzuweisen. Beispielsweise kann die Vormischpiloteinrichtung100 einem Ende der in1 gezeigten Hauptbrennstoffdüse10 hinzugefügt sein, und ein Fachmann kann die Hauptbrennstoffdüse10 nach Bedarf modifizieren, um Luft und Brennstoff durch die Vormischpiloteinrichtung100 zu verzweigen, und, falls gewünscht, die Flüssigbrennstoffpatrone12 zu verwenden. Eine solche Anordnung zur Verzweigung von Luft und Brennstoff durch die Vormischpiloteinrichtung100 ist in2A gezeigt. - Mit Bezug auf
2B ist eine vergrößerte Schnittansicht der Vormischpiloteinrichtung100 gezeigt. Die Vormischpiloteinrichtung100 enthält einen ersten Zylinder106 und einen in dem ersten Zylinder106 angeordneten zweiten Zylinder104 . Im Wesentlichen ist zwischen dem ersten Zylinder106 und dem zweiten Zylinder104 ein ringförmiger Bereich105 gebildet. Der Zylinder104 führt Brennstoff, während der ringförmige Bereich105 Luft führt. Zu beachten ist, dass, während die Zylinder104 und106 in2 -5 als zylindrisch dargestellt sind, ein Fachmann verstehen wird, dass ein beliebiger geeignet bemessener oder gestalteter Durchlasskanal verwendet werden kann. Es ist ferner zu beachten, dass, während der Zylinder104 in2 -5 als ein Hohlzylinder dargestellt ist, der Brennstoff führt, ein Fachmann versteht, dass in dem Zylinder104 zusätzliche Elemente, z. B. zusätzliche Durchlasskanäle oder mechanische Elemente enthalten sein können, um die Vormischpiloteinrichtung100 in dem Zusammenwirken mit der Brennstoffdüse10 zu unterstützen. - Der erste Zylinder
106 weist weiter ein Endstück103 auf, das dazu eingerichtet ist, wenigstens eine (auch als Luftöffnungen bezeichnete) erste Zylinderöffnung108 zu bilden, um die durch den ringförmigen Bereich105 strömende Luft radial nach innen zu lenken. Die Vormischpiloteinrichtung100 enthält außerdem an einem Ende des zweiten Zylinders104 eine Düse107 . Die Düse107 ist dazu eingerichtet, wenigstens eine (auch als Brennstofföffnungen bezeichnete) zweite Zylinderöffnung110 zu bilden, um den Pilotbrennstoff, der durch den zweiten Zylinder104 strömt, radial nach außen zu lenken. Auf diese Weise entströmt dem zweiten Zylinder104 durch die Öffnungen110 eine ausreichende Menge von Pilotbrennstoff, um eine Zündflamme109 aufrecht zu erhalten. Wie hierin erörtert, ermöglichen eine oder mehrere Luftöffnungen108 , dass Luft in dem ringförmigen Bereich105 unmittelbar gegen den Pilotbrennstoff geblasen wird, der die in dem zweiten Zylinder104 angeordneten Brennstofföffnungen110 verlässt. Dieser aus den Luftöffnungen108 stammende Luftstrom ist durch die mit ”L” bezeichneten Pfeile veranschaulicht, während der Pilotbrennstoffstrom aus den Brennstofföffnungen110 durch die mit ”B” bezeichneten Pfeile dargestellt ist. Die Luft wird radial nach innen unmittelbar gegen den Brennstoff geblasen, während dieser den zweiten Zylinder104 verlässt. Dementsprechend sind die Luft und der Brennstoff bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Brennstoff den zweiten Zylinder104 verlässt, getrennt, so dass Zonen reicher Brennstoff-Luft-Gemische im Wesentlichen vermieden werden. Wenn die Luft und der Brennstoff sich vermischt haben, strömt das (mit den Pfeilen ”B + L” bezeichnete) Brennstoff-Luft-Gemisch stromabwärts, d. h. fort von dem zweiten Zylinder104 und der Düse**107 , und wird in etwa dort zu brennen beginnen, wo in2 Zündflammen109 dargestellt sind. Im Wesentlichen erfolgt in einem Mischbereich innerhalb einer kurzen axialen Strecke von der Brennstoffdüse107 her eine intensive Vermischung von Luft und Brennstoff. Darüber hinaus erzeugt ein Blasen der Luft gegen den Brennstoff gemäß Ausführungsbeispielen dieser Erfindung eine Zone, die eine stabile Verbrennung für die Zündflamme109 begünstigt. - Die Öffnungen
108 ,110 können eine beliebige Form oder Größe aufweisen, um eine Vermischung von Luft und Brennstoff mit der gewünschten Intensität und unter der gewünschten Neigung zu erreichen. Beispielsweise können die Brennstofföffnungen110 und die Luftöffnungen108 in einem Ausführungsbeispiel, das in der perspektivischen Ansicht in3A –3C gezeigt ist, eine oder mehrere diskontinuierliche, getrennte Öffnungen aufweisen, die längs der Düse**107 bzw. des zweiten Zylinders104 ausgebildet sind, wobei jede Öffnung als eine unabhängige Düse dient, um die Luft bzw. den Brennstoff zu injizieren. In noch einem Ausführungsbeispiel (das nicht gezeigt ist), können die Brennstofföffnungen110 und die Luftöffnungen108 eine oder mehrere fortlaufende, ringförmige Öffnungen beinhalten, die um die gesamte Düse**107 bzw. den gesamten zweiten Zylinder104 angeordnet sind. Es ist selbstverständlich, dass eine beliebige Anordnung ringförmiger Öffnungen oder diskontinuierlicher getrennter Öffnungen verwendet werden kann. Beispielsweise können sowohl die Brennstofföffnung110 als auch die Luftöffnung108 kontinuierliche ringförmige Öffnungen sein, oder es können beide Öffnungen108 ,110 diskontinuierliche getrennte Öffnungen sein. In einer Abwandlung kann die Brennstofföffnung110 ein fortlaufender Kreisring sein, während die Luftöffnungen108 diskontinuierliche getrennte Öffnungen sein können, und vice versa. Unabhängig davon, ob die Öffnungen108 ,110 fortlaufend (ringförmig) oder diskontinuierlich und getrennt sind, können die Öffnungen108 ,110 außerdem eine beliebige gewünschte Form bzw. geometrischen Querschnitt aufweisen. - Die Öffnungen
108 ,110 können in dem zweiten Zylinder104 und der Düse107 ausgebildet sein, um einen gewünschten Grad der Vermischung von Luft und Brennstoff zu erreichen. Falls die Öffnungen108 ,110 beispielsweise diskontinuierliche getrennte Öffnungen sind, können die Öffnungen108 dazu eingerichtet sein, wie in4A gezeigt, mit einer entsprechenden Öffnung110 , zu fluchten, so dass ein Brennstoffstrom unmittelbar auf einen Luftstrom auftrifft. In einer Abwandlung, wie sie in4B gezeigt ist, können die Öffnungen108 relativ zu den Öffnungen110 versetzt angeordnet sein, so dass ein Brennstoffstrom nicht unmittelbar auf einen Luftstrom auftrifft. - Während die Öffnungen
108 ,110 in2 -4 als den Luftstrom im Wesentlichen senkrecht gegen den Brennstoff lenkend dargestellt sind, können die Öffnungen108 ,110 auch schräg ausgebildet sein, um die Vermischung von Luft und Brennstoff unter einem gewünschten Winkel zu erreichen. Beispielsweise können die Öffnungen108 ,110 unter einem Winkel ausgebildet sein, um einen schrägen Strom von Luft auf einen schrägen Brennstoffstrom zu lenken, oder es kann lediglich eine der Öffnungen108 ,110 schräg ausgebildet sein, während die andere Öffnung im Wesentlichen senkrecht zu den Zylindern104 ,106 verläuft. Wie in der vereinfachten schematischen Darstellung in5 gezeigt, ist ein Winkel α beispielsweise der Winkel zwischen zwei Flächen der Düse107 , die die Brennstofföffnungen110 aufweisen, und kann im Bereich von etwa 0° bis etwa 60° liegen. Ein Winkel θ ist der Winkel zwischen einer horizontalen Ebene des Zylinders106 und einer Fläche der Luftöffnungen108 . Der Winkel θ kann im Bereich von etwa 120° bis etwa 180° liegen. Obwohl diese Winkelbereiche als ein Beispiel vorgeschlagen sind, wie die Öffnungen108 ,110 schräg ausgebildet sein können, um eine gewünschte Vermischung von Luft und Brennstoff zu erreichen, versteht sich, dass die vorgeschlagenen Winkel die hierin beschriebene Erfindung nicht beschränken sollen, da für jede der Öffnungen108 oder110 ein beliebiger Winkel verwendet werden kann, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Obwohl in2 –5 Luft dargestellt ist, die gegen den Brennstoff im Wesentlichen senkrecht oder geringfügig stromabwärts gerichtet (d. h. fort von der Vormischpiloteinrichtung100 in Richtung der Flamme109 ) geblasen wird, kann Luft ferner auch stromaufwärts gerichtet gegen den Brennstoff gespritzt werden. - Während in den hierin erörterten Ausführungsbeispielen der zweite Zylinder
104 den Brennstoff enthält, und der durch den ersten Zylinder106 gebildete ringförmige Bereich105 Luft enthält, versteht sich, dass auch das Umgekehrte offenbart ist. Der zweite Zylinder104 kann Luft enthalten, und es kann daher Luft durch die Öffnungen110 radial nach außen gelenkt werden, während der ringförmige Bereich105 Brennstoff enthalten kann, und daher Brennstoff durch die in dem ersten Zylinder106 ausgebildeten Öffnungen108 radial nach innen gelenkt werden kann. - Die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und dergleichen legen hierin nicht eine Reihenfolge, Menge oder Rangfolge fest, sondern dienen vielmehr dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und der unbestimmte Artikel sowie dessen grammatikalische Formen bedeuten hierin keine Beschränkung der Menge, sondern vielmehr, dass wenigstens ein solches betreffendes Element vorhanden ist. Der in Zusammenhang mit einer Quantität verwendete modifizierende Begriff ”etwa” schließt den genannten Wert ein und beinhaltet die durch den Zusammenhang vorgegebene Bedeutung (schließt z. B. die Fehlerabweichung ein, die in Zusammenhang mit einer Messung der speziellen Quantität vorhanden sein kann).
- Während hierin unterschiedliche Ausführungsbeispiele beschrieben sind, geht aus der Beschreibung klar hervor, dass durch den Fachmann vielfältige Kombinationen von Elementen, Abweichungen oder Verbesserungen daran vorgenommen werden können, die in den Schutzumfang der Erfindung fallen. Darüber hinaus können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein spezielles Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumgang der Erfindung abzuweichen. Es ist daher nicht beabsichtigt, die Erfindung auf das spezielle Ausführungsbeispiel zu beschränken, das als die am besten geeignete Weise der Umsetzung der Erfindung erachtet wird, vielmehr soll die Erfindung sämtliche Ausführungsbeispiele mit umfassen, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
- Ausführungsbeispiele dieser Erfindung schaffen eine Vormisch*zünd-100-Anordnung für den Einsatz in einer Brennstoffdüse
10 ,101 für eine Turbine. Der Anteil von Stickstoffoxid (NOx), das durch die Zündeinrichtung emittiert wird, wird verringert, indem am Ende der Zünddüse eine rasche Vermischung des Brennstoffs und der Luft durchgeführt wird, so dass wesentliche Zonen brennstoffreicher Brennstoff-Luft-Gemische vermieden werden. Die Luft wird mit dem Brennstoff unter Verwendung von Öffnungen, die in einem ersten Zylinder106 und in einem zweiten Zylinder104 ausgebildet sind, gemischt, wobei einer von diesen Luft, und der andere Pilotbrennstoff führt. Die Öffnungen können dem Bedarf entsprechend eingerichtet sein, um eine gewünschte Wirkung auf die Zündeinrichtung aufzuweisen. - Bezugszeichenliste
-
- 10, 101
- Hauptbrennstoffdüse
- 12
- Flüssigbrennstoffpatrone
- 14
- Zentralgrundkörper
- 16
- Umlenkschaufeln
- 18
- Brennerrohr
- 20
- Einlassstromkonditionierer (IFC, Inlet Flow Conditioner)
- 22
- Diffusionsdüse
- 100
- Vormischpiloteinrichtung
- 103
- Endstück
- 104
- Zweiter Zylinder
- 105
- Ringförmiger Bereich
- 106
- Erster Zylinder
- 107
- Düse
- 108
- Luftöffnung
- 109
- Zündflammen
- 110
- Brennstofföffnungen
Claims (10)
- Vormischpilotanordnung (
100 ), die dazu eingerichtet ist, mit einer Brennstoffdüse für eine Turbinenbrennkammer verbunden zu werden, wobei die Vormischpilotanordnung (100 ) aufweist: einen ersten Zylinder (106 ), einen zweiten Zylinder (104 ), der dazu eingerichtet ist, wahlweise entweder Pilotbrennstoff oder Luft zu enthalten, wobei der zweite Zylinder (104 ) in dem ersten Zylinder (106 ) angeordnet ist, so dass zwischen dem ersten Zylinder (106 ) und dem zweiten Zylinder (104 ) ein ringförmiger Bereich (105 ) entsteht, wobei der ringförmige Bereich (105 ) dazu eingerichtet ist, dem jeweils anderen Stoff, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, zu ermöglichen, durch den ringförmigen Bereich (105 ) zu strömen; eine Düse (107 ), die mit dem zweiten Zylinder (104 ) verbunden ist, wobei die Düse (107 ) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) zu bilden, um den durch den zweiten Zylinder (104 ) strömenden ausgewählten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach außen zu lenken; und ein Endstück (103 ), das mit dem ersten Zylinder (106 ) verbunden ist, wobei das Endstück (103 ) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine erste Zylinderöffnung (108 ) zu bilden, um den durch den ringförmigen Bereich (105 ) strömenden jeweils anderen Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach innen gegen den von der wenigstens einen zweiten Zylinderöffnung (110 ) gelenkten ausgewählten Stoff zu lenken, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Zylinderöffnung (
108 ) eine oder mehrere kontinuierliche ringförmige Öffnungen aufweist, und wobei die wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) eine oder mehrere kontinuierliche ringförmige Öffnungen aufweist. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Zylinderöffnung (
108 ) eine oder mehrere kontinuierliche ringförmige Öffnungen aufweist, und wobei die wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) eine oder mehrere diskontinuierliche, getrennte Öffnungen aufweist. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Zylinderöffnung (
108 ) eine oder mehrere diskontinuierliche, getrennte Öffnungen aufweist, und wobei die wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) eine oder mehrere kontinuierliche ringförmige Öffnungen aufweist. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine erste Zylinderöffnung (
108 ) eine oder mehrere diskontinuierliche, getrennte Öffnungen aufweist, und wobei die wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) eine oder mehrere diskontinuierliche, getrennte Öffnungen aufweist. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 5, wobei jede der wenigstens einen ersten Zylinderöffnung (
108 ) mit einer entsprechenden der wenigstens einen zweiten Zylinderöffnung (110 ) fluchtet. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 5, wobei die wenigstens eine oder mehreren diskontinuierlichen getrennten Öffnungen (
108 ) des ersten Zylinders (106 ) in Bezug auf die eine oder die mehreren diskontinuierlichen getrennten Öffnungen (110 ) des zweiten Zylinders (104 ) versetzt angeordnet sind. - Vormischpilotanordnung nach Anspruch 1, ferner mit einem Mischbereich, in dem eine Vermischung von Luft und Pilotbrennstoff erfolgt.
- Brennstoffdüse, zu der gehören: ein Gehäuse (
18 ), das eine Hauptbrennstoffdüse (101 ,10 ) definiert; ein Zentralgrundkörperrohr (14 ), das in dem Gehäuse (18 ) angeordnet ist; eine Vormischpilotanordnung (100 ), die mit einem Ende des Zentralgrundkörperrohrs (14 ) verbunden ist, wobei die Vormischpilotanordnung (100 ) aufweist: einen ersten Zylinder (106 ), einen zweiten Zylinder (104 ), der dazu eingerichtet ist, wahlweise entweder Pilotbrennstoff oder Luft zu enthalten, wobei der zweite Zylinder (104 ) in dem ersten Zylinder (106 ) angeordnet ist, so dass zwischen dem ersten Zylinder (106 ) und dem zweiten Zylinder (104 ) ein ringförmiger Bereich (105 ) entsteht, wobei der ringförmige Bereich (105 ) dazu eingerichtet ist, dem jeweils anderen Stoff, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, zu ermöglichen, durch den ringförmigen Bereich (105 ) zu strömen; eine Düse (107 ), die mit dem zweiten Zylinder (104 ) verbunden ist, wobei die Düse (107 ) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine zweite Zylinderöffnung (110 ) zu bilden, um den durch den zweiten Zylinder (104 ) strömenden ausgewählten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach außen zu lenken; und ein Endstück (103 ), das mit dem ersten Zylinder (106 ) verbunden ist, wobei das Endstück (103 ) dazu eingerichtet ist, wenigstens eine erste Zylinderöffnung (108 ) zu bilden, um den durch den ringförmigen Bereich (105 ) strömenden jeweils anderen Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, radial nach innen gegen den ausgewählten Stoff zu lenken, der von der wenigstens einen zweiten Zylinderöffnung (110 ) heraus gelenkt wird, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft. - Vormischpilotanordnung (
100 ), die dazu eingerichtet ist, mit einer Brennstoffdüse für eine Turbine verbunden zu werden, wobei die Vormischpilotanordnung (100 ) aufweist: einen ersten Durchlasskanal (106 ), der dazu dient, entweder Pilotbrennstoff oder Luft zu liefern; einen zweiten Durchlasskanal (104 ), der dazu dient, den jeweils anderen Stoff zu liefern, sei dies Pilotbrennstoff oder Luft, wobei der erste und zweite Durchlasskanal über die Länge der Durchlasskanäle voneinander isoliert sind; eine erste Öffnung (110 ) in dem ersten Durchlasskanal, die dazu dient, den Pilotbrennstoff oder die Luft radial nach außen auszugeben; und eine zweite Öffnung (108 ) in dem zweiten Durchlasskanal, um den jeweils anderen Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff* oder die Luft, radial nach innen gegen den aus der ersten Öffnung (110 ) emittierten Stoff, sei dies der Pilotbrennstoff oder die Luft, auszugeben.
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US20150285502A1 (en) * | 2014-04-08 | 2015-10-08 | General Electric Company | Fuel nozzle shroud and method of manufacturing the shroud |
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US10215415B2 (en) * | 2015-09-23 | 2019-02-26 | General Electric Company | Premix fuel nozzle assembly cartridge |
US10228140B2 (en) * | 2016-02-18 | 2019-03-12 | General Electric Company | Gas-only cartridge for a premix fuel nozzle |
US10443854B2 (en) | 2016-06-21 | 2019-10-15 | General Electric Company | Pilot premix nozzle and fuel nozzle assembly |
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US10697639B2 (en) * | 2017-03-16 | 2020-06-30 | General Electric Compamy | Dual-fuel fuel nozzle with liquid fuel tip |
KR102010646B1 (ko) * | 2017-07-04 | 2019-08-13 | 두산중공업 주식회사 | 터닝 가이드, 연료 노즐, 연료 노즐 조립체 및 이를 포함하는 가스 터빈 |
US10760793B2 (en) * | 2017-07-21 | 2020-09-01 | General Electric Company | Jet in cross flow fuel nozzle for a gas turbine engine |
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JPH03140706A (ja) * | 1989-10-25 | 1991-06-14 | Tokyo Gas Co Ltd | 窒素酸化物低発生バーナ |
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US5437158A (en) * | 1993-06-24 | 1995-08-01 | General Electric Company | Low-emission combustor having perforated plate for lean direct injection |
US5479781A (en) * | 1993-09-02 | 1996-01-02 | General Electric Company | Low emission combustor having tangential lean direct injection |
GB9326367D0 (en) * | 1993-12-23 | 1994-02-23 | Rolls Royce Plc | Fuel injection apparatus |
JPH0814565A (ja) * | 1994-04-28 | 1996-01-19 | Hitachi Ltd | ガスタービン燃焼器 |
DE19539246A1 (de) * | 1995-10-21 | 1997-04-24 | Asea Brown Boveri | Airblast-Zerstäuberdüse |
US6047550A (en) * | 1996-05-02 | 2000-04-11 | General Electric Co. | Premixing dry low NOx emissions combustor with lean direct injection of gas fuel |
US6363724B1 (en) * | 2000-08-31 | 2002-04-02 | General Electric Company | Gas only nozzle fuel tip |
US20020162333A1 (en) * | 2001-05-02 | 2002-11-07 | Honeywell International, Inc., Law Dept. Ab2 | Partial premix dual circuit fuel injector |
WO2003054447A1 (de) * | 2001-12-20 | 2003-07-03 | Alstom Technology Ltd | Brennstofflanze |
US6915636B2 (en) * | 2002-07-15 | 2005-07-12 | Power Systems Mfg., Llc | Dual fuel fin mixer secondary fuel nozzle |
US6848260B2 (en) * | 2002-09-23 | 2005-02-01 | Siemens Westinghouse Power Corporation | Premixed pilot burner for a combustion turbine engine |
US6871501B2 (en) * | 2002-12-03 | 2005-03-29 | General Electric Company | Method and apparatus to decrease gas turbine engine combustor emissions |
US7284378B2 (en) * | 2004-06-04 | 2007-10-23 | General Electric Company | Methods and apparatus for low emission gas turbine energy generation |
JP4997018B2 (ja) * | 2007-08-09 | 2012-08-08 | ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ | 一次燃料噴射器及び複数の二次燃料噴射ポートを有するガスタービンエンジン燃焼器のミキサ組立体のためのパイロットミキサ |
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