DE19859829A1

DE19859829A1 - Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers

Info

Publication number: DE19859829A1
Application number: DE19859829A
Authority: DE
Inventors: Klaus Doebbeling
Original assignee: ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-12-23
Filing date: 1998-12-23
Publication date: 2000-06-29
Also published as: AU1646000A; WO2000039503A1; EP1141628A1; US6702574B1; DE59912077D1; EP1141628B1

Abstract

Bei einem Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers, welcher im wesentlichen aus einem Drallerzeuger (100) für einen Verbrennungsluftstrom (115) und aus Mitteln zur Eindüsung mindestens eines Brennstoffes in den Verbrennungsluftstrom besteht, ist stromab dieses Drallerzeugers eine Mischstrecke angeordnet, welche Mischstrecke innerhalb eines ersten Streckenteils in Strömungsrichtung eine Anzahl Kanäle in einem Übergangsstück (200) zur Überleitung einer im Drallerzeuger gebildeten Strömung in ein stromab dieses Übergangsstück nachgeschaltetes Mischrohr (20) aufweist. Stromab dieses Mischrohres ist ein Brennraum (30) angeordnet. Der Drallerzeuger (100) ist in einem in sich abgeschlossenen und von dem Verbrennungsluftstrom (115) beaufschlagten Einströmungsquerschnitt (10) integriert.

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeu gers gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Stand der Technik

Um hohe Wirkungsgrade und hohe Leistungsdichten zu erreichen, wird für mo derne Gasturbinen das Prinzip der gestuften Verbrennung eingesetzt. Dabei wird in einer ersten Hochdruck-Brennkammer, vorzugsweise mit Vormischbrennern (Vgl. EP-0 321 809 B1) ausgerüstet, ein Heissgas erzeugt, welches nach einer Teilentspannung in einer ersten Hochdruckturbine in eine zweite Brennkammer (Reheat-Brennkammer) strömt, in welcher das teilentspannte Heissgas wieder auf die maximale Turbinen-Eintrittstemperatur erhitzt wird, womit eine solche Gastur bine auf einer sequentiellen Verbrennung basiert. Eine solche Gasturbine geht aus US-5,454,220, US-5,577,378 sowie EP-0 620 362 A1 hervor, wobei diese Druckschriften einen integrierenden Bestandteil vorliegender Beschreibung bilden.

Die sogenannte Reheat-Brennkammer weist eine Konfiguration auf, welche in den Druckschriften EP-0 745 809 A1 und EP-0 835 996 A1 näher gezeigt und be schrieben ist, wobei diese Druckschriften ebenfalls einen integrierenden Be standteil dieser Beschreibung bilden.

Diese Brennkammer ist von ringförmiger Ausgestaltung, und sie weist im wesent lichen eine Reihe einzelner nebengeordneter Übergangskanäle auf, welche die Einzelbrenner dieser Brennkammer bilden. Diese Einzelbrenner weisen einen na hezu rechteckigen Querschnitt auf, wobei hier die Mischung des Brennstoffes mit dem sauerstoffhaltigen teilentspannten Heissgas, im folgenden Verbrennungsluft genannt, aus der ersten Turbine, über mehrere Längswirbelerzeuger, auch Wir belgeneratoren genannt, geschieht, welche an den gekühlten Wänden der Misch strecke angebracht sind und selbst gekühlt werden. Diese Längswirbelerzeuger (Vgl. EP-0 745 809 A1) erzeugen auf ihrer Oberfläche eine Strömungsablösung und Umlenkung, die schliesslich zur Ausbildung von Längswirbeln führt. Der rechteckige Mischkanal wird von mehreren dieser Längswirbel nahezu ausgefüllt. Dabei hat es sich gezeigt, dass eine solche Konfiguration bei ganz bestimmten Betriebsarten und Betriebsparametern zu Unvollkommenheiten führen kann:

a) Es wird ein erheblicher rückgekühlter Luftmassenstrom zur Kühlung der Mischstrecke und der Längswirbelerzeuger benötigt.
b) Die erzeugten Längswirbel können den Strömungsquerschnitt, insbesonde re in den Ecken des Rechtecks, nicht vollständig erfassen.
c) Bei der Erzeugung der Längswirbel wird in den Ablösegebieten der Längs wirbelerzeuger kinetische Energie in Turbulenz dissipiert und nur ein Teil der kinetischen Energie in die Längswirbelbewegung umgesetzt.
d) Nach der stufenförmigen Erweiterung in die Brennkammer legt die Strö mung sich erst nach einer erheblichen Laufstrecke an die Brennkammer wand an, d. h., es entstehen unerwünschte Totwasser- und Rückströmge biete nach dem Stufensprung.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde bei einem Vormischbrenner der eingangs genannten Art die obenaufgelisteten Unvollkommenheiten zu beheben.

Erfindungsgemäss wird die Mischung der Verbrennungsluft, d. h. der teilent spannten Heissgase und Brennstoff, in einer runden Mischstrecke bewerkstelligt, welche Mischstrecke von einem einzigen Drallströmung ausgefüllt ist. Zur Draller zeugung werden in den nach wie vor rechteckig gehaltenen Eintrittsquerschnitt ein konischer aus mehrerem Teilkörpern bestehender Drallerzeuger oder Drallerzeu gerschaufeln eingebaut, welche eine Verdrallung der Verbrennungsluft bilden. Die durch die Drallerzeugerschaufeln gebildeten oder zwischen den einzelnen Teil körpern des Drallerzeugers vorhandenen Eintrittschlitze sind vorzugsweise von konstanter Schlitzweite, sie können aber entlang ihrer Lauflänge eine variable Schlitzweite aufweisen. Vorzugsweise werden vier Einlassschlitze vorgesehen, wobei aber auch Ausführungen mit einer anderen Schlitzzahl möglich ist. Eine solche Drallerzeugung entspricht weitgehend einer solcher gemäss DE-44 35 266 A1. Ein Unterschied zu dieser Drallerzeugung besteht darin, dass der erfindungs gemässe Drallerzeuger in einem zunächst rechteckigen Kanal eingebaut ist, wo bei dieser über die Lauflänge des Drallererzeugers in einen Kanal mit annähernd quadratischem oder rundem Querschnitt übergeführt wird, wobei auf eine saubere Anströmung der Drallerzeugereintrittsschlitze geachtet werden muss, dies um al lenfalls Strömungsablösungen zu vermeiden.

In den Drallerzeuger integriert ist ein Brennstoffverteilsystem für gasförmige und/oder flüssige Brennstoffe, wobei die Brennstoffverteilung dabei entlang der Eintrittsschlitze, wie dies aus der letztgenannten Druckschrift hervorgeht, oder durch die Hinterkanten der Drallerzegerschaufeln oder durch axiale Eindüsung des Brennstoffes aus der Schaufeloberfläche heraus erfolgen, wobei hier vor nehmlich um die Eindüsung eines nieder- oder mittelkalorischen Brennstoffes (Lbtu, Mbtu) geht. Falls erforderlich kann der Brennstoff von einem kalten Träger luftstrom oder Inertgasstrom umhüllt werden, um eine frühzeitige Zündung des Brennstoffes zu vermeiden. Flüssige Brennstoffe werden vorteilhaft am stromauf seitigen Ende des Drallerzeugers durch mehrere Einzelstrahlen eingedüst, wobei sich hier gezeigt hat, dass es äusserst vorteilhaft ist, wenn die Anzahl der Einzel strahlen mit der Anzahl der Einlassschlitze im Drallerzeuger bzw. der Anzahl der Drallerzeugerschaufeln übereinstimmt.

Auf der Achse des Drallerzeugers befindet sich ein freier Strömungskanal, der verhindert, dass sich im Mischrohr eine Rückströmzone auf der Achse einstellt. Die Zuführ von flüssigem Brennstoff muss also ausserhalb der Achse vorzugswei se durch das oben bereits genannte Mehrfachdüsensystem erfolgen.

Um die Drallerzeugerschaufeln gegen Oxidationsangriffe infolge der heissen Ein trittstemperaturen zu schützen, können diese entweder aus einem keramischen Material hergestellt und/oder mit einer internen Luftkühlung versehen werden. Die Auslegung und Fertigung der luftgekühlten Drallerzeugerschaufeln folgt den aus den gekühlten Turbinenschaufeln bekannten Regeln, die Wärmeübergangszahlen sind allerdings aufgrund der geringeren Strömungsgeschwindigkeiten im Vergleich zu Lauf- oder Leitschaufeln in der Turbine wesentlich geringer.

Nach dem Drallerzeuger wird die Strömung in einem zylindrischen Mischrohr ge führt. Der Übergang vom Drallerzeuger zum Mischrohr ist so auszugestalten, dass die Strömungsquerschnittsfläche nahezu konstant ist und keine Ablösungen auftreten. Das kann entweder durch ein speziell geformtes Übergangsstück oder durch ein Eintauchen der Drallerzeugerschaufeln in den zylindrischen Kanal ge schehen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Drallerzeugerschaufeln mit einer freigeschnittenen Hinterkante in axialer Richtung zu versehen. Die Länge des Mischrohres wird dabei so gewählt, dass von der Brennstoffeindüsung bis zum Ende des Mischrohres die Selbstzündzeit der gewählten Brennstoffe nicht überschritten wird. Je nach Baugrösse des Brenners und in Abhängigkeit des ge wählten Brennerdruckverlustes kann die Länge der Mischstrecke zwischen Null und zwei Brennerdurchmessern variieren.

Um ein Rückzünden der Flamme in den sich aufbauenden Grenzschichten des Übergangsstückes und des Mischrohres zu vermeiden, können an geeigneter Stelle Flammenrückzündsperrfilme eingebracht werden.

Am stromabseitigen Ende des Mischrohres kann eine verschiedenartig ausgebil dete Abrisskante angebracht werden, die über den Condaeffekt aufgrund eines konvex gekrümmten Endteils die Grenzschicht stabilisiert und die gesamte Strö mung nach aussen umlenkt. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die Strömung in der Brennkammmer schneller an die Wand anlegt und schneller verzögert wird, so dass sich eine turbulente Flammenfront einstellen kann. Andererseits wird durch die Verzögerung am Ende des Mischrohres ein Teil des dynamischen Druckes im Sinne einer Diffusorwirkung zurückgewonnen.

Die Drallstärke kann so stark eingestellt werden, dass stromab der Mischstrecke ein Rückströmgebiet auf der Achse entsteht, vorzugsweise sollte die Drallstärke aber so gross sein, dass die Strömung stromab des Mischrohres innerhalb eines Mischrohrdurchmessers auf der Achse lediglich auf Geschwindigkeiten kleiner der querschnittsgemittelten Brennkammer-Geschwindigkeit verzögert wird. Die bei dieser verlustbehafteten Verzögerung erzeugten turbulenten Geschwindigkeits- Schwankungen dienen der Flammenstabilisierung.

Die Brennstoffzufuhr zum Drallerzeuger geschieht durch einen zur Brennerachse radial verlaufende Brennstoff und Kühllluifzuführung. Die Drallerzeuger können an der Brennstoffzuführung befestigt werden und mit dieser radial aus der Gastur bine entfernbar sein, ohne dass das Gehäuse abgehoben werden muss.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen,

a) dass durch die erfindungsgemässe Ausführung der Mischstrecke als zylin drisches Rohr die für den Flammenrückschlag empfindliche Oberfläche mi nimiert wird, dadurch wird die zur Rückschlagsperre und zur Kühlung der Wand benötigte Kühl- und Filmluft reduziert und somit der Gesamtprozess optimiert;
b) dass durch die erfindungsgemässe Ausführung der Mischstrecke als zylin drisches Rohr möglich ist, mit einem einzigen Längswirbel die gesamte Mischstrecke optimal auszufüllen;
c) dass die Eindüsung des Brennstoffes entlang der Eintrittsschlitze eine gute Feinverteilung ermöglicht, dadurch wird die erforderliche Mischstrecke nach dem Drallerzeuger minimiert;
d) dass die Drallerzeugung verlustarm erfolgt, d. h., es werden bei einer erfin dungsgemässen Auslegung keine Ablösegebiete und Totaldruckverlustzo nen generiert. Dies hat zur Folge, dass der Druckverlustbeiwert des Bren ners bezogen auf den effektiven Strömungsquerschnitt klein wird, und in der Mischstrecke nur wenig flammenstabilisierende Turbulenz vorhanden ist, damit wird ein Flammenrückschlag schon bei geringeren Strömungsge schwindigkeiten vermieden,
e) dass durch die starke Strömungsverzögerung stromab des Mischrohres es möglich ist, das Öffnungsverhältnis, nämlich Mischrohrquerschnitt zu an teiligem Brennkammerquerschnitt, auf Werte < 4 bis mindestens 10 zu er höhen. Dadurch lässt sich bei gleichbleibender Verweilzeit und damit wei terhin gutem Ausbrand eine wesentliche kürzere Brennkammer bauen,
f) dass der Drallerzeuger und die Brennstoffeindüsung konstruktiv so ausge staltet werden können, dass sie ohne abheben des Gehäuses der Gastur bine radial nach aussen ausgebaut werden können. Damit lassen sich aus zutauschende Drallerzeuger leicht ersetzen und ein Wechsel auf andere Brennstoffe oder Brennstoffeindüsungssysteme leichter bewerkstelligen.

Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufga benlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfin dung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung unwe sentlichen Merkmale sind fortgelassen worden. Gleiche Elemente sind in den ver schiedenen Figuren mit der gleichen Bezugszeichen versehen. Die Strömungs richtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:

Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch einen Brenner,

Fig. 2 eine Konfiguration des eingebauten Drallerzeugers in perspektivischer Sicht und

Fig. 3 eine weitere Ausführung eines Drallerzeugers.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau eines Brennersystems zum Betrieb einer Brenn kammer. Das Brennersystem besteht grundsätzlich aus vier Betriebsstufen, wel che je eine bestimmte Funktion erfüllen und untereinander in einem interdepen denten Prozessablauf stehen. Der erste Abschnitt besteht einerseits aus einem Einströmungsquerschnitt 10 für einen Verbrennungsluftstrom, in welchem Ein strömungsquerschnitt 10 ein Drallerzeuger 100 angeordnet ist. Die in diesem Drallerzeuger 100 gebildete Drallströmung wird anhand einer stromab angeord neten Übergangsgeometrie 200 ablösungsfrei in ein Mischrohr 20 übergeführt. Eine solche Übergangsgeometrie 200 ist in der Druckschrift DE-44 35 266 A1, unter Fig. 6 gezeigt und beschrieben, wobei diese Druckschrift einen integrieren den Bestandteil vorliegender Beschreibung bildet. Abströmungsseitig des Misch rohres 20 befindet sich die eigentliche Brennkammer 30, welche hier lediglich durch das Flammrohr versinnbildlicht ist. Das Mischrohr 20 erfüllt die Bedingung, dass stromab des Drallerzeugers 100 eine definierte Mischstrecke bereitgestellt wird, in welcher eine perfekte Vormischung von Brennstoffen verschiedener Art erzielt wird. Diese Mischstrecke, also das Mischrohr 20, ermöglicht des weiteren eine verlustfreie Strömungsführung, so dass sich auch in Wirkverbindung mit der Übergangsgeometrie 200 zunächst keine Rückströmzone bilden kann, womit über die Länge des Mischrohres 20 auf die Mischungsgüte für alle Brennstoffarten Einfluss ausgeübt werden kann. Dieses Mischrohres 20 hat aber noch eine ande re Eigenschaft, welche darin besteht, dass im Mischrohr selbst das Axialge schwindigkeits-Profil ein ausgeprägtes Maximum auf der Achse besitzt, so dass eine Rückzündung der Flamme aus der Brennkammer 30 nicht möglich ist. Aller dings ist es richtig, dass bei einer solchen Konfiguration diese Axialgeschwindig keit zur Wand hin abfällt. Um Rückzündung auch in diesem Bereich zu unterbin den, wird das Mischrohr 20 in Strömungs- und Umfangsrichtung mit einer Anzahl regelmässig oder unregelmässig verteilter Bohrungen 21 verschiedenster Quer schnitte und Richtungen versehen, durch welche eine Luftmenge in das Innere des Mischrohres 20 strömt, und entlang der Wand im Sinne einer Filmlegung eine Erhöhung der dort vorherrschenden Geschwindigkeit induziert. Eine andere Mög lichkeit die gleiche Wirkung zu erzielen, besteht darin, dass der Durchflussquer schnitt des Mischrohres 20 abströmungsseitig der Übergangsgeometrie 200 eine Verengung erfährt, wodurch das gesamte Geschwindigkeitsniveau innerhalb des Mischrohres 20 angehoben wird. In der Figur verlaufen diese Bohrungen 21 unter einem spitzen Winkel gegenüber der Brennerachse 60. Des weiteren entspricht der Auslauf der Übergangsgeometrie dem engsten Durchflussquerschnitt des Mischrohres 20. Die genannten Übergangsgeometrie 200 überbrückt demnach den jeweiligen Querschnittsunterschied, ohne dabei die gebildete Strömung ne gativ zu beeinflussen. Wenn die gewählte Vorkehrung bei der Führung der Rohr strömung 40 entlang des Mischrohres 20 einen nicht tolerierbaren Druckverlust auslöst, so kann hiergegen Abhilfe geschaffen werden, indem am Ende des Mischrohres 20 ein in der Figur nicht näher gezeigter Diffusor vorgesehen wird. Am Ende des Mischrohres 20 schliesst sich sodann die bereits erwähnte Brenn kammer 30 an, wobei zwischen den beiden Durchflussquerschnitten ein Quer schnittssprung vorhanden ist. Erst hier bildet sich eine zentrale Rückströmzone 50, welche die Eigenschaften eines körperlosen Flammenhalters aufweist. Bildet sich innerhalb dieses Querschnittssprunges während des Betriebes eine strö mungsmässige Randzone, in welcher durch den dort vorherrschenden Unterdruck Wirbelablösungen entstehen, so führt dies zu einer verstärkten Ringstabilisation der Rückströmzone 50. Stirnseitig weist die Brennkammer 30 eine Anzahl Öffnungen 31 auf, durch welche eine Luftmenge direkt in den Querschnitts sprung strömt, und dort unteren anderen dazu beiträgt, dass die Ringstabilisation der Rückströmzone 50 gestärkt wird. Danebst darf nicht unerwähnt bleiben, dass die Erzeugung einer stabilen Rückströmzone 50 auch eine ausreichend hohe Drallzahl in einem Rohr erfordert. Ist eine solche zunächst unerwünscht, so kön nen stabile Rückströmzonen durch die Zufuhr kleiner stark verdrallter Luftströ mungen am Rohrende, beispielsweise durch tangentiale Öffnungen, erzeugt werden. Dabei geht man hier davon aus, dass die hierzu benötigte Luftmenge in etwa 5-20% der gesamten zum Betrieb der Brennkammer eingesetzten Luftmen ge beträgt. Was die nährere Ausgestaltung der Kante am Ende des Mischrohres 20 zur Stärkung der Rückströmzone 50 betrifft, wird auf die Druckschriften DE-195 47 913 A1, Fig. 7, und DE-196 39 301 A1, Fig. 8-11, verwiesen, wobei beide Druckschriften iri ihrer Gesamtheit einen integrierenden Bestandteil der vorliegen den Beschreibung bilden.

Fig. 2 zeigt die Kopfstufe des Brenners. Der viereckige Einströmungsquerschnitt 10 sowie der darin integrierte Drallerzeuger 100 sind hier gezeigt. Dieser Einströ mungsquerschnitt 10 bildet an sich eine autonome Brennereinheit und im Verbund mit einer Anzahl weiterer nebengeordneter Einströmungsquerschnitte eine ring förmige Brennkammer, vorzugsweise zum Betrieb von Gasturbinen, insbesondere einer Nachbrennkammer, wie dies aus EP-0 620 362 A1, Figur Pos. 5, hervor geht. Der Einströmungsquerschnitt 10 ist kopfseitig von rechteckiger Form, über die Lauflänge des Drallerzeugers 100 geht er in einen quadratischen Querschnitt über.

Die Funktionsweise des hier dargestellten Drallerzeugers 100 lässt sich aus der Beschreibung der Druckschriften DE-44 35 266 A1, Fig. 2-5; DE-195 47 913 A1, Fig. 2-5; DE-196 39 301, Fig. 2-5, entnehmen, wobei diese Druckschriften einen integrierenden Bestandteil dieser Beschreibung bildet.

Kurz umschrieben besteht hier der Drallerzeuger (100) aus mindestens zwei hoh len, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern 101, deren jeweilige Längssymmetrieachse zueinander so versetzt verlaufen, dass die benachbarten Wandungen der Teilkörper 101 in deren Längserstreckung tangentiale Kanäle 102 für die Einströmung der Verbrennungsluft 115 in einen von den Teilkörpern 101 gebildeten Innenraum 103 aufweisen. Mit Wirkung auf diesen Innenraum ist mindestens eine Brennstoffdüse vorgesehen.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsart eines Drallerzeugers, welcher ohne wei teres in den Einströmungsquerschnitt gemäss Fig. 2 integriert werden kann. Die ser Drallerzeuger 150 besteht aus einem zentralen Körper 151, welcher eine ra diale oder quasi-radiale Leitung 152 für die Zuführung von Brennstoffen 153, 154 aufweist. Auf diesem zentralen Körper 151 sind einzelne Drallschaufeln 156 ver ankert, welche sich in axialer Richtung erstrecken. Mantelförmig umschlossen werden diese Drallschaufeln von einem Rohr 155, der endseitig jeweils offen ist, einerseits kopfseitig für die Zuströmung der Verbrennungsluft 115 (Vgl. Fig. 1) und andererseits abflussseitig für die Weiterströmung der verdrallten Verbrennungsluft (Vgl. Fig. 1), womit er sich gegenüber der dem Drallerzeuger gemäss Fig. 2, was die Zuströmung der Verbrennungsluft betrifft, unterscheidet. Interdependent zur Verdrallung der Verbrennungsluft 115 wird Brennstoff zugegeben, wodurch hier analog zum Drallerzeuger gemäss Fig. 2, ebenfalls eine erste Vormischung ent steht; die endgültige Vormischung findet dann stromab statt, einerseits entlang der Übergangsgeometrie (Vgl. Fig. 1, Pos. 200) und anschliessend innerhalb des Mischrohres (Vgl. Fig. 1, Pos. 20). Flüssige Brennstoffe 154 werden kopfseitig und zentral resp. quasi-zentral eingedüst 154a; gasförmige Brennstoffe 153 hingegen über eine Anzahl von in die Drallschaufeln 156 integrierten Öffnungen 153a. Die Anzahl und der Drallgrad der Drallschaufeln 156 variert je nach den jeweiligen Erfordernissen des Vormischprozesses.

Bei einer dezentralen Brennstoffeindüsung 154a des flüssigen Brennstoffes 154 wird der Eindüsungswinkel des zur Brennstoffdüse 154a gehörigen Brenn stoffstrahles gegenüber der Achse vorzugsweise annähernd dem Anstellwinkel der Drallschaufeln 156 gleichgesetzt. Mit dieser Vorkehrung wird eine perfekte Vormischung des eingesetzten Brennstoffes gewährleistet, unter Wahrung einer betriebssicheren und optimalen Flammenpositionierung, d. h. eine Anreicherung der zentralen Zone wird damit nachhaltig verhindert, und die Brennstofftropfen sind bei zunehmenden Radius innerhalb der Vormischstrecke eine stärkere ra diale Beschleunigung ausgesetzt, dergestalt, dass sie sich in die dort eintretende Verbrennungsluft gut einmischen können.

Bei einem aus mehreren Schalen bestehenden Drallerzeuger eines Brenners, wie dies beispielsweise aus EP-B1-0 321 809 oder aus den Drallerzeugern gemäss Fig. 1 (Vgl. die dort angezogenen Druckschriften) hervorgeht, eignet sich gut als Einspritzposition des Brennstoffs die Nachlaufzonen entlang der Leeseite der ent sprechenden Schale, bzw. der Leitschaufeln bzw. Der Drallschaufeln eines ent sprechend konzipierten Drallerzeugers. Dort ist das Tropfenspray geringeren ae rodynamischen Kräften ausgesetzt, und er wird demensprechend besser radial in die Verbrennungsluft eingemischt.

Die Anzahl der Eindüsungsstellen ist der Brennerbauform angepasst, wobei min destens eine Eindüsung pro Schale oder Schaufel vorzusehen ist.

Bezugszeichenliste

10

Einströmungsquerschnitt

20

Mischrohr

21

Bohrungen

30

Brennkammer, Brennraum

31

Öffungen

40

Rohrströmung

50

Rückströmzone, Rückströmblase

60

Brennerachse

100

Drallerzeuger

101

Teilkörper

102

Tangentiale Kanäle

103

Innenraum

115

Verbrennungsluft, Verbrennungsluftstrom

150

Drallerzeuger

151

Zentraler Körper

152

Brennstoffleitung

153

Brennstoff, gasförmiger Brennstoff

153

a Brennstoffeindüsung, Brennstoffdüse

154

Brennstoff, flüssiger Brennstoff

154

a Brennstoffeindüsung, Brennstoffdüse

155

Rohr

156

Drallschaufel

200

Übergangsstück, Übergangskanäle, Übergangsgeometrie

Claims

1. Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers, wobei der Brenner im we sentlichen aus einem Drallerzeuger für einen Verbrennungsluftstrom und aus Mitteln zur Eindüsung mindestens eines Brennstoffes in den Verbren nungsluftstrom besteht, wobei stromab des Drallerzeugers eine Misch strecke angeordnet ist, welche innerhalb eines ersten Streckenteils in Strömungsrichtung eine Anzahl Kanäle in einem Übergangsstück zur Überleitung einer im Drallerzeuger gebildeten Strömung in ein stromab die ses Übergangsstück nachgeschaltetes Mischrohr aufweist, wobei stromab dieses Mischrohres einen durch eine Querschnittserweiterung gebildeten Brennraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeu ger (100, 150) in einen in sich abgeschlossenen und von einem Verbren nungsluftstrom (115) beaufschlagten Einströmungsquerschnitt (10) inte griert ist.

2. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger (100) aus mindestens zwei hohlen, kegelförmigen, in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelten Teilkörpern (101) besteht, dass die jeweiligen Längssymmetrieachsen dieser Teilkörper zueinander versetzt verlaufen, dergestalt, dass die benachbarten Wandungen der Teilkörper in deren Längserstreckung tangentiale Kanäle (102) für die Einströmung des Ver brennungsluftstromes (115) in einen von den Teilkörpern (101) gebildeten Innenraum (103).

3. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit Wirkung auf den Innenraum (103) mindestens eine Brennstoffdüse vorhanden ist.

4. Brenner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilkörper (101) im Querschnitt eine schaufelförmige Profilierung aufweisen.

5. Brenner nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger (150) aus einer Anzahl Drallschaufeln (156) besteht, welche in eine abge schlossene Umhüllung (155) integriert sind.

6. Brenner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger Mittel für die Eindüsung (153a, 154a) mindestens eines Brennstoffes (153, 154) aufweist.

7. Brenner nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drallerzeuger mindestens eine kopfseitige Brennstoffdüse (154a) aufweist, und dass die Brennstoffdüse (154a) annähernd nach dem Anstellwinkel der Drallschaufeln (156) gegenüber der Brennerachse (60) gerichtet ist.

8. Brenner nach den Ansprüchen 3 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Brennstoffdüsen (154a) mindestens der Anzahl der drallbilden den Elemente (101, 156) des Drallerzeugers (100, 150) entspricht.

9. Brenner nach den Ansprüchen 1 und 2 oder 1 und 5, dadurch gekenn zeichnet, dass die Anzahl der Kanäle im Übergangsstück (200) der An zahl der vom Drallerzeuger (100, 150) gebildeten verdrallten Teilströme entspricht.

10. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströ mungsquerschnitt (10) von einem kopfseitig rechteckigen Querschnitt über die Lauflänge des Drallerzeugers (100) in einen annähernd quadratischen oder runden Querschnitt übergeht.

11. Brenner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einströ mungsquerschnitt (10) Bestandteil einer ringförmigen Brennkammer ist.