DE69920193T2 - Scheibe zur vermischung von brennstoff und luft für brennkammern mit mageren und geringem nox-ausstoss - Google Patents

Scheibe zur vermischung von brennstoff und luft für brennkammern mit mageren und geringem nox-ausstoss Download PDF

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Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkammern für Gasturbinen und dort speziell Brennstoff/Luft-Mischscheiben, die die durch mit Mager-Vormischung arbeitende Brennkammern erzeugten Stickoxid- und Kohlenmonoxid-Emissionen verringern.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gasturbinen besitzen bekanntlich folgende Komponenten: einen Verdichter zum Verdichten von Luft; eine Brennkammer zum Erzeugen heißen Gases durch Verbrennen von Brennstoff in Anwesenheit der vom Kompressor gelieferten, verdichteten Luft; und eine Turbine, in der das von der Brennkammer gelieferte heiße Gas entspannt wird. Gasturbinen emittieren bekanntlich unerwünschte Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO). Ein bekannter Faktor, der die NOx-Emissionen beeinflusst, ist die Verbrennungstemperatur. Senkt man die Verbrennungstemperatur, so sinkt die Menge des abgegebenen NOx. Allerdings sind hohe Verbrennungstemperaturen wünschenswert, um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen und die CO-Oxidation zu verstärken.
  • Es sind bereits zweistufige Verbrennungssysteme entwickelt worden, die eine effiziente Verbrennung und verringerte NOx-Emissionen bieten. Bei einem zweistufigen Verbrennungssystem erfolgt in der ersten Stufe eine Diffusionsverbrennung, um Zündung und Flammenstabilität zu erreichen. In der zweiten Stufe findet Vormischverbrennung statt, um die NOx-Emissionen zu verringern.
  • In der ersten Stufe, im Folgenden "Pilot" genannt, sitzt normalerweise ein Diffusionsbrenner, was in erheblichem Maße zu den NOx-Emissionen beiträgt, obwohl der der Pilotstufe zugeführte Brennstoffanteil vergleichsweise ziemlich klein ist (oft weniger als 10% des der Brennkammer insgesamt zugeführten Brennstoffs). Es ist deshalb bekannt, dass die Flamme in der Pilotstufe das mit Brennkammern dieser Bauart erreichbare Maß an NOx-Verringerung begrenzt.
  • In der US-amerikanischen Patentschrift Nr. 6,026,645 und in der europäischen Patentschrift Nr. 0 594 127 A1 wird eine Gasturbinen- Brennkammer 100 der typischen herkömmlichen Art beschrieben. Wie 1 der vorliegenden Beschreibung zeigt, besitzt die Brennkammer 100 ein Düsengehäuse 6 mit einem Düsengehäuse-Träger 5. Eine Pilot-Brennstoffverteilungsdüse 1, mit einer Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung 4 ist am Düsengehäuse-Träger 5 befestigt und ragt bis in das Düsengehäuse 6 hinein. Die Haupt-Brennstoffdüsen 2 besitzen je mindestens eine (1) Haupt-Brennstoffeinspritzöffnung 3, sind am Düsengehäuse-Träger 5 befestigt und sitzen im Wesentlichen parallel zur Pilotdüse 1 im Düsengehäuse 6. Die Brennstoffzuführungen 16 liefern Brennstoff 102 zu den Haupt-Brennstoffdüsen 2. Ein Rohreinsatz 19 bildet in seinem Inneren eine Haupt-Verbrennungszone 9. Ein Pilottrichter 20 mit einem sich aufweitenden Ende 22 zeigt von der nahen Umgebung der Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung 4 der Pilotdüse 1 weg. Das sich aufweitende Ende 22 liegt im Strömungsweg hinter den Haupt-Brennstoffverwirblern 8. Der Pilottrichter 20 bildet in seinem Inneren eine Pilot-Brennzone 23 in Nachbarschaft zur Haupt-Verbrennungszone 9.
  • Vom Verdichter 50 gelieferte Druckluft 101 strömt zwischen den Stützrippen 7 durch die Haupt-Brennstoffverwirbler 8. Jeder Haupt-Brennstoffverwirbler 8 liegt im Wesentlichen parallel zur Pilotdüse 1 und in Nachbarschaft zur Haupt-Verbrennungszone 9. In Innern jedes Haupt-Brennstoffverwirblers 8 erzeugen mehrere Verwirblungs-Leitschaufeln 80 Luftturbulenzen im Strömungsweg vor den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3, um die Druckluft 101 mit dem Brennstoff 102 zu mischen und so ein Brennstoff/Luft-Gemisch 103 zu erzeugen. Das Brennstoff/Luft-Gemisch 103 wird in die Haupt-Verbrennungszone 9 geführt, wo es verbrennt. Die Druckluft 12 gelangt über eine Gruppe von im Innern des Pilotverwirblers 11 sitzenden, feststehenden Drallschaufeln 10 in die Pilot-Brennzone 23. Die Druckluft 12 wird im Innern des Pilottrichters 20 mit dem Pilotbrennstoff 30 gemischt und in die Pilot-Brennzone 23 geführt, wo die Verbrennung stattfindet.
  • 2 zeigt Details eines Brennstoffverwirblers 8 bekannter Art. Wie 2 zeigt, hat der Brennstoffverwirbler 8 eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem gebördelten Ende 81 und einem verjüngten Ende 82. Am inneren Umfang 83 des Brennstoffverwirblers 8, nahe dessen gebördeltem Ende 81, sind mehrere Verwirblungs-Leitschaufeln 80 verteilt. Der Brennstoffverwirbler 8 umgreift die Haupt-Brennstoffdüse 2 nahe den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3. Der Brennstoffverwirbler 8 ist mit seinen Verwirblungs-Leitschaufeln 80 im Strömungsweg vor den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3 und mit seinem verjüngten Ende 82 nahe der Haupt-Verbrennungszone 9 platziert. Das gebördelte Ende 81 ist so gestaltet, dass es die Druckluft 101 aufnimmt und in den Brennstoffverwirbler 8 führt. Das verjüngte Ende 82 ist so gestaltet, dass es in die Manschette 86 passt. Die Verwirblungs-Leitschaufeln 80 sind an einer Nabe 87 befestigt. Die Nabe 87 umgreift die Haupt-Brennstoffdüse 2. Der Brennstoffverwirbler 8 ist mittels der Halter 89 und des Verwirblerträgers 99 am Rohreinsatz 19 befestigt.
  • 3 zeigt die Brennkammer 100 von einer im Strömungsweg davor liegenden Stelle aus gesehen. Wie 3 zeigt, wird die Pilotdüse 1 vom Pilotverwirbler 11 umgriffen. Der Pilotverwirbler 11 besitzt mehrere feststehende Drallschaufeln 10. Die Pilotdüse 1 ist von mehreren Haupt-Brennstoffdüsen 2 umgeben. Jede Haupt-Brennstoffdüse 2 wird von einem Haupt-Brennstoffverwirbler 8 umgriffen. Jeder Brennstoffverwirbler 8 besitzt mehrere Verwirblungs-Leitschaufeln 80. Das sich aufweitende Ende 22 des Pilottrichters 20 bildet mit dem Rohreinsatz 19 einen Ringraum 18. Die Haupt-Brennstoffverwirbler 8 sitzen im Strömungsweg vor dem sich aufweitenden Ende 22. Das Brennstoff/Luft-Gemisch 103 strömt (außerhalb der Zeichnung) durch den Ringraum 18 in die Haupt-Verbrennungszone 9 (in 3 nicht abgebildet).
  • Es ist bekannt, dass Brennkammern von Gasturbinen wie die in 1 gezeigte Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und andere luftverschmutzende Stoffe emittieren. Zwar sind Gasturbinen-Brennkammern wie die in der Patentschrift '395 beschriebene mit dem Ziel entwickelt worden, diese Emissionen zu verringern, doch fordern Umweltprobleme eine noch stärkere Verringerung.
  • Es ist bekannt, dass magerere Brennstoff/Luft-Gemische kühler verbrennen und deshalb weniger NOx-Emissionen entstehen. Eine bekannte Technik zum Erzeugen eines magereren Brennstoffgemischs ist es, Turbulenzen zu erzeugen, um Luft und Brennstoff vor der Verbrennung so gleichmäßig wie möglich zu vermischen, um zu vermeiden, das Zonen mit fettem Gemisch entstehen, in denen es örtliche Stellen hoher Temperatur gibt (so genannte "Hot spots").
  • In der Vergangenheit wurden Brennstoffverwirbler mit Verwirblungs-Leitschaufeln wie die oben beschriebenen benutzt, um Vormisch-Turbulenzen zu erzeugen, die zu einem mageren Brennstoff/Luft-Gemisch führen. Die Verwirblungs-Leitschaufeln stellen eine Behinderung im Strömungsweg der Druckluft dar, wenn diese durch den Brennstoffverwirbler strömt. Diese Behinderung verursacht im Brennstoffverwirbler einen Druckabfall. Da der Druck des in die Haupt-Verbrennungszone strömenden Brennstoff/Luft-Gemischs unmittelbar das Luft/Brennstoffverhältnis (air-to-fuel ratio, AFR) in der Haupt-Verbrennungszone beeinflusst (indem er die Luftverteilung innerhalb der Brennkammer beeinflusst), senkt ein höherer Druckabfall innerhalb des Brennstoffverwirblers das AFR. Zwar ist eine Turbulenz zum Vormischen von Brennstoff und Luft erforderlich, doch wenn zu viel an Turbulenz bis in die Haupt-Verbrennungszone hinein gelangt, bilden sich Rückströmzonen, welche die Gefahr von Flame holding erhöhen.
  • Deshalb besteht in der Technik der Bedarf nach einer Bauart eines Brennstoffverwirblers, die die aus Gasturbinenbrennkammern kommenden NOx- und CO-Emissionen verringert, indem die Menge von Vormisch-Turbulenzen optimiert wird, welche erzeugt werden, um ein gleichmäßiger verteiltes Brennstoff/Luft-Gemisch zu erzeugen, ohne zugleich die Gefahr von Flame holding oder Flammenrückschlag zu erhöhen.
  • Außerdem haben Verwirblungs-Leitschaufeln normalerweise eine unveränderliche Form und bieten ziemlich wenig Beeinflussungsmöglichkeiten für den Druckabfall im Brennstoffverwirbler. In ähnlicher Weise ist eine Gruppe von Verwirblungs-Leitschaufeln, die das AFR für eine bestimmte Brennkammer optimieren, normalerweise nicht optimal für Brennkammern anderer Größen geeignet. Die mit dem Variieren der Größe der Verwirblungs-Leitschaufeln zum Optimieren des Druckabfalls oder zum Anpassen an unterschiedlich große Brennkammern verbundenen Kosten sind im Allgemeinen ziemlich hoch.
  • Deshalb besteht in der Technik der Bedarf nach einer Bauart eines Brennstoffverwirblers, die die aus Gasturbinenbrennkammern kommenden NOx- und CO-Emissionen verringert, indem sie weitgehendere Beeinflussungsmöglichkeiten für den Druckabfall im Brennstoffverwirbler bietet und zugleich die Flexibilität erhöht sowie die mit dem Optimieren des AFR bei unterschiedlich großen Brennkammern verbundenen Kosten senkt.
  • ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung befriedigt diesen Bedarf durch Beschreiben eines Brennstoffmischers, der die aus Gasturbinenbrennkammern kommenden NOx- und CO-Emissionen verringert, indem er ein gleichmäßiger verteiltes Brennstoff/Luft-Gemisch liefert, ohne zugleich die Gefahr von Flame holding oder Flammenrückschlag zu erhöhen.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es einen Brennstoffmischer zum Mischen von Druckluft und Brennstoff zum Verbrennen in der zweiten Stufe einer zweistufigen, direkt befeuerten Brennkammer, wobei dieser Brennstoffmischer Folgendes umfasst: einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Achse, einem gebördelten Ende und einem verjüngten Ende, wobei das gebördelte Ende so gestaltet ist, dass es die besagte Druckluft aufnimmt und in den besagten Brennstoffmischer führt. Der besagte Brennstoffmischer ist dadurch gekennzeichnet, dass er eine Luftmischscheibe besitzt, die sich innerhalb des besagten Körpers nahe dessen gebördeltem Ende und somit im Strömungsweg vor einer Brennstoffeinspritzöffnung befindet, wobei die besagte Luftmischscheibe eine Achse hat, die im Wesentlichen parallel zur Achse eines zweiten Körpers liegt, und wobei die besagte Luftmischscheibe mehrere parallel zur Achse des zylindrischen Körpers verlaufende Öffnungen hat.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es eine Brennkammer für Gasturbinen, enthaltend einen Brennstoffmischer zum Mischen von Druckluft und Brennstoff zum Verbrennen in der zweiten Stufe einer zweistufigen Brennkammer, wobei dieser Brennstoffmischer Folgendes umfasst: einen im Wesentlichen zylindrischen Körper mit einer Achse, einem gebördelten Ende und einem verjüngten Ende, wobei das gebördelte Ende so gestaltet ist, dass es die besagte Druckluft aufnimmt und in den besagten Brennstoffmischer führt, wobei der besagte Brennstoffmischer dadurch gekennzeichnet ist, dass er eine Luftmischscheibe besitzt, die sich innerhalb des besagten Körpers nahe dessen gebördeltem Ende und somit im Strömungsweg vor einer Brennstoffeinspritzöffnung befindet, wobei die Brennkammer ein Düsengehäuse mit einem Düsengehäuse-Träger, eine nahe dem besagten Düsengehäuse befindliche Haupt-Verbrennungszone, eine auf der axialen Mittellinie der besagten Gasturbinenbrennkammer im Strömungsweg vor der Haupt-Verbrennungszone platzierte Pilot-Brennstoffverteilungsdüse mit einer Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung, wobei die besagte Pilotdüse durch das besagte Düsengehäuse hindurch ragt und am Düsengehäuse-Träger befestigt ist; ein Pilottrichter, der von der Umgebung der Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung der besagten Pilotdüse weg zeigt, ein sich aufweitendes Ende nahe der Haupt-Verbrennungszone besitzt und eine Pilot-Brennzone nahe der Haupt-Verbrennungszone bildet; mindestens eine (1) parallel zur besagten Pilotdüse liegende Hauptdüse, welche durch das besagte Düsengehäuse hindurch ragt und am Düsengehäuse-Träger befestigt ist; und wobei mindestens einer (1) der besagten Brennstoffmischer parallel zu der besagten Pilotdüse und nahe der Haupt-Verbrennungszone platziert ist, die besagte Hauptdüse umgreift und eine Luftmischscheibe mit mehreren, parallel zur Achse des zylindrischen Körpers verlaufenden Öffnungen besitzt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • 1 zeigt einen Schnitt einer Gasturbinenbrennkammer herkömmlicher Bauart.
  • 2 zeigt einen Schnitt eines Brennstoffverwirblers herkömmlicher Bauart.
  • 3 zeigt eine Gasturbinenbrennkammer herkömmlicher Bauart, von einer im Strömungsweg davor liegenden Stelle aus gesehen.
  • 4 zeigt einen Schnitt einer Gasturbinenbrennkammer in einer bevorzugten Ausführungsform, Brennstoff/Luft-Mischscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend.
  • 5 zeigt einen Schnitt eines Brennstoffmischers in einer bevorzugten Ausführungsform, Brennstoff/Luft-Mischscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend.
  • 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer, von einer im Strömungsweg davor liegenden Stelle aus gesehen, Brennstoff/Luft-Mischscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 4 zeigt einen Schnitt einer Gasturbinenbrennkammer 110 in einer bevorzugten Ausführungsform, Brennstoff/Luft-Mischscheiben 85 gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend. Wie 4 zeigt, besitzt die Brennkammer 110 ein Düsengehäuse 6 mit einem Düsengehäuse-Träger 5. Eine Pilot-Brennstoffverteilungsdüse 1 mit einer Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung 4 ragt durch das Düsengehäuse 6 hindurch und ist am Düsengehäuse-Träger 5 befestigt. Die Haupt-Brennstoffdüsen 2 besitzen jede mindestens eine (1) Haupt-Brennstoffeinspritzöffnung 3, liegen im Wesentlichen parallel zur Pilotdüse 1 im Düsengehäuse 6 und sind am Düsengehäuse-Träger 5 befestigt. Die Brennstoffzuführungen 16 liefern Brennstoff 102 an die Haupt-Brennstoffdüsen 2. Der Rohreinsatz 19 bildet in seinem Inneren eine Haupt-Verbrennungszone 9. Ein Pilottrichter 20 mit einem sich aufweitenden Ende 22 zeigt von der nahen Umgebung der Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung 4 der Pilotdüse 1 weg. Das sich aufweitende Ende 22 liegt im Strömungsweg hinter den Haupt-Brennstoffmischern 88. Der Pilottrichter 20 bildet in seinem Inneren eine Pilot-Brennzone 23 in Nachbarschaft zur Haupt-Verbrennungszone 9.
  • Vom Verdichter 50 gelieferte Druckluft 101 strömt zwischen den Stützrippen 7 durch die Haupt-Brennstoffmischer 88. Jeder Haupt-Brennstoffmischer 88 liegt im Wesentlichen parallel zur Pilotdüse 1 und in Nachbarschaft zur Haupt-Verbrennungszone 9. In Innern jedes Haupt-Brennstoffmischers 88 erzeugt eine Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 Luftturbulenzen im Strömungsweg vor den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3, um die Druckluft 101 mit dem Brennstoff 102 zu mischen und so ein Brennstoff/Luft-Gemisch 108 zu erzeugen. Das Brennstoff/Luft-Gemisch 108 wird in die Haupt-Verbrennungszone 9 geführt, wo es verbrennt. Wie unten genauer beschrieben wird, erzeugt die Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 im Haupt-Brennstoffmischer 88 mehr Vormisch-Turbulenzen als die oben beschriebenen, herkömmlichen Verwirblungs-Leitschaufeln 80. Die verstärkten Vormisch-Turbulenzen resultieren in einem gleichmäßiger verteilten Brennstoff/Luft-Gemisch und somit in verringerten NOx- und CO-Emissionen.
  • Die Druckluft 12 gelangt über eine Gruppe von im Innern des Pilotverwirblers 11 sitzenden, feststehenden Drallschaufeln 10 in die Pilot-Brennzone 23.
  • Die Druckluft 12 wird im Innern des Pilottrichters 20 mit dem Pilotbrennstoff 30 gemischt und in die Pilot-Brennzone 23 geführt, wo die Verbrennung stattfindet.
  • 5 zeigt einen Schnitt eines Brennstoffmischers 88 in einer bevorzugten Ausführungsform, Brennstoff/Luft-Mischscheiben 85 gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend. Wie 5 zeigt, hat der Brennstoffmischer 88 eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem gebördelten Ende 81 und einem verjüngten Ende 82. Eine Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 gemäß der vorliegenden Erfindung ist koaxial im Inneren des Brennstoffmischers 88 nahe dem gebördelten Ende 81 platziert. Der Brennstoffmischer 88 umgreift die Haupt-Brennstoffdüse 2 nahe den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3. Der Brennstoffmischer 88 ist mit seiner Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 im Strömungsweg vor den Haupt-Brennstoffeinspritzöffnungen 3 und mit seinem verjüngten Ende 82 nahe der Haupt-Verbrennungszone 9 platziert. Das gebördelte Ende 81 ist so gestaltet, dass es die Druckluft 101 aufnimmt und in den Brennstoffmischer 88 führt. Das verjüngte Ende 82 ist so gestaltet, dass es in die Manschette 86 passt. Die Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 ist am inneren Umfang 83 des Haupt-Brennstoffmischers 88 befestigt. Die Brennstoff/Luft-Mischscheibe 86 umgreift die Haupt-Brennstoffdüse 2. Der Brennstoffmischer 88 ist mittels der Halter 89 und des Verwirblerträgers 99 am Rohreinsatz 19 befestigt.
  • 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer Gasturbinenbrennkammer, von einer im Strömungsweg davor liegenden Stelle aus gesehen, Brennstoff/Luft-Mischscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltend. Wie 6 zeigt, wird die Pilotdüse 1 vom Pilotverwirbler 11 umgriffen. Der Pilotverwirbler 11 besitzt mehrere feststehende Drallschaufeln 10. Die Pilotdüse 1 ist von mehreren Haupt-Brennstoffdüsen 2 umgeben. Jede Haupt-Brennstoffdüse 2 wird von einem Haupt-Brennstoffmischer 88 umgriffen. Das sich aufweitende Ende 22 des Pilottrichters 20 bildet mit dem Rohreinsatz 19 einen Ringraum 18. Die Haupt-Brennstoffmischer 88 sitzen im Strömungsweg vor dem sich aufweitenden Ende 22. Das Brennstoff/Luft-Gemisch 108 strömt (außerhalb der Zeichnung) durch den Ringraum 18 in die Haupt-Verbrennungszone 9 (in 6 nicht abgebildet).
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt jeder Brennstoffmischer 88 eine Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85. Jede Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 besitzt mehrere Öffnungen 90, die wie abgebildet über die Scheibe 85 verteilt sind. Anzahl und Größe der Öffnungen 90 bestimmen den sich im Brennstoffmischer 88 einstellenden Druckabfall. Durch Variieren von Anzahl und Größe der Öffnungen 90 kann der Druckabfall variiert und damit zum Verstärken der Vormisch-Turbulenzen optimiert werden, ohne zugleich die Gefahr von Flame holding oder Flammenrückschlag zu erhöhen. Im Gegensatz zu den Verwirblungs-Leitschaufeln 80 der herkömmlichen Technik lassen sich die Brennstoff/Luft-Mischscheiben 85 allerdings sehr billig herstellen.
  • Demzufolge können im Rahmen der Optimierung die Anzahl und die Größe der Öffnungen 90 variiert werden, bis der Druckabfall optimal ist. In ähnlicher Weise können für den Einsatz in Brennkammern unterschiedlicher Größe die Gesamtoberfläche einer Brennstoff/Luft-Mischscheibe 85 einfach und kostengünstig verändert und die Anzahl und Größe der Öffnungen 90 erneut variiert werden, bis auch in diesem Fall der Druckabfall optimiert ist. Also ermöglichen die Brennstoff/Luft-Mischscheiben 85 den Bau eines Brennstoffmischers 88, der die von der Gasturbinenbrennkammer 110 erzeugten NOx- und CO-Emissionen dadurch verringert, dass das Maß der erzeugten Vormisch-Turbulenzen optimiert wird, um gleichmäßiger verteilte Brennstoff/Luft-Gemische zu erhalten, ohne zugleich die Gefahr von Flame holding oder Flammenrückschlag zu erhöhen. Darüber hinaus ermöglichen die Brennstoff/Luft-Mischscheiben 85 den Bau eines Brennstoffmischers 88, der die von Gasturbinenbrennkammern erzeugten NOx- und CO-Emissionen dadurch verringert, dass eine weitgehendere Beeinflussung des Druckabfalls innerhalb des Brennstoffmischers möglich ist, wobei zugleich die Flexibilität erhöht sowie die mit dem Optimieren des AFR bei unterschiedlich großen Brennkammern verbundenen Kosten gesenkt werden.
  • Der Fachmann kann leicht erkennen, dass man an den bevorzugten Ausführungsformen zahlreiche Änderungen und Modifikationen vornehmen kann, ohne den Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Es ist deshalb die Absicht, dass die beigefügten Ansprüche alle solche gleichwertigen Varianten abdecken, die in den beanspruchten Geltungsbereich der Erfindung fallen.

Claims (3)

  1. Ein Brennstoffmischer (88) zum Mischen von Druckluft (101) und Brennstoff (102) zwecks Verbrennung in der zweiten Stufe einer zweistufigen direkt befeuerten Brennkammer, wobei der besagte Brennstoffmischer (88) Folgendes umfasst: ein im Wesentlichen zylindrischer Körper mit einer Achse, einem gebördelten Ende (81) und einem verjüngten Ende (82), wobei das gebördelte Ende (81) so gestaltet ist, dass es dass es die besagte Druckluft (101) aufnimmt und in den besagten Brennstoffmischer (88) führt; und gekennzeichnet durch eine im Inneren des besagten Körpers nahe dessen gebördeltem Ende (81) im Strömungsweg vor einer Brennstoffeinspritzöffnung platzierte Luftmischscheibe (85), welche eine Achse hat, die im Wesentlichen parallel zur Achse des besagten Körpers liegt, und wobei die besagte Luftmischscheibe (85) mehrere parallel zur Achse des zylindrischen Körpers verlaufende Öffnungen (90) hat.
  2. Eine Brennkammer (100) für eine Gasturbine, enthaltend den Brennstoffmischer (88) von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Folgendes umfasst: – ein Düsengehäuse (6) mit einem Düsengehäuse-Träger (5), außerdem eine nahe dem besagten Düsengehäuse (6) befindliche Haupt-Verbrennungszone (9); – eine Pilot-Brennstoffverteilungsdüse (1) mit einer Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung (4), platziert auf der axialen Mittellinie der besagten Gasturbinenbrennkammer (110) im Strömungsweg vor der Haupt-Verbrennungszone (9), wobei die besagte Pilotdüse (1) durch das besagte Düsengehäuse (6) hindurch ragt und am Düsengehäuse-Träger (5) befestigt ist; – ein Pilottrichter (20), der von der Umgebung der Pilot-Brennstoffeinspritzöffnung (4) der besagten Pilotdüse (1) weg zeigt, ein sich aufweitendes Ende (22) nahe der Haupt-Verbrennungszone (9) besitzt und eine Pilot-Brennzone (23) nahe der Haupt-Verbrennungszone (9) bildet; – mindestens eine (1) parallel zur besagten Pilotdüse (1) liegende Hauptdüse (2), welche durch das besagte Düsengehäuse (6) hindurch ragt und am Düsengehäuse-Träger (5) befestigt ist; wobei mindestens einer (1) der besagten Brennstoffmischer (88) parallel zu der besagten Pilotdüse (1) und nahe der Haupt-Verbrennungszone (9) platziert ist, die besagte Hauptdüse (2) umgreift und eine Luftmischscheibe (25) mit mehreren, parallel zur Achse des zylindrischen Körpers verlaufenden Öffnungen (90) besitzt.
  3. Die Brennkammer von Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilot-Verteilungsdüse (1) zusätzlich feststehende Verwirblungs-Leitschaufeln (10) besitzt.
DE69920193T 1998-03-16 1999-03-08 Scheibe zur vermischung von brennstoff und luft für brennkammern mit mageren und geringem nox-ausstoss Expired - Lifetime DE69920193T2 (de)

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