Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zuführung von fluidischen Brenn- und Zusatzstoffen in eine Brennkammer, wie sie beispielsweise in einer Gasturbinenanlage eingesetzt wird. Als Brennstoffe kommen dabei vor allem Öl und Gas, als Zusatzstoffe Wasser, Dampf, Stickstoff und wäß- ige Lösungen bestimmter Salze in Frage.

Entsprechende Brenneranordnungen, in denen als Brennstoff Gas und/oder Öl eingesetzt werden kann, werden beschrieben in den Schriften EP-A 0 276 696 , DE-U 8506108, DE-A 36 06 625 und DE-C 34 44 469. Aus diesen Schriften ist auch bekannt, beim Betrieb der Brenneranordnungen neben Brennstoff und Sauer¬ stoffträger (in der Regel Luft) weitere Stoffe, insbesondere Inertstoffe, zuzuführen. Vor allem bei der Verbrennung von Öl kann durch das Zuführen von Inertstoffen die Verbrennungstempe¬ ratur beeinflußt, nämlich herabgesetzt werden, was die aus Umweltschutzgründen unerwünschte Produktion von Stickoxyden stark vermindern kann. Darüber hinaus können neben Inertstoffen weitere Zusatzstoffe zugeführt werden, deren Aufgabe es ist, korrosionsfördernde Bestandteile des Brennstoffes zu binden und ungefährlich zu machen. So kann z. B. Vanadium, das sich als Bestandteil mancher Öle findet, durch die Zugabe von Magne¬ siumsalzen in die Verbrennungszone in eine unschädliche Ver¬ bindung überführt werden, während es ohne die Zuführung von Magnesium Salze bildet, die sich auf den Schaufeln von Gas¬ turbinen niederschlagen und korrodierend wirken können.

Gemäß den drei erstgenannten Schriften zum Stand der Technik werden die Zusatzstoffe der Verbrennungsluft beigemischt, bevor sie in die eigentliche Brennerkammer eintritt und mit dem Brennstoff zusammenkommt. Dies hat jedoch Nachteile: Die Zu- rnischung der Zusatzstoffe vor der eigentlichen Verbrennungs¬ zone bewirkt, daß sich die Zusatzstoffe weitgehend homogen in der Verbrennungsluft verteilen. Die Temperaturverteilung in der Verbrennungszone der Brennerkammer ist jedoch durchaus inho¬ mogen - insbesondere dann, wenn die Brennkammer einen Diffu-

sionsbrenner enthält -, und eine Kühlung der Verbrennung muß nur'dort bewirkt werden, wo die Verbrennungstemperatur höher liegt als der Wert, bei dem die Entstehung von Stick¬ oxyden einsetzt. Gleichermaßen kann die Verteilung von "Bindemitteln" für schädliche Bestandteile des Brennstof¬ fes der Verteilung dieser Bestandteile in der Verbrennungs¬ zone angepaßt werden. Eine weitgehend homogene Verteilung der Zusatzstoffe in der Verbrennungszone ist unter diesem Aspekt keineswegs optimal; sie hat zur Folge, daß ohnehin relativ kühle Bereiche der Verbrennungszone weiter abge¬ kühlt werden, , as eine unnötige Verschlechterung des Wir¬ kungsgrades bedeutet, und sie kann den Verbrauch an "Bin¬ demitteln" ungünstig beeinflussen, was die Betriebskosten der Anlage nennenswert erhöhen kann.

In der DE-C 34 44 469 wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eindüsung eines Zusatzstoffes direkt in die Flamme eines Diffusionsbrenners offenbart, bestehend aus einem Düsenkopf mit Düsen zur Führung von Brennstoff und Zusatzstoff, der auf eine Anordnung von ineinandergeschobenen Röhren aufgesetzt ist. Zur Herbeiführung einer den Verhältnissen in der Verbren¬ nungszone angepaßten Verteilung des Zusatzstoffes ist die offenbarte Vorrichtung prinzipiell geeignet; beim Betrieb 1er Vorrichtung stellen sich jedoch Probleme ein, die ihre Anwen- düng in Hochleistungs-Brennkammern, wie sie für Gastur¬ binen mit Leistungen von 10 MW bis über 100 MW benötigt werden, problematisch erscheinen lassen. Durch die Spitze der Flamme werden nämlich die Düsenstöcke im Bereich der Brennstoffdüsen samt den zugehörigen Zuführungsrohren sehr stark erwärmt, wäh- rend die Bereiche in der Nähe der Zusatzstoffdüsen samt den entsprechenden Zuleitungen kühl gehalten werden. Es entstehen mithin beträchtliche thermische Spannungen in der gesamten Anordnung, denen durch geeignete konstruktive Aus¬ legung begegnet werden muß, da anderweitig ein sicherer Be- trieb der Anordnung nicht gewährleistet werden kann. Eine even¬ tuell denkbare Ertüchtigung dieses Düsenkopfes für den Hoch¬ leistungsbetrieb dadurch, daß die der Zustellung von Inert¬ stoffen dienenden Leitungen beweglich, mit geeigneten Dich¬ tungen im Düsenkopf verankert werden, scheidet jedoch aus.

Einerseits ist die Wärmebelastung der Dichtungen, die bis zu mehreren 100° betragen kann, extrem hoch, andererseits sind sie auch hohen Druckbelastungen ausgesetzt. In üblichen Bren¬ neranordnungen kann der Zustelldruck des Brennstoffes 50 bar und mehr betragen, der Zustelldruck des Inertstoffes wird in der Regel weit darunter liegen und, falls auch ein Betrieb des Brenners ohne Zusatzstoffe möglich sein soll, lediglich Nor¬ maldruck betragen. Eine Abdichtung der Brennstoff führenden Räume gegen die Zusatzstoff führenden Räume im Düsenkopf ist somit, jedenfalls mit sinnvollem Aufwand, war schwer reali¬ sierbar.

Demgemäß ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Zuführung von fluidischen Brenn- und Zusatz- stoffen in Brennkammern anzugeben, die einerseits den beschriebenen betriebsbedingten thermischen Beanspruchungen optimal entspricht und andererseits keine problematischen Be¬ standteile wie z. B. gleitfähige Dichtungen enthält.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Zustellung mindestens zweier Fluide in eine Brennerkammer, bestehend aus einem Düsenkopf mit mindestens zwei Düsen, mindestens einem ersten Rohr, das mit mindestens einer ersten Düse verbunden ist, mindestens einem zweiten Rohr, das mit min- destens einer zweiten Düse verbunden ist, sowie einem Anker¬ element, in dem alle Rohre verankert sind, wobei erfindungs¬ gemäß der Düsenkopf mit mindestens einem ersten Rohr und dem Ankerelement zu einer weitgehend starren Einheit vereint ist und jedes (bzw. das) zweite Rohr ein formnachgiebiges Ele- ment darstellt. Die Festigkeit und die thermisch bedingte Form¬ veränderung der Vorrichtung wird somit allein durch die Eigen¬ schaften des ersten Rohrs bestimmt; die zweiten Rohre sind der¬ art nachgiebig in die Anordnung eingefügt, daß sie jeder thermisch oder anderweitig bedingten Verformung folgen, ohne erhebliche Kräfte auf die übrigen Teile der Vorrichtung auszu¬ üben. Auch können die zweiten Rohre unterschiedliche Wärmedeh¬ nungen kompensieren, die in der Auswahl unterschiedlicher Werkstoffe über erste bzw. zweite Rohre oder unterschiedlichen Temperaturen der beförderten Fluide begründet sind. Das Anker-

element, im einfachsten Falle ein entsprechend vorbereiteter Flansch, dient einerseits der Aufhängung der Vorrichtung in einer Brennkammer und trägt andererseits die zum Düsen¬ kopf führenden Rohre samt allen Anschlüssen, die die Rohre mit den Speisevorrichtungen für die in die Brennkammer zuzustellen¬ den Fluide verbinden. Die spezielle Ausgestaltung des Anker¬ elementes ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung; sie ist nach fachmännischen Erwägungen den Erfordernissen jedes Einzelfalles anzupassen.

Zur Erzielung einer möglichst kompakten Vorrichtung ist es sinnvoll, das mindestens eine erste Rohr, das die Form der Vorrichtung wesentlich mitbestimmt, etwa gerade auszuführen uhd das mindestens eine zweite Rohr gekrümmt, damit es sich eventuellen thermischen Dehnungen der starren Einheit aus dem Düsenkopf, dem mindestens einen ersten Rohr und dem Ankerele¬ ment anpassen kann, in die Vorrichtung einzufügen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich- tung wird mindestens ein zweites Rohr in Form einer Schrauben¬ linie um mindestens ein erstes Rohr herumgewickelt, und zwar vorzugsweise weitgehend freitragend. Die Schraubenanordnung ist in der Regel sehr gut elastisch oder plastisch unter Ein¬ satz nur geringer Kräfte verformbar und kommt somit der Auf- gabenstellung, jeglichen thermischen Formänderungen der starren Einheit aus Düsenkopf, erstem Rohr (ersten Rohren) und Anker¬ element möglichst keinen Widerstand entgegenzusetzen, besonders entgegen.

Günstig für den Betrieb des Brenners ist es, einen möglichst axialsymmetrischen Düsenkopf einzusetzen, der mit Vorteil auf mindestens ein etwa zylindrisches, etwa gerades erstes Rohr aufgesetzt ist, wobei sinnvollerweise die Achse des Düsen¬ kopfes etwa mit der Mittellinie des ersten Rohres zusammen- fällt. Es ergibt sich eine besonders einfache Bauform, und es entstehen im Brenner Verteilungen der durch die Vorrichtung beförderten Fluide, die etwa axialsymmetrisch und damit einfach beschreibbar und in ihrem Verhalten berechenbar sind.

Sinnvoll ist es, etwa in der Mitte des Düsenkopfes mindestens eine erste Düse vorzusehen. Diese Düse kann dann z. B. der Führung von Brennstoff dienen, und die zweiten Düsen, die um die erwähnte erste Düse herumgruppiert sind, hüllen den Strahl dieser Düse mit einem zweiten Fluid, vorzugsweise einem Inertstoff wie Wasser, Wasserdampf, Stickstoff o. dgl., ein. Auf diese Weise gerät das zweite Fluid verstärkt in die Zone, in der sich das erste Fluid mit dem außerdem in den Brenner eingeführten Sauerstoffträger, vorzugsweise Luft, mischt. Diese Zone aber ist genau der Bereich, in dem besonders hohe Temperaturen auftreten, der also zur Vermeidung von Schadstoff¬ bildung besonders gekühlt werden muß. Die Anordnung mit minde¬ stens einer zentralen ersten Düse, vorzugsweise zur Führung von Brennstoff, und darum herum angeordneten zweiten Düsen, vorzugsweise zur Führung von Inertstoff, ist zur Erfüllung dieser Aufgabe besonders geeignet.

Günstig ist es weiterhin, eine Mehrzahl von zweiten Düsen in dem Düsenkopf vorzusehen, wobei diese zweiten Düsen von mindestens einem zweiten Rohr gespeist werden. Die mög¬ lichst homogene Beaufschlagung der Mischungszone von erstem Fluid und Sauerstoffträger in dem Brenner läßt sich damit einfach erreichen. Besonders vorteilhaft ist es, eine erste Düse etwa im Mittelpunkt der Anordnung der zweiten Düsen an- zuordnen. Insbesondere empfiehlt es sich, die zweiten Düsen etwa auf einem Kreis anzuordnen, in dessen Mittelpunkt die erste Düse liegt.

Eine günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich dann, wenn mindestens eine zweite Düse als Ring¬ düse ausgebildet ist, die die erste Düse bzw. die Anordnung der ersten Düsen umgibt. Eine solche Anordnung liefert beim Betrieb einen Strahl oder einen Nebel aus einem ersten Fluid, der von einer Hülle aus einem zweiten Fluid umgeben ist. Die Erzielung eines solchen zweikomponentigen Nebels kommt, wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht einem Betrieb der Vorrichtung mit möglichst geringer Schadstoffproduktion optimal entgegen.

Eine sinnvolle Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergibt sich, wenn für die erste Düse und/oder die zweite Düse jeweils mindestens ein Rohr zur Zustellung eines Fluides zur Düse und jeweils mindestens ein Rohr zur Abführung eines Fluides von der Düse vorgesehen ist. Beim Betrieb der Vorrichtung wird das zu der Düse zugestellte Fluid nicht vollständig durch die Düse befördert, sondern ein Teil des Fluids wird durch ein Abführungsrohr durch die Vorrichtung hindurch abgeleitet. Auf diese Weise bildet sich an der Düse ein gewisses Strömungs- gleichgewicht aus, das sowohl eine gute Regelung des Durch¬ satzes als auch, durch Einfügung geeigneter Meßvorrichtungen in mindestens. ein Abführungsrohr, eine einfache Funktionskoπtrolle der Düse erlaubt.

In besonderer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich¬ tung ist mindestens ein inneres erstes Rohr vorgesehen, das im Inneren mindestens eines äußeren ersten Rohres ver¬ läuft, wobei zwischen dem inneren ersten Rohr und dem äußeren ersten Rohr ein Zwischenraum liegt; vorteilhafterweise ist sowohl das innere erste Rohr als auch das äußere erste Rohr etwa zylindrisch und etwa gerade, und die beiden Rohre ver¬ laufen etwa koaxial. Eine solche Konstruktion ist besonders formstabil, und darüber hinaus stellt sie hinsichtlich der Kompaktheit ein Optimum dar. Den im vorigen Absatz geschil- derten Betrieb mit Zustellung und Abführung von Fluid zu min¬ destens einer eröten Düse kann mit einer solchen Vorrichtung derart realisiert werden, daß einer der beiden Hohlräume, die durch das Innere des inneren ersten Rohres und den Zwischenraum zwischen den beiden ersten Rohren gegeben sind, der Zustellung des ersten Fluides zu dem Düsenkopf und der zweite Hohlraum der Abführung des Fluids von dem Düsenkopf dient, Ein derartiger Aufbau kommt der Kompaktifizierung der Vor¬ richtung weiter entgegen, da er es gestattet, einen besonders schlanken Düsenkopf zu verwenden.

Die Vorzüge der erfindungsgemäßen Vorrichtung kommen in be¬ sonderer Weise zur Geltung, wenn sie zur Zustellung eines fluidischen Brennstoffes, insbesondere Gas oder Öl, vorzugs¬ weise Öl, und eines fluidischen Zusatzstoffes, insbesondere

Stickstoff, Wasserdampf, Wasser oder wäßrige Salzlösung, vor¬ zugsweise eine wäßrige Lösung von Magnesiumsalzen, in einen Brenner eingesetzt wird. Die Vorrichtung bietet einen besonders robusten Aufbau und ist durch ihre Kompaktheit vielfältig ein- setzbar; sie erlaubt weiterhin im Betrieb eine optimale Steu _¬ erung des Verbrennungsprozesses im Hinblick auf hohen Wirkungs¬ grad und geringen Schadstoffanteil im Abgas.

Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der Zeich- nung; im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine einfache Ausführung der erfindungsgemäßen Vor¬ richtung;

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit teilweiser Rück¬ führung eines Fluides;

Fig. 3 das Ankerelement für eine Vorrichtung mit teilweiser Rückführung zweier Fluide;

Fig. 4 und Fig. 5 Ansichten des Düsenkopfes mit verschiedenen Düsenanordnungen.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zustellung von zwei Fluiden in eine Brennkam¬ mer. Die Vorrichtung weist einen Düsenkopf 1 auf, in dem sich eine zentrale erste Düse 2 sowie mehrere zweite Düsen 3, die um die erste Düse 2 herumgruppiert sind, befinden, ein erstes Rohr 4 und ein Ankerelement 8, das z. B. in einem entsprechend vorbereiteten Flansch bestehen kann, die miteinander zu einer weitgehend starren Einheit verbunden, insbesondere verlötet und/oder verschweißt, sind. Das erste Rohr 4 dient dabei der Zustellung eines ersten Fluides zur ersten Düse 2. Um das erste Rohr 4 herumgewickelt sind zwei zweite Rohre 6, die sowohl mit dem Ankerelement 8 als auch mit dem Düsenkopf 1 fest verbunden sind und der Zustellung eines zweiten Fluides zu den zweiten Düsen 3 dienen. Beide zweite Rohre 6 sind hinter dem Ankerele¬ ment 8 zusammengeführt, um gemeinsam mit einer entsprechenden Speisevorrichtung für das zweite Fluid verbunden werden zu

können. Wenn sich die Anordnung aus Düsenkopf 1, erstem Rohr 4 und Ankerelement 8 in ihrer Form verändert, sich beispielsweise aufgrund einer Temperaturerhöhung dehnt, so können sich die zweiten Rohre 6 aufgrund ihrer formnachgiebigen Ausgestaltung dieser Formänderung anpassen, ohne daß auf den Düsenkopf 1 oder das Ankerelement 8 größere Kräfte ausgeübt werden. Insbesondere wird die Verankerung des ersten Rohres 4 und der zweiten Rohre 6 in Düsenkopf 1 oder Ankerelement 8 durch solche Dehnungen keinerlei Beanspruchung ausgesetzt, woraus sich eine besondere Robustheit der Vorrichtung ergibt.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Vorrichtung, in der zunächst ein weiteres Ausführungs¬ beispiel für die formnachgiebige Anordnung der zweiten Rohre 6 dargestellt ist. Weiterhin sind in der Vorrichtung nach Fig. 2 zwei ineinandergeschobene erste Rohre 4, 5 vorgesehen, wobei der Innenraum 9 zwischen äußerem ersten Rohr 5 und innerem ersten Rohr 4 der Zuführung des ersten Fluides zum Düsenkopf 1 und das Innere des inneren ersten Rohres 4 der Abführung überschüssigen ersten Fluides von dem Düsenkopf dient. In der ersten Düse 2 stellt sich auf diese Weise beim Betrieb ein ge¬ wisses Fließgleichgewicht ein, mit dem der Durchsatz an erstem Fluid durch die erste Düse 2 ausgezeichnet stabilisierbar und regelbar ist. Die Regelung des Durchsatzes der ersten Düse 2 kann dabei außer durch Drosseln der zugeführten Menge Fluid auch durch Drosseln der von der ersten Düse 2 durch das Innere erste Rohr 4 abgeführten Menge an erstem Fluid bewerk¬ stelligt werden. Als einfaches Betriebsverfahren für die erste Düse 2 kann beispielsweise der Zuführungsdruck des ersten Fluides konstant gehalten und die aus der ersten Düse 2 in die Brennkammer entlassene Fluidmenge durch Drosselung der von der ersten Düse 2 abgeführten Menge geregelt werden.

Fig. 3 zeigt das Ankerelement 8 einer erfindungsgemäßen Vor- richtung, bei der jeweils ein erstes Rohr 5 und ein zweites Rohr 6 zur Zustellung von Fluid zum Düsenkopf 1 und jeweils ein .erstes Rohr 4 und ein zweites Rohr 7 zur Abführung von Fluid vom Düsenkopf 1 vorgesehen sind. Eine solche Vorrichtung gestattet die präzise Regelung der in die Brennkammer einge-

brachten Menge für beide Fluide. Die genaue Ausgestaltung des Ankerelementes 8 ist dem jeweiligen Erfordernissen des Ein¬ zelfalles im Rahmen fachmännischer Erwägungen anzupassen. Im einfachsten Fall stellt das Ankerelement 8 einen Flansch dar, der mit Durchführungen für die ersten Rohre 4, 5 und die zweiten Rohre 6, 7 versehen ist und darüber hinaus alle für seine Befestigung in der Wand der Brennkammer erforderlichen Einrichtungen aufweist. In besonderen Fällen, insbesondere im Fall der Verwendung jeweils einer Mehrzahl von ersten Rohren 4, 5 und zweiten Rohren 6, 7, kann das Ankerelement erweitert werden um Kanäle, an die jeweils alle dem gleichen Zweck be¬ stimmten ersten 4, 5 bzw. zweiten Rohre 6, 7 angeschlossen sind, um eine Verbindung sämtlicher Rohre 4, 5, 6, 7 mit den entsprechenden Speisevorrichtungen über jeweils eine einzige Zustell- bzw. Abführleitung zu ermöglichen.

Fig. 4 und Fig. 5 demonstrieren zwei Möglichkeiten, erste Düsen 2 und zweite Düsen 3 im Düsenkopf 1 anzuordnen. Beide Figuren stellen Draufsichten auf die die Austrittsöffnungen der Düsen 2, 3 enthaltende Fläche des Düsenkopfes 1 dar. Fig. 4 zeigt eine Anordnung aus vier ersten Düsen 2, umgeben von einer Mehr¬ zahl zweiter Düsen 3. Fig. 5 zeigt eine einzige erste Düse 2, die ungefähr in der Mitte des Düsenkopfes 1 liegt, umgeben von einer einzigen, als Ringdüse ausgestalteten zweiten Düse 3. Beide Anordnungen ermöglichen es, in der Brennkammer einen

Strahl bzw. einen Nebel eines ersten Fluides, das durch minde¬ stens eine erste Düse 2 in die Brennkammer gebracht wurde, mit einem Nebel eines zweiten Fluides, das durch mindestens eine zweite Düse 3 in die Brennkammer eingespritzt wird, zu umgeben. Auf diese Weise gelingt es, ein zweites Fluid, insbesondere einen Inertstoff, gezielt in die Mischuπgszone eines ersten Fluides, insbesondere eines Brennstoffes wie Gas oder Öl, und der in die Brennkammer weiterhin eingebrachten Verbrennungsluft zu befördern. Die gezielte Beeinflussung der Verbrennung eines Brennstoffes durch die gesteuerte Einbringung eines Inertstoffes in die Verbrennungszone wird damit möglich.

Die vorliegende Erfindung liefert eine besonders robuste und

kompakte Vorrichtung zur Zuführung von fluidischen Brenn- und Zusatzstoffen in eine Brennkammer, die vielfältig ein¬ setzbar ist und in Betrieb eine optimale Beeinflussung des Verbrennungsprozesses im Hinblick auf hohen Wirkungsgrad und geringen Schadstoffanteil im Abgas ermöglicht.