Es entstehen Anforderungen, den Betriebsbereich von Gasturbinenverbrennungssystemen zu niedrigeren Feuerungstemperaturen zu erweitern. Dies ermöglicht es Energieerzeugern, Maschinen bei niedriger Last zur Antwort auf schnelle Lastanforderungen bereitzuhalten. Dabei wirkt die mit abnehmender Feuerungstemperatur abnehmende Reaktionsrate limitierend. Unterhalb einer gewissen Reaktionsrate wird CO nicht mehr vollständig oxi- diert was zur Überschreitung von Emissionsgrenzwerten führt. Die hierbei relevante Reaktionsrate wird im Folgenden als „globale Reaktionsrate" bezeichnet.

Weiterhin treten in Gasturbinenbrennkammern bei bestimmten Betriebspunkten thermoakustische Instabilitäten auf. Diese

Instabilitäten werden wesentlich durch die axiale Wärmefreisetzungsverteilung, der konvektiven Zeitskala des Vormisch- systems und der konvektiven Zeitskala der Flamme bestimmt. Die so genannte konvektive Zeitskala kann als Quotient zwi- sehen der konvektiv zur Verfügung stehenden potentiellen

Energie (auch ein Maß für konvektiv bedingte Instabilität) und deren Änderung definiert werden.

Die axiale Wärmefreisetzungsverteilung sowie die konvektive Zeitskala der Flamme werden ebenfalls durch die globale Reak ^¬ tionsrate beeinflusst. Weiterhin wird generell festgestellt, dass eine zu hohe globale Reaktionsrate eine hohe Wärmefrei ^¬ setzungsdichte erzeugt, was zu thermoakustisch induzierten Verbrennungsinstabilitäten führen kann.

Die globale Reaktionsrate der Hauptflamme von Gasturbinen ^¬ verbrennungssystemen wird momentan durch Pilotierung beeinflusst. Dieses Vorgehen hat üblicherweise einen stark negati- ven Effekt auf die Stickoxidemissionen und ist dadurch in ihrer Wirksamkeit beschränkt.

Die globale Reaktionsrate wird durch die Chemie und die Tur- bulenz beeinflusst. Hohe Turbulenz der Strömung im Bereich der Flamme faltet die Flamme, vergrößert damit die Flammen ^¬ oberfläche und erhöht damit die globale Reaktionsrate. Das Aufprägen einer Umfangskomponente auf die Strömung, was auch als Drall bezeichnet werden kann, kann wie Turbulenz die Flamme falten und damit die globale Reaktionsrate erhöhen.

Auch bei Gasturbinenverbrennungssystemen, die sowohl mit Erdgas als auch mit Synthesegas oder Wasserstoff betrieben wer ^¬ den, muss eine stabile Verbrennung für sämtliche Brennstoffe über den gesamten Betriebsbereich der Gasturbine gewährleistet werden. Da die genannten Brennstoffe über eine sehr unterschiedliche Reaktivität verfügen, werden sich die Vor- mischflammen unterschiedlich nah am Brenneraustritt stabilisieren. Dies kann unter Umständen zu Flammenrückschlag aber auch zu thermoakustischen Instabilitäten bei Wechsel der Brennstoffart führen.

Brenner, die sowohl Erdgas als auch Synthesegas oder Wasserstoff verbrennen können, werden bisher als Diffusionsbrenner ausgeführt, bei dem der Brennstoff und die Verbrennungsluft über getrennte Passagen dem Brennraum zugeführt werden.

Vormischbrenner, bei denen der Brennstoff und die Verbrennungsluft vor dem Brennraum in einer Vormischpassage gemischt werden, sind bisher nicht im kommerziellen Einsatz, da insbe- sondere das oben genannte Problem nicht hinreichend gelöst wurde .

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Betrieb einer Gasturbine zu verbessern .

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bezie ^¬ hungsweise 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfin ^¬ dung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Gemäß einem ersten Aspekt ist die Erfindung auf eine Gasturbine gerichtet mit einer Brenneranordnung mit mindestens ei ^¬ nem Brennstoffinj ektor, einer Strömungsrichtung und einem stromabwärts der Brenneranordnung angeordneten Brennraum, wobei der Brennstoffinj ektor in einem Winkel zu der Strömungsrichtung angeordnet ist, so dass der injizierte Brennstoff einen Drall auf die Strömung aufprägt. Wird der Drall nicht wie üblich durch ein Drallgitter aufgeprägt, sondern gemäß der Erfindung durch einen geeigneten Brennstoffinj ektor erzeugt, kann die Intensität des Dralls von außen beeinflusst werden. Gemäß der Erfindung wird nicht wie üblich der Impuls der Luftströmung sondern den Impuls des Brennstoffs zur Erzeugung von Drall genutzt. Dies erlaubt eine lastabhängige (also von der Leistung der Gasturbine abhängige) Regelung des Dralls bzw. der Umfangskomponente der Strömung, gegenüber bisherigen Anordnungen, bei denen der Drall durch strömungstechnische Umleitbleche insgesamt konstant über den Lastbe ^¬ reich der Gasturbine generiert wird. Es wird gemäß der Erfin- dung ein flexibles Verbrennungssystem präsentiert, das varia ^¬ bel bzw. lastabhängig die globale Reaktionsrate verändern kann. Bei Teillast wird eine Erhöhung der Reaktionsrate ein ^¬ gestellt, während bei Grundlast der Maschine eine geringere globale Reaktionsrate von Vorteil ist und eingestellt werden kann.

Die Brenneranordnung weist zwei Stufen von Brennstoffinj ekto- ren auf, die sich bezüglich der Düsenorientierung unterscheiden, um eine Regelbarkeit der Drehimpulsübertragung vom

Brennstoff auf das Brennstoff—Luft—Gemisch zu erreichen.

Eine Stufe kann mindestens einen radialen und/oder axialen Brennstoffinj ektor aufweisen und die andere Stufe kann mindestens einen tangentialen Brennstoffinj ektor aufweisen.

Durch Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen kann die Drallzahl stufenlos angepasst werden. Dies ermöglicht ei ^¬ ne signifikante Veränderung wesentlicher Brennerparameter im Betrieb und erlaubt so die Verwendung der Gasturbine in einem weiten Betriebsbereich. Die beiden Stufen der Brenneranordnung können so ausgelegt werden, dass die Brennstoff ertei ^¬ lung durch eine Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen nicht wesentlich verändert wird. Denkbar ist aller- dings auch, mit den beiden Stufen gezielt eine von der Beauf ^¬ schlagung abhängige radiale Brennstoffverteilung einzustellen. Dies kann ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Eigenschaften der Flamme haben. Die andere Stufe kann in Bezug auf die eine Stufe radial au ^¬ ßenliegend angeordnet sein. So kann eine gute Vermischung des Brennstoff-Luft-Gemisches und eine gute Erzeugung des Dralls realisiert werden. Die beiden Stufen der Brenneranordnung können eine unterschiedliche axiale Position zum Beispiel in der Vormischstrecke haben. Damit hat eine Veränderung der Be ^¬ aufschlagung der beiden Stufen ebenfalls einen Effekt auf die mittlere konvektive Zeitskala der Vormischstrecke.

Zwei Brenneranordnungen können in Strömungsrichtung voneinan- der beabstandet vorgesehen sein. Mit dieser Konfiguration kann der Drall und die konvektive Zeitskala der Vormischstre ^¬ cke getrennt variiert werden.

Die Gasturbine kann einen mechanischen Drallgenerator, wie zum Beispiel ein Drallgitter oder Leitbleche, aufweisen, um so das Niveau der Drallzahl anzuheben. Die Brenneranordnung erlaubt dann eine Anpassung der Drallzahl einer drallstabilisierten Flamme. So kann über den oder die Drallgeneratoren ein gewisser Grundanteil des Dralls eingestellt werden, wäh- rend über den Brennstoffinj ektor, bzw. die Beaufschlagung mit Brennstoff, ein weiterer variabler Anteil des Dralls ein ^¬ stellbar ist.

Mehrere Brennstoffinj ektoren können konzentrisch um einen Pi- lotbrenner angeordnet sein. Da die Flammenfrontflächendichte von der Größe des Dralls bei der konzentrischen Anordnung der Strahlflammen abhängt, kann durch die Änderung des Dralls die globale Reaktionsrate, die in erster Näherung aus dem Produkt der Reaktivität des Brennstoffes mit der Flammenfrontdichte gebildet wird, für unterschiedlich reaktive Brennstoffe ähn ^¬ lich gehalten werden. D.h. für Erdgas mit einer geringeren Reaktivität wird ein höherer Drall angestrebt, während für Wasserstoffreiche Gase mit hoher Reaktivität ein niedriger Drall angestrebt wird.

Die Anordnung der Brennstoffinj ektoren und/oder der Stufen kann für verschiedene Brennstoffe unterschiedlich sein. Die Erfindung schlägt die Nutzung der Brennstoffeindüsung zur Beeinflussung der Drallstärke des Brennstoff-Luftgemisches vor. Hierbei wird auch ausgenutzt, dass der Volumenstrom für Was ^¬ serstoffreiche Gase um den Faktor 2 bis 5 größer ist als der Volumenstrom von Erdgas. Dadurch lässt sich für verschiedene Brennstoffe mit unterschiedlicher Reaktivität ein unter ^¬ schiedlicher Drall einstellen, was zu einer unterschiedlichen Flammenfrontdichte führt. In der Brenneranordnung bzw. in den Vormischdüsen wird die Verbrennungsluft aerodynamisch — durch Leitbleche oder tangentiale Eindüsung leicht verdrallt. Das heißt, sie besitzt neben der Axialkomponente eine Tangential- komponente, wobei die Tangentialkomponente zwischen 5% und 40% der Axialkomponente betragen kann. Brennstoff kann nun durch die Anordnung der Brennstoffinj ektoren und/oder der Stufen mit einem unterschiedlichen Eindüsungswinkel eingedüst werden. Hierbei kann Erdgas sowohl in Drehrichtung als auch entgegensetzt der Drehrichtung der Strömung eingedüst werden, so dass sich der resultierende Drall (= Maß für Anteil der Tangentialkomponente) nicht ändert. Synthesegas oder Wasser ^¬ stoff kann entweder nur entgegen der Drallrichtung der Luft- Strömung oder mit einem entsprechenden größeren Anteil entgegen der Drallrichtung der Luftströmung zugegeben werden. Daraus resultiert eine Änderung der Drallkomponente bei einer Änderung des Brennstoffs. Gemäß einem zweiten Aspekt ist die Erfindung auf ein Verfahren zum Injizieren von Brennstoff in eine Gasturbine mit ei ^¬ ner Brenneranordnung gerichtet, wobei durch die gerichtete Injektion des Brennstoffes über zwei Stufen von Brennstoffin- jektoren ein Drall im Brennstoff-Luft-Gemisch generiert wird und durch Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen die Drallzahl stufenlos angepasst wird. Es gelten die glei ^¬ chen Vorteile und Modifikationen wie zuvor beschrieben.

In einer Stufe der Brenneranordnung kann Brennstoff radial und/oder axial injiziert werden und in einer weiteren Stufe der Brenneranordnung kann Brennstoff tangential injiziert werden. Dass durch Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen die Drallzahl stufenlos angepasst werden kann, ermög ^¬ licht eine signifikante Veränderung wesentlicher Brennerpara ^¬ meter im Betrieb und erlaubt so die Verwendung der Gasturbine in einem weiten Betriebsbereich. Die beiden Stufen der Brenneranordnung können so ausgelegt werden, dass die Brennstoff- Verteilung durch eine Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen nicht wesentlich wird. Denkbar ist allerdings auch, mit den beiden Stufen gezielt eine von der Beaufschlagung abhängige radiale Brennstoffverteilung einzustellen. Dies kann ebenfalls einen signifikanten Einfluss auf die Ei- genschaften der Flamme haben.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben . Figur 1 zeigt ein erstes Beispiel einer Brenneranordnung einer Gasturbine.

Figur 2 zeigt ein zweites Beispiel einer Brenneranordnung. Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang der Linie III-III in

Figur 2.

Figur 4 zeigt ein drittes Beispiel einer Brenneranordnung. Figur 5 zeigt eine zweifache Brenneranordnung.

Figur 6 zeigt ein Beispiel für eine Brenneranordnung mit

Drallgenerator . Figur 7 zeigt eine Vorderansicht einer Brenneranordnung mit Pilotbrenner . Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für eine Brenneranord ^¬ nung mit Drallgenerator.

Figur 9 zeigt noch ein weiteres Beispiel für eine Brenner ^¬ anordnung mit Drallgenerator.

Figur 10 zeigt noch ein weiteres Beispiel für eine Brenner ^¬ anordnung mit Drallgenerator.

Figur 11 zeigt einen Drallgenerator.

Figur 12 zeigt Änderung im Drehimpulsstrom der Luftströmung bei einseitiger Eindüsung von Synthesegas.

Die Zeichnungen dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und schränken diese nicht ein. Die Zeichnungen und die einzelnen Teile sind nicht notwendigerweise maßstäblich.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder ähnliche Teile

Figur 1 zeigt einen Teil einer Gasturbine 1 mit einer Bren- neranordnung 2 mit mehreren Brennstoffinj ektoren 3. In einer Strömungsrichtung S ist stromabwärts der Anordnung 2 eine Vormischstrecke 4 angeordnet, an den sich weiter stromabwärts ein Brennraum 5 anschließt. Die Strömungsrichtung S kann bei einer verdrallten oder turbulenten Strömung die Hauptströ- mungsrichtung sein. In der Gasturbine 1 sind mehrere Brenneranordnungen 3 vorzugsweise konzentrisch zu einer Rotationsachse oder Symmetrieachse R angeordnet. Entsprechend kann die Strömungsrichtung S auf die gesamte Gasturbine 1 oder auf ei ^¬ ne einzelne Brenneranordnung bezogen sein.

Im Bereich der Brenneranordnung 2 sind ein oder mehrere Luft- einlässe 6 vorgesehen, so dass sich in der Vormischstrecke 4 ein Brennstoff-Luft-Gemisch bildet, welches im Brennraum 5 gezündet wird und in einer Flamme 7 verbrennt. Es können auch Gasturbinen ohne Vormischstrecke verwendet werden.

Der oder die Brennstoffinj ektoren 3 sind in einem Winkel zu der Strömungsrichtung S angeordnet, so dass sie einen Drall auf das Brennstoff-Luft-Gemisch einprägen. Der Drall faltet dann die Flamme 7, was die globale Reaktionsrate erhöht. So kann die Gasturbine auch bei Teillast in einem optimalen Be ^¬ triebspunkt arbeiten.

Die Brenneranordnung 2 hat zwei Stufen 8 und 9 von Brennstoffinj ektoren 3. Die beiden Stufen sind konzentrisch angeordnet, wobei eine erste Stufe 8 mittig angeordnet ist und eine zweite Stufe 9 die erste Stufe 8 umfänglich umgibt oder radial außenliegend angeordnet ist. Hier sind die Stufen in axialer Richtung d.h. in Strömungsrichtung S in etwa auf gleicher Höhe angeordnet.

Jede Stufe hat eine Brennstoffzufuhr und/oder einen Brenn- stoffVerteiler, mit dem der Brennstoff zu den einzelnen

Brennstoffinj ektoren 3 gelangt bzw. auf sie verteilt wird.

Die erste Stufe 8 ist an einem axial verlaufenden Rohr, wie einer zentralen Brennstofflanze, angeordnet bzw. umfasst das Rohr. Die erste Stufe 8 umfasst radiale Brennstoffbohrungen, Düsen oder Brennstoffinj ektoren 3a. Die radialen Brennstoffinjektoren 3a sind im Bereich des stromabwärts liegenden Endes des Rohrs angeordnet und können auf einer äußeren Um- fangsfläche des Rohrs und/oder auf einer konischen Fläche ei- ner Rohrspitze angeordnet sein. Über den Umfang sind mehrere Brennstoffinj ektoren 3a verteilt, zum Beispiel vier oder acht .

Die zweite Stufe 9 ist als ringförmiger BrennstoffVerteiler mit tangentialen Brennstoffbohrungen, Düsen oder Brennstoffinjektoren 3b ausgeführt. Tangentiale Ausrichtung bedeutet, dass die Öffnungen der Brennstoffinj ektoren 3b in die Zeich- nungsebene hinein und/oder aus der Zeichnungsebene heraus orientiert sind.

Durch die unterschiedliche Düsenorientierung der beiden Stu- fen 8 und 9 ist eine gute Regelbarkeit der Drehimpulsübertra ^¬ gung vom injizierten Brennstoff auf das Brennstoff-Luft- Gemisch gegeben.

In einer weiteren Ausführung kann entweder die erste Stufe 8, wie hier in Form einer zentralen Brennstofflanze, tiefer in die Vormischstrecke 4 geschoben werden oder die zweite Stufe 9, wie hier in Form eines ringförmigen BrennstoffVerteilers , kann weiter stromabwärts platziert werden. In Figur 2 ist eine weitere Ausführung einer Gasturbine 1 mit Brenneranordnung 2 gezeigt, die in bestehende Designs insbe ^¬ sondere einer DOC (Depleted Oxygen Combustion) Gasturbine vermutlich leichter integriert werden kann. Während der Aufbau der Gasturbine 1 identisch zu der in Figur 1 gezeigten ist, unterscheiden sich die Brenneranordnungen 2 voneinander.

Die Brenneranordnung 2 hat ebenfalls eine erste Stufe 8, die rohrförmig ist oder an einem Rohr angeordnet ist und die ra ^¬ dialen Brennstoffinj ektoren 3a umfasst, welche an einer äuße- ren Umfangsfläche des Rohrs angeordnet sind. In dem Rohr be ^¬ findet sich ein Innenrohr, welches vorzugsweise abgedichtet aus einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Rohrs aus ^¬ tritt und als BrennstoffZuleitung für die zweite Stufe 9 dient. Der Brennstoff für die erste Stufe 8 wird getrennt von der Zuleitung für die zweite Stufe 9 durch das Rohr geführt. Die Brennstoffe für die beiden Stufen 8 und 9 können identisch oder unterschiedlich sein. Die beiden Stufen 8 und 9 können einzeln oder gemeinsam aktiviert werden. Auch die Beaufschlagung, das heißt die Brennstoffmenge pro Zeiteinheit oder der Brennstoffdruck, der beiden Stufen kann identisch oder unterschiedlich sein. Die zweite Stufe 9 hat einen mehrarmigen Brennstoff erteiler oder Brennstoffinj ektor mit mehreren, hier beispielhaft vier, tangentialen Brennstoffinj ektoren 3b. In Figur 3 ist eine Draufsicht der zweiten Stufe 9 gemäß Schnitt III-III in Figur 2 gezeigt. Jeder Brennstoffinj ektor 3b ist in einem Arm der zweiten Stufe 9 angeordnet.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführung einer Gasturbine 1 mit Brenneranordnung 2 gezeigt. Der Aufbau der Gasturbine 1 ist identisch oder ähnlich zu den vorherigen Ausführungen.

Die Brenneranordnung 2 hat wiederum zwei Stufen 8 und 9, wobei die erste Stufe 8 einen axialen Brennstoffinj ektor 3c um- fasst, der an einem stromabwärts gelegenen Ende eines Innen- rohrs angeordnet ist. Es können auch mehrere axiale

Brennstoffinj ektoren 3c vorgesehen sein, die in der Stirnseite und/oder Armen angeordnet sind. Die Stufe 9 ist an einem das Innenrohr umgebenden Rohr angeordnet und hat mehrere tangentiale Brennstoffinj ektoren 3b, die an Armen ähnlich wie in Figur 2 angeordnet sind. Eine Veränderung der Beaufschlagung der beiden Stufen 8 und 9 beeinflusst in diesem Beispiel so ^¬ wohl die Drallzahl als auch das radiale Mischungsprofil. Eine Beeinflussung des Mischungsprofils ist mit den anderen Varianten mit einer geeigneten Auslegung der Brennstoffinj ektoren ebenfalls erreichbar.

Figur 5 zeigt eine weitere Variante einer Gasturbine, bei der zwei Brenneranordnungen 2 in Strömungsrichtung S voneinander beabstandet vorgesehen sind. Die stromaufwärts gelegene Bren- neranordnung 2 hat eine erste Stufe 8 mit radialen Brennstoffinj ektoren 3a, die in einem Rohr angeordnet sind. Die radialen Brennstoffinj ektoren 3a sind umgeben von tangentialen Brennstoffinj ektoren 3b einer zweiten Stufe 9, wobei beide Typen von Düsen oder Injektoren genau oder im Wesentlichen auf einer axialen Höhe oder Position angeordnet sind. Zwischen den beiden Stufen 8 und 9 ist wiederum ein Lufteinlass 6 vorgesehen. Die stromabwärts gelegene zweite Brenneranordnung 2 hat eine zweite Stufe 9, welche identisch oder annähernd identisch zu der zweiten Stufe 9 der ersten Brenneranordnung 2 ausgebildet ist. Die erste Stufe 8 der zweiten Brenneranordnung 2 besteht aus einem Innenrohr oder ist an diesem angeordnet. Das Innenrohr verläuft stromaufwärts in dem Rohr, tritt aus einer stromabwärts gelegenen Stirnseite des Rohrs aus und verläuft dann in der Vormischstrecke 4 weiter bis zu der zweiten Brenneranordnung 2. Im stromabwärts gelegenen Endbereich des In- nenrohrs sind die radialen Brennstoffinj ektoren 3a angeordnet. Diese sind etwas stromabwärts zu den tangentialen

Brennstoffinj ektoren 3b der zweiten Stufe 9 der zweiten Brenneranordnung 2 angeordnet, um den geringeren Querschnitt des Innenrohrs im Vergleich zu dem Rohr bzw. den größeren Abstand zwischen den beiden Stufen zu kompensieren. Eine Anordnung auf derselben axialen Höhe ist ebenfalls möglich.

Durch eine Beeinflussung der beiden axial unterschiedlich angeordneten Brenneranordnungen kann die konvektive Zeitskala der Vormischstrecke angepasst werden. Die Mischungsgüte wird ebenfalls zumindest implizit beeinflusst. Die Drallzahl kann unabhängig von der konvektiven Zeitskala variiert werden.

Figur 6 zeigt ein weiteres Beispiel einer Gasturbine 1 mit einer Brenneranordnung 2. Waren bislang in den Figuren 1 bis 5 die beiden Stufen 8 und 9 der Brenneranordnung 2 genau oder im Wesentlichen auf einer axialen Höhe angeordnet, sind die beiden Stufen 8 und 9 der Brenneranordnung 2 nun axial beabstandet d.h. in Strömungsrichtung S hintereinander oder versetzt angeordnet.

Die erste Stufe 8 mit radialen Brennstoffinj ektoren oder Düsen 3a ist stromaufwärts von einem Drallgenerator 10, zum Beispiel in Form eines Drallgitters, angeordnet. Stromabwärts des Drallgitters 10 ist die zweite Stufe 9 mit tangentialen Brennstoffinj ektoren 3b angeordnet. Diese drallstabilisierte Brenneranordnung 2 erlaubt eine moderate Beeinflussung der Drallzahl . Figur 7 zeigt eine Darstellung einer Stirnseite der Gasturbi ^¬ ne 1 bzw. eines Innenraums der Gasturbine 1. Von der Brenner ^¬ anordnung 2 sind axiale Brennstoffinj ektoren 3c dargestellt, die konzentrisch um einen Pilotbrenner 11 angeordnet sind. Der Pilotbrenner 11 kann die gleiche Bauform wie die

Brennstoffinj ektoren oder Düsen 3 aufweisen, alternativ kann er eine andere Bauform aufweisen. Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Gasturbine 1 mit Brenneranordnung 2 und Drallgenerator 10. Die Brenneranordnung 2 ist stromaufwärts des Drallgenerators 10, der das Brennstoff-Luft-Gemisch mit einer Tangentialkomponente verse ^¬ hen kann, angeordnet. Der oder die Brennstoffe für die beiden Stufen 8 und 9 werden zentral zugeführt und vor dem Drallge ^¬ nerator 10 von Brennstoffinj ektoren 3 der beiden Stufen 8 und 9 in die Passage zugegeben.

Unterschiedliche Brennstoffe können den beiden oder mehreren Stufen zugeführt werden. Die Eindüsung der Brennstoffe erfolgt in einem Winkel zu der Strömungsrichtung S, vorzugsweise unter einem Winkel zwischen 20° bis 90°, wobei ein Winkel von 90° bedeutet, dass der Brennstoff senkrecht zur Strö ^¬ mungsrichtung S bzw. Hauptströmung erfolgt. Die Eindüsung kann radial und/oder tangential erfolgen. Entweder können alle Düsen oder Brennstoffinj ektoren 3 einer Stufe eine identische Ausrichtung, d.h. radial oder tangential haben, oder die Brennstoffinj ektoren 3 einer Stufe weisen verschiedene Ausrichtungen auf. Die Brennstoffinj ektoren 3 der beiden Stufen können gleich, gemischt oder unterschiedlich, d.h. eine Stufe ist radial ausgerichtet und eine Stufe ist axial ausgerich ^¬ tet, orientiert bzw. angeordnet sein.

Die Winkel bzw. die Anordnung oder Ausrichtung der Brennstof- finjektoren 3 oder der Stufen 8 und 9 für unterschiedliche

Brennstoffe, zum Beispiel Erdgas und Synthesegas können, müs ^¬ sen aber nicht unterschiedlich sein. Die Eindüsung von Synthesegas erfolgt nur in eine Richtung zur Strömungsrichtung, wodurch ein Drall aufgeprägt wird. Die Eindüsung des Erdgases kann einseitig oder vorzugsweise beid ^¬ seitig erfolgen. Bei einseitiger Eindüsung wird ein zusätzli- eher Drall erzeugt, während bei beidseitiger oder entgegenge ^¬ setzter Eindüsung keine Änderung des Dralls erfolgt.

Gemäß dem in Figur 9 gezeigten Beispiel ist die Brenneranord ^¬ nung 2 der Gasturbine 1 stromabwärts des Drallgenerators 10 angeordnet. Die Brenneranordnung 2 weist lediglich eine Stufe 8 mit Brennstoffinj ektoren 3 auf. Die Brennstoffinj ektoren 3 sind in einem Winkel zu der Strömungsrichtung S angeordnet bzw. injizieren den Brennstoff in einem Winkel. Zum Beispiel werden tangentiale Brennstoffinj ektoren 3 verwendet.

In Figur 10 ist ein weiteres Beispiel einer Gasturbine 1 mit Brenneranordnung 2 und Drallgenerator 10 dargestellt. Hier wird der Brennstoff stromaufwärts des Drallgenerators 10 ein- gedüst. Als Drallgenerator 10 wird ein axiales Schaufelgitter verwendet.

Die erste Stufe 8 hat radiale Brennstoffinj ektoren 3a, die mit einer separaten Zuleitung für Brennstoff verbunden sind. Die zweite Stufe 9 hat tangentiale Brennstoffinj ektoren 3b, die mit einer weiteren separaten Zuleitung für Brennstoff verbunden sind. Die beiden Zuleitungen können als konzentrische Rohre im Mittelbereich der Vormischstrecke 4 ausgebildet sein. Die erste Stufe 8 ist stromaufwärts der zweiten Stufe 9 angeordnet. Im Mischbetrieb von zwei Gasen, zum Beispiel von Erdgas und Synthesegas, werden separate Strömungspassagen be ^¬ nutzt. Im Betrieb mit einem Gas können eine oder beide Brenn ^¬ stoffleitungen bzw. Stufen verwendet werden. Zum Beispiel können beim Synthesegasbetrieb beide Stufen zur Injektion verwendet werden. Die Anzahl der Brennstoffleitungen pro Brenneranordnung 2 ist nicht auf zwei Leitungen beschränkt, es kann auch eine größere Anzahl verwendet werden. Hier kann beispielsweise mittels der ersten Stufe 8 Synthesegas und mittels der zweiten Stufe 9 Erdgas eingedüst werden. In Figur 11 ist eine Abwicklung der Stufen 8, 9 bzw. des Drallgenerators 10 dargestellt. Der Drallgenerator 10 kann die beiden Stufen umfassen oder anders ausgedrückt können die beiden Stufen vorzugsweise in einer geraden Passage des

Drallgenerators 10 vorgesehen sein. An die gerade Passage schließt sich stromabwärts eine Drallpassage mit schrägem oder gebogenem Teil an, in dem die Strömungsumlenkung des Drallgenerators 10 erfolgt. Die Stufe 8 für die Eindüsung von Erdgas ist stromaufwärts der Stufe 9 für die Eindüsung von Synthesegas angeordnet. Die Stufe 8 oder das stromaufwärts gelegene Ende des Drallgenerators 10 oder der Brenneranord ^¬ nung 2 wird von der Luft gerade angeströmt. Die Stufe 8 weist Brennstoffinj ektoren 3 auf, die in zwei entgegengesetzten Richtungen orientiert sind, so dass bei der Eindüsung von Erdgas bzw. bei Gas aus dieser Stufe 8 kein Drall entsteht bzw. sich Drallkomponenten aufheben. Die Stufe 9 weist Brennstoffinj ektoren 3 auf, die in einer Richtung orientiert sind, so dass bei der Eindüsung von Synthesegas bzw. bei Gas aus dieser Stufe 9 ein Drall entsteht.

Der Drehimpuls der Strömung wird durch die Eindüsung von Brennstoff und durch die Umlenkung im Drallgenerator 10 geän- dert. Diese Änderung ist in Figur 12 schematisch durch ein Dreieck der Drehimpulsströme dargestellt.

Der Drehimpulsstrom ist definiert als:

C

Γ = I coru2nrdr

Jr=ß,

Die Umfangsgeschwindigkeitskomponente wird mit ω, die Axial- geschwindigkeitskomponente wird mit u bezeichnet. Wie Figur 12 zu entnehmen ist, wird der Drehimpulsstrom der Luftströ- mung durch die beidseitige Eindüsung von Erdgas nicht geän ^¬ dert. Durch die einseitige Eindüsung des Synthesegas (SG) Stroms wird der Drehimpulsstrom jedoch geändert, was in einer Änderung des Ausströmwinkels ß _res resultiert. Wie oben be ^¬ schrieben kann dadurch der Drehimpulsstrom für den Synthesegasbetrieb gegenüber dem Erdgasbetrieb abgesenkt werden kann. Generell ist zu allen Beispielen zu bemerken, dass einzelne Komponenten der Beispiele miteinander kombiniert werden können. Die Brennstoffinj ektoren können zentral, mittig oder im äußeren Bereich (in radialer Richtung) angeordnet sein. Zum Beispiel eine radiale Injektion kann radial nach außen und/oder radial nach innen erfolgen.

Im Betrieb, gemäß einem Verfahren zum Injizieren von Brennstoff in die Gasturbine 1 mit der Brenneranordnung 2, wird durch die gerichtete Injektion des Brennstoffes ein Drall im Brennstoff-Luft-Gemisch generiert. Dies geschieht in Abhängigkeit von der Beaufschlagung mit Brennstoff bzw. dem Betriebszustand der Gasturbine 1. So wird der Drall in Abhän ^¬ gigkeit der Last veränderbar. In einer Stufe 8 der Brenneranordnung 2 wird Brennstoff radi ^¬ al und/oder axial injiziert, während in einer weiteren Stufe 9 der Brenneranordnung 2 Brennstoff tangential injiziert wird. Dies erlaubt eine bessere Steuerbarkeit des Dralls und des Betriebspunktes der Gasturbine 1.