Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von Wasserstoff in einem

Vormischbrenner

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner für den Betrieb einer Vormischverbrennung mit einem oder mehreren Brennstoffen. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Brenners.

Stand der Technik

Durch das nahezu weltweite Bestreben hinsichtlich der Reduzierung von Treibhausgasen in die Atmosphäre, nicht zuletzt festgelegt im sogenannten Kioto- Protokoll, soll die im Jahre 2010 zu erwartende Emission von Treibhausgasen auf den gleichen Stand reduziert werden wie im Jahre 1990. Zur Umsetzung dieses Vorhabens bedarf es grosser Anstrengungen, insbesondere den Beitrag an anthropogen-bedingten CO ₂ -Freisetzungen zu reduzieren. Etwa ein Drittel des durch den Menschen in die Atmosphäre freigesetzten CO ₂ ist auf die Energieerzeugung zurückzuführen, bei der zumeist fossilen Brennstoffe in Kraftwerksanlagen zur Stromerzeugung verbrannt werden. Insbesondere durch den Einsatz moderner Technologien sowie durch zusätzliche politische Rahmenbedingungen kann auf dem Energie erzeugenden Sektor ein erhebliches Einsparungspotential zur Vermeidung eines weiter zunehmenden CO ₂ -Ausstosses gesehen werden.

Eine an sich bekannte und technisch beherrschbare Möglichkeit die CO ₂ -Emission in Verbrennungskraftwerken zu reduzieren, besteht im Entzug von Kohlenstoff aus den zur Verbrennung gelangenden Brennstoffen noch vor Einleiten des Brennstoffes in die Brennkammer. Dies setzt entsprechende Brennstoffvorbehandlungen voraus, wie

beispielsweise die teilweise Oxidation des Brennstoffes mit Sauerstoff und/oder eine Vorbehandlung des Brennstoffes mit Wasserdampf. Derartig vorbehandelte Brennstoffe weisen zumeist einen grossen Anteil von H ₂ und CO auf, und verfügen je nach Mischungsverhältnissen über Heizwerte, die in der Regel unter jenen von natürlichem Erdgas liegen. In Abhängigkeit ihres Heizwertes werden derartig synthetisch hergestellten Gase als Mbtu- oder Lbtu-Gase bezeichnet, die sich nicht ohne weiteres für den Einsatz in herkömmlichen, für die Verbrennung von Naturgasen wie Erdgas konzipierte Brenner eignen, wie sie beispielsweise der EP 0 321 809 B1 , EP 0 780 629 A2, WO 93/17279 sowie der EP 1 070 915 A1 entnehmbar sind. Diese Druckschriften bilden allesamt einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung. In allen vorstehenden Druckschriften sind Brenner vom Typ der Brennstoffvormischung beschrieben, bei denen jeweils eine sich in Strömungsrichtung konisch erweiternde Drallströmung aus Verbrennungsluft und beigemischtem Brennstoff erzeugt wird, die in Strömungsrichtung nach Austritt aus dem Brenner möglichst nach Erreichen eines homogenen Luft-Brennstoff-Gemisches durch den zunehmenden Drall instabil wird und in eine ringförmige Drallströmung mit Rückströmung im Kern übergeht. Rein vorrichtungsgemäss besteht auch die Möglichkeit, ein zylindrisches oder quasizylindrisches Rohr vorzusehen, in welches die Luft über Längsschlitze ins Innere des Rohres strömt, wobei die erwünschte Drallbildung der Luft zur Maximierung der angestrebten Vormischung mit einem an passender Stelle eingedüsten Brennstoff durch einen konisch verlaufenden Innenkörper bereitgestellt wird, wobei dieser Innenkörper in Strömungsrichtung die konische Verjüngung aufweist, wie dies beispielsweise aus EP-O 777 081 A1 hervorgeht. Auch diese Ausführungsart bildet einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung.

Je nach Brennerkonzept sowie in Abhängigkeit der Brennerleistung wird der sich im Inneren des Vormischbrenners bildenden Drallströmung flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff zur Ausbildung eines möglichst homogenen Brennstoff- Luftgemisches eingespeist. Gilt es jedoch, wie vorstehend erwähnt, zu Zwecken einer reduzierten Schadstoff-, insbesondere CO ₂ -Emission synthetisch aufbereitete, gasförmige Brennstoffe alternativ zu oder in Kombination mit der Verbrennung

herkömmlicher Brennstoffarten einzusetzen, so ergeben sich besondere Anforderungen an die konstruktive Auslegung herkömmlicher Vormischbrennersysteme. So erfordern Synthesegase zur Einspeisung in Brennersysteme einen vielfachen Brennstoff-Volumenstrom gegenüber vergleichbaren mit Erdgas betriebenen Brennern, so dass sich deutlich unterschiedliche Strömungsimpulsverhältnisse ergeben. Aufgrund des hohen Anteils an Wasserstoff im Synthesegas und der damit verbundenen niedrigen Zündtemperatur und hohen Flammengeschwindigkeit des Wasserstoffes, besteht eine hohe Reaktionsneigung des Brennstoffes, die zu einer erhöhten Rückzündgefahr führt. Um dies zu vermeiden, gilt es die mittlere Verweilzeit von zündfähigem Brennstoff-Luftgemisch innerhalb des Brenners möglichst zu reduzieren.

In der WO 2006/058843 A1 ist ein Verfahren sowie ein Brenner zur Verbrennung von gasförmigen, flüssigen sowie von Wasserstoff enthaltenden oder aus Wasserstoff bestehenden Brennstoff, nachfolgend als Synthesegas bezeichnet, beschrieben. In diesem Fall wird ein Doppelkegelbrenner mit nach geschalteter Mischstrecke gemäss der EP 0 780 629 A2 eingesetzt, der in Figur 2a und b in Längsschnittdarstellung schematisiert dargestellt ist. Die Vormischbrenneranordnung sieht einen sich konisch erweiternden Drallerzeuger 1 vor, der von Drallschalen 2 begrenzt ist. Axial sowie koaxial um die Mittenachse A des Drallerzeugers 1 sind Mittel zur Einspeisung von Brennstoff vorgesehen. So gelangt Flüssigbrennstoff B _fl durch eine längs der Brennerachse A am Ort des kleinsten Innendurchmessers des Drallerzeugers 1 positionierte Einspritzdüse 3 in den Drallraum. Längs tangentialer Lufteintrittsschlitze 4, über die Verbrennungsluft L mit tangentialer Strömungsrichtung in den Drallraum eintritt, wird gasförmiger Brennstoff B ₉ , vorzugsweise Erdgas, der Verbrennungsluft L beigemischt. Zusätzlich sind Eindüsungsvorrichtungen 5 vorgesehen (siehe Fig. 2b), die der weiteren Einspeisung von Wasserstoff enthaltenden Synthesegas B _H2 dienen.

Das sich innerhalb des Drallerzeugers 1 ausbildende Brennstoff-Luftgemisch gelangt in Form einer Drallströmung durch einen übergangsabschnitt 6, in dem die

Drallströmung stabilisierenden Strömungsmittel 7 vorgesehen sind, in ein Mischrohr 8, längs dem eine vollständig homogene Durchmischung des sich ausbildenden Brennstoff-Luftgemisches erfolgt, bevor das zündfähige Brennstoff-Luftgemisch innerhalb einer sich stromab an das Mischrohr 8 anschliessenden Brennkammer B gezündet wird. Aufgrund einer unsteten Strömungsquerschnittvergrößerung beim übergang vom Mischrohr 8 in die Brennkammer B platzt die Drallströmung des durchmischten Brennstoff-Luftgemisches unter Ausbildung einer Rückströmzone in Form einer Rückströmblase RB auf, in der sich eine räumlich stabile Flammenfront einstellt.

Im Bereich des Mischrohrs 8 ist in Fig. 2a die axiale

Strömungsgeschwindigkeitsverteilung der sich axialwärts längs des Mischrohrs 8 ausbreitenden Drallströmung dargestellt. Es zeigt sich, dass die Strömungsgeschwindigkeit in Achsnähe maximal ist und typischerweise drei bis vier mal über dem Geschwindigkeitsniveau im Bereich der Mischrohrwand liegt. Dies führt ohne weitere Maßnahmen zur Ausbildung einer wandnahen Wirbelschicht, in der sich innerhalb stationärer Wirbel überhöhte Brennstoffkonzentrationen ansammeln können, die wiederum zum Flammenrückschlag in den Bereich des Mischrohrs führen. Hinzu kommt, dass eine axiale oder koaxiale Einspeisung von Wasserstoff enthaltendem Synthesegas, wie es in der vorstehend zitierten Druckschrift der Fall ist, zu einer erhöhten achsnahen Temperaturverteilung kommt, die letztlich mitursächlich für erhöhte Stickoxydemissionswerte ist.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Verbrennung von Wasserstoff enthaltenden oder aus Wasserstoff bestehenden Brennstoff mit einem Brenner der vorstehend genannten Art, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch auszubilden, dass verbesserte Verbrennungsergebnisse hinsichtlich reduzierter Stickoxydemissionswerte, aber insbesondere auch in Hinblick auf eine deutlich reduziertere Flammenrückschlaggefahr, gewonnen werden sollen. Insbesondere soll es möglich sein, den Vormischbrenner einem effizienten

Brennerbetrieb zugänglich zu machen, der die Verbrennung sowohl von Erdgas, Erdöl als auch von Synthesegasen, d.h. Wasserstoff enthaltende oder aus Wasserstoff bestehende Brennstoffe ermöglicht.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 9 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Ausdrücklich wird darauf hingewiesen, dass der Inhalt sämtlicher Ansprüche zum gesamten Offenbarungsgehalt der Beschreibung zählt.

Lösungsgemäss zeichnet sich eine Vorrichtung zur Verbrennung von Wasserstoff enthaltenden oder aus Wasserstoff bestehenden Brennstoff, im folgenden als Synthesegas, bezeichnet, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch aus, dass längs des übergangsabschnittes ein drittes Mittel zur Einspeisung des Synthesegases sowie ein viertes Mittel zur wahlweisen Einspeisung des Synthesegases oder des gasförmigen Brennstoffes, vorzugsweise in Form von Erdgas, vorgesehen sind.

Durch Vorsehen zweier separater Einspeisungsmöglichkeiten sowohl von Synthesegas als auch von Erdgas längs des übergangsstückes zwischen dem Drallerzeuger und dem Mischrohr, eröffnet sich für das an sich bekannte Brennerkonzept eines Vormischbrenners ein überaus hoher Grad an Flexibilität im Hinblick auf den Betrieb mit unterschiedlichen Brennstoffen und Brennstoffkombinationen. Ein derartig lösungsgemäss modifizierter Vormischbrenner lässt sich nicht zuletzt auch in Abhängigkeit der Brennerlast individuell, in gestufter Weise mit unterschiedlichen Brennstoffzuführungen betreiben, wobei in besonders vorteilhafter Weise die an sich kritischen Eigenschaften bezüglich der Verbrennung von Synthesegasen durch die gezielte Einspeisung längs des übergangsabschnittes in vorteilhafter Weise genutzt werden können. So trägt eine möglichst wandnahe Einspeisung des Synthesegases im Bereich des übergangsabschnittes dazu bei, das wandnahe Strömungsgeschwindigkeitsprofil, insbesondere im Bereich des

Mischrohres, anzuheben und die in Fig. 2a dargestellte deutliche überhöhung der Strömungsgeschwindigkeit längs der Brennerachse entscheidend abzuflachen, wodurch sich in vorteilhafter weise eine geringere wandnahe Strömungswirbelbildung einstellt und damit verbunden die Flammenrückschlaggefahr reduziert wird. Zum anderen vermag sich das im Vergleich zu der sich innerhalb des Brenners axial ausbreitenden Drallströmung sehr viel leichtere Synthesegas leichter in Richtung der radial innen liegenden Strömungsbereiche zu durchmischen, so dass sich noch vor Eintritt in die Brennkammer, die sich stromab an das Mischrohr anschliesst, ein vollständig durchmischtes Brennstoff-Luft-Gemisch ausbilden kann. Durch die Zentrifugalkraft unterstützte Durchmischung des leichteren Synthesegases im Vergleich zu den Luftanteilen innerhalb der Drallströmung ist es möglich, die Synthesegaseinspeisung mit nur geringen radialen Eintrittswinkel in die sich axialwärts innerhalb des Brenners ausbreitende Drallströmung vorzunehmen, ohne dabei die Drallströmung merklich in ihrem Strömungsverhalten zu beeinträchtigen bzw. zu irritieren.

In gleicher weise gilt es, die Einspeisung des Erdgases innerhalb des übergangsabschnittes vorzunehmen, d.h. die Strömungsrichtung und der Strömungsimpuls der aus den für die Erdgaseinspeisung vorgesehenen Austrittsöffnungen in den Bereich des übergangsabschnittes sind an die lokalen Strömungsverhältnisse der sich innerhalb des Brenners ausbildenden Drallströmung angepasst, ohne dabei diese über Gebühr zu irritieren. Dennoch wird auch die Erdgaseinspeisung mit einer Radialkomponente relativ zur Brennerachse vorgenommen, um eine möglichst effektive und homogene Durchmischung des eingespeisten Erdgases mit der sich axialwärts ausbreitenden Drallströmung zu erhalten.

Aufgrund der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften hinsichtlich Dichte, Brennwerteigenschaften und Zündverhalten sind die Austrittsöffnungen, durch die das Synthesegas, d.h. der Wasserstoff aufweisende Brennstoff, größer zu dimensionieren, als die Austrittsöffnungen, durch die für gewöhnlich Erdgas im Bereich des übergangsabschnittes ausgebracht wird. Auch die Radialkomponente,

mit der die jeweiligen Brennstoffe in das Innere des Brenners im Bereich des übergangsabschnittes eingespeist werden, ist im Lichte einer möglichst raschen und effizienten Durchmischung und zugleich unter Berücksichtigung einer möglichst geringfügigen Irritation der sich innerhalb des Brenners ausbreitenden Drallströmung individuell einzustellen. Im Hinblick auf eine möglichst geringe Strömungsirritation der Drallströmung ist ein Radialwinkel, der durch die Brennstoffaustragsrichtung des Synthesegases und der Brennerachse eingeschlossen wird, größer zu wählen, als jener Radialwinkel, mit dem das Erdgas im Bereich des übergangsabschnittes ausgebracht wird, zumal letzteres über einen höheren Strömungsimpuls verfügt und die Drallströmung merklicher zu beeinträchtigen vermag.

Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht jeweils im übergangsabschnitt zirkulär gleich verteilt angeordnete Austrittsöffnungen vor, durch die Synthesegas in das Innere des Brenners ausgebracht wird. Sämtliche Austrittsöffnungen sind mit einem gemeinsamen, vorzugsweise den übergangsabschnitt zirkulär umschliessenden Reservoirvolumen verbunden, das über eine Versorgungsleitung mit Synthesegas gespeist wird. Separat hierzu ist eine weitere Vielzahl von Austrittsöffnungen längs des übergangsabschnittes, gleichsam ebenso zirkulär gleich verteilt vorgesehen, über die der gasförmige Brennstoff, vorzugsweise Erdgas, ausgetragen wird. Auch die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen ist jeweils mit einem einheitlichen Reservoirvolumen verbunden, das über eine separate Versorgungsleitung mit Erdgas gespeist wird. Längs der jeweiligen Versorgungsleitungen sind vorzugsweise Drosselventile vorgesehen, über die eine dosierte und kontrollierte jeweilige Brennstoffzuführung über die entsprechenden Austrittsöffnungen möglich ist.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht längs der Versorgungsleitung, über die im Normalfall Erdgas zugeführt wird, ein Dreiwegeventil vor, das die Möglichkeit einer alternativen Einspeisung entweder von Erdgas oder von Synthesegas ermöglicht. Mit Hilfe eines derartigen Dreiwegeventils ist es somit möglich, über sämtliche innerhalb des übergangsabschnittes vorgesehene Austrittsöffnungen Synthesegase auszubringen.

Um zu verhindern, dass bei einem gemischten Betrieb, d.h. bei gleichzeitiger Einspeisung sowohl von Synthesegas als auch von Erdgas die jeweiligen Brennstoffeinspeisungen sich gegenseitig nicht nachhaltig beeinflussen, beispielsweise durch Eindringen von Erdgas in den Bereich der Austrittsöffnungen, durch die Synthesegas ausgebracht werden oder umgekehrt, sind die Austrittsöffnungen der jeweiligen Brennstoffarten zirkulär versetzt zueinander angeordnet. Vorzugsweise können die Austrittsöffnungen, durch die Erdgas ausgebracht wird, stromab zu den Austrittsöffnungen, durch die Synthesegas ausgebracht wird, angeordnet werden. Weitere Einzelheiten bezüglich Anordnung und Ausbildung eines lösungsgemäss ausgebildeten übergangsabschnittes sind der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Längsschnitt durch einen lösungsgemäss ausgebildeten

Vormischbrenner,

Fig. 2a, b Längsschnitte durch einen Vormischbrenner nach Stand der Technik,

Fig. 3 Querschnitt durch den übergangsabschnitt eines lösungsgemäss ausgebildeten Vormischbrenners, sowie

Fig. 4 und 5 Längsschnittdarstellungen durch lösungsgemäss ausgebildete Vormischbrenner in unterschiedlichen Betriebsweisen.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

In Fig. 1 ist eine lösungsgemäss ausgebildete Vormischbrenneranordnung in Längsschnittdarstellung gezeigt. Bezüglich der bereits unter Bezugnahme auf Fig. 2a und b beschriebenen Komponenten der Vormischbrenneranordnung wird, um Wiederholungen zu vermeiden, verwiesen, zumal die in Fig. 1 eingetragenen Bezugszeichen identisch mit jenen in den Fig. 2a und b sind. Lösungsgemäss sind im Bereich des übergangsabschnittes 6 zwei separate Mittel 9, 10 zur Einspeisung von Brennstoff in den Bereich des sich an den übergangsabschnitt 6 anschliessenden Mischbereich, das von dem Mischrohr 8 umschlossen ist, vorgesehen. So weist das Mittel 9 eine Vielzahl innerhalb des übergangsbereiches 6 zirkulär gleich verteilte Austrittsöffnungen 9' vor, die allesamt über einzelne Einspeisungskanäle mit einem den übergangsabschnitt 6 peripher umfassenden Reservoirvolumen 9" verbunden sind, das wiederum über eine Versorgungsleitung 9'" mit Wasserstoff enthaltenden oder aus Wasserstoff bestehenden Brennstoff B _H 2 versorgt wird. Getrennt hiervon weist das Mittel 10 gleichfalls innerhalb des übergangsstückes 6 zirkulär gleich verteilte Austrittsöffnungen 10' vor, die über Verbindungskanäle mit einem Reservoirvolumen 10" verbunden sind, das den übergangsabschnitt 6 gleichfalls peripher umgibt und über eine Versorgungsleitung 10'" vorzugsweise mit Erdgas B _EG versorgt.

Aus der Längsschnittdarstellung gemäss Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Austrittsöffnungen 9' zum Austrag von Synthesegas größer dimensioniert sind als jene Austrittsöffnungen 10', durch die der Erdgasaustrag vorgenommen wird. Längs der einzelnen Versorgungsleitungen 9'" und 10'" sind entsprechende Drosselventile vorgesehen (nicht dargestellt), durch welche die Brennstoffzuführung individuell eingestellt werden kann.

Im Unterschied zu der in Fig. 2 dargestellten Längsschnittdarstellung, die lediglich eine grobe Schemaskizze der Vormischbrenneranordnung wiedergeben soll, sind die Austrittsöffnungen 9' und 10' zirkulär versetzt zueinander angeordnet, so dass eine negative gegenseitige Beeinflussung des Brennstoffeintrages auszuschliessen ist. So gilt es zu vermeiden, dass Erdgas in die öffnungen 9' eingetragen wird, durch die

Synthesegas ausgebracht wird und umgekehrt. Gleichfalls bietet es sich an, die Erdgas-Austrittsöffnungen 10' stromab zu jenen Austrittsöffnungen 9' anzuordnen, durch die Synthesegas ausgetragen wird.

Gemäss der in Fig. 3 gezeigten Querschnittsdarstellung durch den übergangsabschnitt 6 kann entnommen werden, dass sowohl das Erdgas als auch das Synthesegas getrennt voneinander durch entsprechende Austrittsöffnungen 9', 10' in das Innere der Drallströmung D mit einer entsprechenden Radialkomponente einspeisbar sind. Der Brennstoffaustrag erfolgt in Hinsicht auf die räumliche Einstellung der Brennstoffausbringung sowie auch im Hinblick auf die Strömungsgeschwindigkeit mit welcher der Brennstoff ausgebracht wird, unter Bedacht auf einer möglichst minimalen Störung der Drallströmung D sowie möglichst optimaler Durchmischung des ausgebrachten Brennstoffes mit der Drallströmung. In Fig. 3 ist der übergangsabschnitt 6 von dem Reservoirvolumen 9" umgeben, das mit Synthesegas B _H2 gefüllt ist. über die den übergangsabschnitt 6 durchragende Einspeisungskanäle 9"" gelangt das Synthesegas B _H2 in den Bereich der Drallströmung D, ohne dabei die Strömungscharakteristik der Drallströmung D im Wesentlichen zu irritieren.

Zum besseren Verständnis sind gleichfalls auch die Einspeisungskanäle 10"" für die Zufuhr von Erdgas in der Querschnittsdarstellung gemäss Fig. 3 eingezeichnet. Die Anordnung der einzelnen Kanäle verdeutlicht, dass eine Einspeisung der jeweiligen Brennstoffarten ohne Beeinflussung und Behinderung der jeweils anderen Brennstoffart erfolgt. So kann ausgeschlossen werden, dass beispielsweise eingebrachtes Erdgas in die Einspeisungskanäle 9"" gelangen kann, selbst im Falle wenn kein Synthesegas ausgebracht wird. Hierbei geht es im Wesentlichen um die Vermeidung bzw. Reduzierung der Verbrennungs- und überhitzungsgefahr von leerstehende Brennstoffleitungen.

In Fig. 4 ist eine Längsschnittdarstellung durch einen lösungsgemäss ausgebildeten Vormischbrenner dargestellt, bei dem lediglich eine Erdgaseinspeisung über die Austrittsöffnungen 10' erfolgt. Es sei angenommen, dass eine nicht weiter längs der

Versorgungsleitung 9"' vorgesehene Drosseleinheit geschlossen ist. Demgegenüber ist in der Figurendarstellung gemäss Fig. 5 eine Betriebsweise dargestellt, bei der Synthesegas sowohl über die Austrittsöffnungen 9' als auch 10' in die Drallströmung eingespeist wird. In diesem Fall ist längs der Versorgungsleitung 10"' ein nicht dargestelltes Dreiwegeventil vorgesehen, über das eine alternative Befüllung des Reservoirvolumens 10' entweder mit Erdgas oder mit Synthesegas möglich ist. Im Falle der Fig. 5 wird somit auch das Reservoirvolumen 10' mit Synthesegas gefüllt, so dass eine doppelte Synthesegas-Beimengung zu der sich im Inneren der Brenneranordnung ausbildenden Drallströmung ergibt.

Anhand der aus den Fig. 4 und 5 entnehmbaren Strömungsbereichen der jeweils eingespeisten Brennstoffe B _H2 sowie B _EG ist ersichtlich, dass sich der ausgetragene Brennstoff weder unmittelbar stromab zur jeweiligen Einspeisestelle längs der inneren Wand des übergangsabschnittes bzw. des Mischrohrs anschmiegt, noch sich im Zentrum längs der Brennerachse A ansammelt. So werden die Brennstoffe jeweils mit ausreichender Radialkomponente in das Innere der sich axialwärts ausbreitenden Drallströmung eingebracht, einerseits um die Drallströmung möglichst wenig zu irritieren, andererseits jedoch, um einen unmittelbaren Wandkontakt zu vermeiden. Die Durchmischung des eingebrachten Synthesegases oder entsprechend des eingebrachten Erdgases über den vollständigen Strömungsquerschnitt wird erst erreicht, kurz vor Erreichen des übertrittes des Mischrohrs in die Brennkammer, wie dies aus den Fig. 4 und 5 entnommen werden kann.

Die lösungsgemässen Maßnahmen verhelfen der Brenneranordnung zu folgenden Vorteilen:

Die Betriebsweise einer gestuften Einspeisung von Synthesegas innerhalb des Bereiches des übergangsabschnittes, dies ist der Fall, wenn beide längs des übergangsabschnittes vorhandenen Brennstoffeinspeisungsmittel kontrolliert und dosiert mit Synthesegas versorgt werden, eröffnet die Möglichkeit der Anpassung des Brennstoffverhältnisses zwischen zwei Einstellungen bezüglich einer

Optimierung hinsichtlich Emission und auftretenden Brennkammer-Pulsationen sowie hinsichtlich der Flammenrückschlageigenschaften.

Die lösungsgemässe Maßnahme löst aufgrund ihrer hohen Integrationsfähigkeit ein im Brennerbau stets vorhandenes Platzproblem, indem neben der Nutzung der Mittel zur Erdgaszuführung dieselben Mittel auch zur erweiterten Zuführung von Synthesegas genutzt werden können.

Das Flammenrückschlagrisiko kann durch die erfindungsgemässe Maßnahme erheblich reduziert werden, zumal eine Brennstoffansammlung sowohl in Wandnähe als auch längs der Brennerachse durch entsprechende Einstellung der Brennstoffeintrittseigenschaften vermeidbar ist.

Durch die Einspeisung von Synthesegas mit hohen Strömungsgeschwindigkeit längs der Wandbereiche kann gleichfalls das Flammenrückschlagrisiko vermindert werden.

Ferner verhilft die Einspeisung von Synthesegas längs des übergangsabschnittes zu einer Verminderung der Stickoxydemissionen, zumal das Synthesegas aufgrund seines leichteren Gewichtes entgegen der in der Drallströmung wirkenden Zentrifugalkräfte, verhältnismäßig rasch längs des gesamten Strömungsquerschnittes homogen verteilt wird.

Da der übergangsabschnitt als ein einfaches und robustes Bauteil ausgebildet ist, können darin Brennstoffeinspeisungskanäle sowie damit zu verbindende Brennstoffreservoirs leicht und einfach realisiert werden.

Die lösungsgemässe Brenneranordnung bietet ein Höchstmaß an Variabilität hinsichtlich des Betriebes eines Brenners mit unterschiedlichen Brennstoffarten sowie deren Kombinationen.

Durch eine geschickte Anordnung der jeweiligen Austrittsöffnungen längs des übergangsabschnittes kann auf eine entsprechende Freispülung der Austrittsöffnungen mit Luft verzichtet werden.

Durch die Einspeisung von Erdgas und/oder Synthesegas längs des übergangsabschnittes sind geringere Verweilzeiten insbesondere von Wasserstoff innerhalb des Brenners verbunden. Hierdurch kann der Brenner sicherer betrieben werden, die Flammenrückschlaggefahr wird hierdurch deutlich reduziert..

Bezugszeichenliste

1 Drallerzeuger

2 Drallkegelschalen

3 Einspritzdüse

4 Lufteintrittsschlitz

5 Synthesegaseinspeisungen

6 übergangsabschnitt

7 Strömungsleitmittel

8 Mischrohr

9 Mittel zur Einspeisung von Synthesegas

9' Austrittsöffnung

9" Synthesegasreservoir

9'" Versorgungsleitung

9"" Einspeisungskanal

10 Mittel zur Einspeisung von Erdgas

10' Austrittsöffnung

10" Reservoir für Erdgas

10'" Versorgungsleitung für Erdgas

10"" Einspeisungskanal

A Brennerachse

B Brennkammer

RB Rückströmblase, Rückströmzone

BEG Erdgas

BH2 Synthesegas

Bg Gasförmiger Brennstoff

BfI Flüssiger Brennstoff

D Drallströmung

L Verbrennungsluft