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Title:
METHOD FOR OPERATING A BURNER AND BURNER WITH STEPPED PREMIX GAS INJECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/096785
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a burner comprising at least one first fuel supply (5) with a first group of fuel outlets (6) for a first amount of premix fuel, said first group of fuel outlets being essentially arranged in the direction of a burner axis (3); and at least one second fuel supply (7) with a second group of fuel outlets for a second amount of premix fuel, said second group of fuel outlets (8) being essentially arranged in the direction of the burner axis (3). Fuel can be fed to the second fuel supply or supplies (7) independently from the first fuel supply (5). Both fuel supplies (5, 7) are operated using the same fuel. The inventive method for operating a burner enables optimum mixing conditions to be adjusted even in cases of varying loads, quality of gas or gas pre-heating temperatures.

Inventors:
EROGLU ADNAN (CH)
HELLAT JAAN (CH)
STUBER PETER (CH)
Application Number:
PCT/IB2001/001129
Publication Date:
December 20, 2001
Filing Date:
June 13, 2001
Export Citation:
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Assignee:
ALSTOM SWITZERLAND LTD (CH)
EROGLU ADNAN (CH)
HELLAT JAAN (CH)
STUBER PETER (CH)
International Classes:
F02C9/26; F23C7/00; F23C99/00; F23D14/02; F23D14/24; F23D17/00; F23R3/12; F23R3/28; F23R3/32; F23R3/34; (IPC1-7): F23D14/02; F23R3/12
Domestic Patent References:
WO1993017279A11993-09-02
WO1995016881A11995-06-22
Foreign References:
EP0433790A11991-06-26
EP0918191A11999-05-26
EP0777081A21997-06-04
Attorney, Agent or Firm:
ALSTOM (SWITZERLAND) LTD (CHSP Intellectual Property Brown Boveri Str. 7/699/5 Baden, CH)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der zumindest eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse (3) angeordneten BrennstoffAustrittsöffnungen (6) für das Einbrin gen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoff zuführungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) an geordneten BrennstoffAustrittsöffnungen (8) auf weist, wobei die zweiten Brennstoff Zuführungen (7) unabhängig von der ersten Brennstoffzuführung (5) mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind, bei dem die Zufuhr des Brennstoffes über die ers ten Brennstoffzuführungen (5) getrennt von der Zu fuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoff zuführungen (7) gesteuert oder geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzufüh rungen (5,7) der gleiche Brennstoff zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brennstoffzufüh rungen (5,7) Vormischbrennstoff zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass der/den ersten und zweiten Brenn stoffzuführungen (5,7) gasförmiger Brennstoff zu geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff last abhängig auf die ersten (5) und zweiten Brenn stoffzuführungen (7) verteilt in den Brenner ein gebracht wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff in Ab hängigkeit vom LuftBrennstoffverhältnis des Bren ners auf die ersten (5) und zweiten Brennstoff zuführungen (7) verteilt in den Brenner einge bracht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Be triebszustand im Wesentlichen die gesamte Brenn stoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzu führungen (5) dem Brenner zugeführt und über die erste Gruppe von BrennstoffAustrittsöffnungen (6) in den Verbrennungsluftstrom eingebracht wird, und dass in einem weiteren Betriebszustand wenigstens ein Teil der gesamten Brennstoffmenge dem Brenner über wenigstens eine der zweiten Brennstoffzufüh rungen (7) mit der zweiten Gruppe von Brennstoff Austrittsöffnungen (8) zugeführt wird.
7. Verfahren zum Betrieb eines Brenners gemäß den Ansprüchen 1 bis 3 in einem Wärmeerzeuger, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Teillastzustand des Wärmeerzeugers der gesamte Brennstoff über die ersten Brennstoffzuführungen (5) zugeführt wird, und dass wenigstens im Volllastbetrieb des Wärme erzeugers der Brennstoff auf die ersten Brenn stoffzuführungen (5) und wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) aufgeteilt wird.
8. Brenner, im Wesentlichen bestehend aus einem Drallerzeuger (1) für einen Verbrennungsluftstrom (11), einem Drallraum (2) und Mitteln zur Einbrin gung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger (1) Brennluft Eintrittsöffnungen (4) für den tangential in den Drallraum (2) eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brenn stoff in den Verbrennungsluftstrom wenigstens eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Bren nerachse (3) angeordneten BrennstoffAustritts öffnungen (6) für eine erste Vormischbrennstoff menge (P1) umfassen und der Brenner eine oder meh rere zweite Brennstoffzuführungen (7) mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) angeordneten Brennstoff Austrittsöffnungen (8) für eine zweite Brennstoff menge (P2) aufweist, welche zweite Brennstoff zuführungen (7) unabhängig von den ersten Brenn stoffzuführungen (5) mit Brennstoff beaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Drallraum (2) ein Innenkörper (9) an geordnet ist, wobei die BrennstoffAustritts öffnungen (8) wenigstens einer zweiten Brennstoff zuführung (7) im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse (3) verteilt auf dem Innenkörper (9) angeordnet sind.
9. Brenner nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenkörper (9) eine Brennstofflanze (12) ist, die an ihrem brennraumseitigen Ende zumindest eine Austrittsdüse für flüssigen Brennstoff (13) und/oder Pilotbrennstoff aufweist.
10. Brenner nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Innenkörper (9) in Richtung der Brennerachse (3) verteilt angeordneten Brennstoff Austrittsöffnungen (8) in einem vom brennraumsei tigen Ende entfernten axialen Teilbereich des In nenkörpers (9) angeordnet sind.
11. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gruppe von Brennstoff Austrittsöffnungen (8) für die Zufuhr von Vor mischbrennstoff ausgebildet ist.
12. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gruppen von Brennstoff Austrittsöffnungen im Bereich zumindest einer der BrennluftEintrittsöffnungen (4) angeordnet ist.
13. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste Brennstoffzu führungen (5) und mehrere zweite Brennstoffzufüh rungen (7) vorgesehen sind, wobei jeder der ersten Brennstoffzuführungen (5) wenigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) zugeordnet ist.
14. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Brennstoff Zuführungen (7) unmittelbar benachbart zu ersten Brennstoffzu führungen (5) angeordnet sind.
15. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennluftEintrittsöff nungen (4) im Wesentlichen in Richtung der Bren nerachse (3) verlaufende tangentiale Eintritts schlitze sind.
16. Brenner nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass entlang jedem Eintrittsschlitz eine erste Brennstoffzuführung (5) mit einer ersten Gruppe von BrennstoffAustrittsöffnungen (6) angeordnet ist.
17. Brenner nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, dass entlang jedem Eintrittsschlitz we nigstens eine zweite Brennstoffzuführung (7) mit einer zweiten Gruppe von BrennstoffAustritts öffnungen (8) angeordnet ist.
18. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennstoffAustritts öffnungen (8) einer oder mehrerer zweiter Brenn stoffzuführungen (7) auf axialen Positionen zwi schen den BrennstoffAustrittsöffnungen (6) einer oder mehrerer ersten Brennstoffzuführungen (5) an geordnet sind.
19. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennstoffAustritts öffnungen (6,8) aller Gruppen über die gesamte axiale Erstreckung der BrennluftEintritts öffnungen (4) verteilt sind.
20. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennstoffAustritts öffnungen (6,8) wenigstens einer der Gruppen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft Eintrittsöffnungen (4) und die Brennstoff Austrittsöffnungen (6,8) wenigstens einer weite ren Gruppe über einen axialen Teilbereich der BrennluftEintrittsöffnungen (4) verteilt sind.
21. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennstoffAustritts öffnungen (6,8) zumindest einer der Gruppen auf einem ersten axialen Teilbereich der Brennluft Eintrittsöffnungen (4) und die Brennstoff Austrittsöffnungen (6,8) anderer Gruppen auf wei teren axialen Teilbereichen der Brennluft Eintrittsöffnungen (4) verteilt sind.
22. Brenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Teilbereiche sich nicht überlap pen.
23. Brenner nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich wenigstens zwei der axialen Teilbereiche zumindest teilweise überlappen.
24. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die BrennstoffAustritts öffnungen (6,8) von zwei oder mehreren Gruppen unterschiedliche Durchströmquerschnitte aufweisen.
25. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur unabhängigen Steu erung der Vormischbrennstoffzufuhr zu der bzw. den ersten (5) und zu der bzw. den zweiten Brennstoff zuführungen (7) vorgesehen sind.
26. Brenner nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur unab hängigen Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr eine gemeinsame Brennstoffleitung aufweisen, die in eine erste Zufuhrleitung zu der bzw. den ersten (5) und in eine zweite Zuführleitung zu der bzw. den zweiten Brennstoffzuführungen (7) verzweigt, wobei zumindest in einer der Zufuhrleitungen ein Ventil (15,16) zur Einstellung der Durchflussmen ge an Brennstoff angeordnet ist.
27. Brenner nach einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der zweiten Brenn stoffzuführungen (7) unabhängig voneinander mit Brennstoff beaufschlagbar sind.
Description:
Verfahren zum Betrieb eines Brenners sowie Brenner mit gestufter Vormischgas-Eindüsung Technisches Anwendungsgebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, der zumindest eine erste Brennstoffzuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in einen Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweiten Brenn- stoff Zuführungen unabhängig von der ersten Brennstoff- zuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brenner, der mit dem Verfahren vorteilhaft betrieben werden kann. Ein bevorzugtes Einsatzgebiet für derartige Brenner sind die Brennräume von Gasturbinen ; derartige Brenner werden weiterhin beispielsweise auch in atmosphärischen Kesselfeuerungen eingesetzt.

Stand der Technik Aus der EP 0 321 809 ist ein aus mehreren Schalen bestehender kegelförmiger Brenner, ein sogenannter Doppelkegelbrenner, gemäß dem Oberbegriff des Anspru- ches 1 bekannt. Durch den kegelförmigen aus mehreren

Schalen zusammengesetzten Drallerzeuger wird eine Drallströmung in dem von den Teilkegelschalen einge- schlossenen Kegelinnenraum erzeugt. Aufgrund eines Querschnittssprungs an einem brennraumseitigen Ende des Brenners wird die Drallströmung instabil, und geht in eine annulare Drallströmung mit Rückströmung im Kern über. Diese Rückströmung ermöglicht die Stabilisierung einer Flammenfront am Brenneraustritt. Die Schalen des Drallerzeugers sind derart zusammengesetzt, dass entlang der Brennerachse tangentiale Lufteintritts- schlitze für Verbrennungsluft gebildet werden. An der hierdurch gebildeten Einströmkante der Kegelschalen sind Zuführungen für einen gasförmigen Vormischbrenn- stoff, vorgesehen, die in Richtung der Brennerachse verteilte Austrittsöffnungen für das Vormischgas aufweisen. Das Gas wird durch die Austrittsöffnungen bzw. Bohrungen quer zum Lufteintrittsspalt eingedüst.

Diese Eindüsung führt in Verbindung mit dem im Drall- raum erzeugten Drall der Verbrennungsluft-Brenngas- Strömung zu einer guten Durchmischung des Brenn-bzw.

Vormischgases mit der Verbrennungsluft. Eine gute Durchmischung ist bei derartigen Vormischbrennern die Voraussetzung für niedrige NOx-Werte beim Verbrennungs- vorgang.

Zur weiteren Verbesserung eines derartigen Bren- ners ist aus der EP 0 780 629 ein Brenner für einen Wärmeerzeuger bekannt, der im Anschluss an den Draller- zeuger eine zusätzliche Mischstrecke zur weiteren Vermischung von Brennstoff und Verbrennungsluft aufweist. Diese Mischstrecke kann beispielsweise als nachgeschaltetes Rohr ausgeführt sein, in das die aus dem Drallerzeuger austretende Strömung ohne nennenswer-

te Strömungsverluste überführt wird. Durch diese zusätzliche Mischstrecke kann der Vermischungsgrad weiter erhöht und damit die Schadstoffemissionen verringert werden.

Die WO 93/17279 zeigt einen weiteren bekannten Vormisch-Brenner, bei dem ein zylindrischer Drallerzeu- ger mit einem zusätzlichen konischen Innenkörper eingesetzt wird. Bei diesem Brenner wird das Vormisch- gas ebenfalls über Zuführungen mit entsprechenden Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst, die entlang der axial verlaufenden Lufteintrittsschlitze angeordnet sind. Dieser Brenner weist im konischen Innenkörper zusätzlich eine zentrale Zuführung für Brenngas auf, das nahe der Austrittsöffnung des Brenners zur Pilotierung in den Drallraum eingedüst werden kann. Diese zusätzliche Pilotstufe dient dem Anfahren des Brenners. Die Zuführung des Pilotgases im Austrittsbereich des Brenners führt jedoch zu erhöhten NOx-Emissionen, da in diesem Bereich nur eine unzurei- chende Vermischung mit der Verbrennungsluft stattfinden kann.

Die EP 0918191 A1 zeigt einen gattungsgemäßen Brenner zum Betrieb eines Wärmeerzeugers, der parallel zu einer ersten Zuführung für Brennstoff auch eine zweite Zuführung für einen anderen Brennstofftyp aufweist, die auf den anderen Brennstofftyp abgestimmt ist. Beide Zuführungen sind unabhängig voneinander. ansteuerbar. Durch diese Ausgestaltung kann der Brenner ohne Umgestaltung mit unterschiedlichen Brennstofftypen betrieben werden.

Bei allen dargestellten Brennern erfolgt die Ein- düsung des Vormischgases im Lufteintrittsspalt durch Zuführungen mit im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Austrittsöffnungen. Damit sind die Charakteristik der Eindüsung hinsichtlich Eindringtiefe und Einmischung der Gasstrahlen sowie die Brennstoffverteilung entlang der Lufteintrittsschlitze bzw. der Brennerachse vorgegeben. Die Anordnung der Austrittsöffnungen legt somit bereits die Mischgüte des Gases und der Verbrennungsluft sowie die Brennstoffver- teilung am Brenneraustritt fest. Diese Größen sind wiederum entscheidend für die NOx-Emissionen, für die Lösch-und Rückschlagsgrenzen sowie für die Stabilität des Brenners im Hinblick auf Verbrennungspulsationen.

Bei unterschiedlichen Lasten, Gasqualitäten oder Gasvorwärmtemperaturen treten jedoch unterschiedliche Gasvordrücke an den Austrittsöffnungen auf, die wiederum zu unterschiedlichen Vormischbedingungen und Gemischqualitäten am Brennstoffaustritt führen. Aus den unterschiedlichen Vormischbedingungen resultieren dann unterschiedliche Emissionswerte und Stabilitätsbedin- gungen, die von der Last, der Gasqualität und der Gasvorwärmung abhängig sind. Die bekannten Brenner lassen sich daher nur für ganz bestimmte Wertebereiche dieser Parameter optimal betreiben.

Problematisch beim Betrieb von Vormischbrennern insbesondere in Gasturbinen ist der Teillastbereich, da hier der Brennluft nur vergleichsweise geringe Brenn- stoffmengen zugemischt werden. Bei der vollständigen Vermischung des Brennstoffes mit der gesamten Luft aber entsteht ein Gemisch, welches gerade im unteren

Teillastbereich nicht mehr zündfähig ist, oder nur noch eine sehr instabile Flamme auszubilden in der Lage ist.

Dies kann zu schädlichen Verbrennungspulsationen oder zum vollständigen Verlöschen der Flamme führen.

Für eine Anpassung der bekannten Brenner auf be- stimmte Emissionswerte oder auf ein bestimmtes Stabili- tätsfenster bei unterschiedlichen Lasten, Umgebungsbe- dingungen, Gasqualitäten und Vorwärmtemperaturen besteht zurzeit einerseits die Möglichkeit, bei Einsatz von Mehrfachbrenneranordnungen die Vormisch-bzw.

Premixgaszufuhr zu einzelnen Brennergruppen zu stufen.

Dies ist jedoch nur bei mehrreihigen Brenneranordnungen möglich. Für einreihige annulare Brennkammern hat diese Technik den Nachteil, dass sich ein in Umfangsrichtung ungleichförmiges Temperaturprofil im Brennkammeraus- tritt einstellt.

Eine andere Möglichkeit ist, Brenner, wie oben be- reits kurz angerissen, mit einer sogenannten Pilot- Brennstoffversorgung auszustatten. Die Brenner werden dann bei sehr hohen Luftzahlen als Diffusionsbrenner betrieben. Dies resultiert einerseits in einer überle- genen Flammenstabilität, andererseits aber in hohen Emissionswerten und weiteren betriebstechnischen Nachteilen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners sowie einen Brenner anzugeben, mit denen der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvor- wärmtemperatur mit annähernd konstanten NO,-

Emissionswerten möglichst im Vormischbetrieb stabil betrieben werden kann.

Darstellung der Erfindung Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Pa- tentansprüchen 1 und 7 bzw. dem Brenner gemäß Patentan- spruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des Brenners sowie der Verfahren sind Gegenstand der Unteransprüche.

Beim vorliegenden Verfahren wird ein Brenner mit Drallkörper und Drallraum eingesetzt, der zumindest eine erste Brennstoffzuführung mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung einer Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für das Einbringen einer ersten Vormischbrennstoffmenge in den Drallraum und eine oder mehrere zweite Brennstoffzufüh- rungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweist, wobei die zweite Brenn- stoff Zuführungen unabhängig von der ersten Brennstoff- zuführung mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Zum Betrieb des Brenners wird die Zufuhr des Brennstoffes über die ersten Brennstoffzuführungen getrennt von der Zufuhr des Brennstoffes über die zweiten Brennstoffzu- führungen gesteuert oder geregelt, wobei der/den ersten und zweiten Brennstoffzuführungen der gleiche Brenn- stoff zugeführt wird. Über die Steuerung des Massen- stromverhältnisses der über die ersten Brennstoffzufüh- rungen zugeführten ersten Brennstoffmenge zu einer über die zweiten Brennstoff Zuführungen zugeführten zweiten

Brennstoffmenge während des Betriebes des Brenners lässt. sich der Brenner auch bei Änderungen der Last, der Gasqualität oder der Gasvorwärmtemperatur mit annähernd konstanten NOx-Emissionswerten stabil betreiben.

In der bevorzugten Ausführungsform wird hierbei der Brennstoff als Vormischbrennstoff eingesetzt und in variablem Massenstromverhältnis auf die ersten und zweiten Zuführungen aufgeteilt. Die Einspeisung von Vormischbrennstoff unterscheidet sich von der Einspei- sung von Pilotbrennstoff, d. h. von Brennstoff für die Realisierung einer Pilotstufe, dadurch, dass Vormisch- brennstoff mit einem höheren Impuls, vorzugsweise quer zur Strömung der Verbrennungsluft, in den Drallraum eingebracht. wird. Bei der Einbringung von Brennstoff als Pilotbrennstoff hingegen wird der Brenner in einem Diffusionsmodus betrieben.

Vorzugsweise wird der Brennstoff lastabhängig auf die ersten und zweiten Brennstoffzuführungen verteilt in den Brenner eingebracht.

Bei einer weiteren bevorzugten Betriebsweise des Brenners wird in einem ersten Betriebszustand im Wesentlichen die gesamte Brennstoffmenge über den bzw. die ersten Brennstoffzuführungen zugeführt und über die erste Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungsluftstrom eingebracht, und in einem weiteren Betriebszustand wenigstens ein Teil der gesamten'Brennstoffmenge über wenigstens eine der zweiten Brennstoffzuführungen mit der zweiten Gruppe von Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungs- luftstrom eingebracht.

Wird der Brenner in einem Wärmeerzeuger betrieben, so kann in einem Teillastzustand des Wärmeerzeugers der gesamte Brennstoff über die ersten Brennstoffzuführun- gen zugeführt werden, und im Volllastbetrieb des Wärmeerzeugers der Brennstoff auf die ersten Brenn- stoffzuführungen und eine oder mehrere zweite Brenn- stoffzufuhrungen aufgeteilt werden.

Neben der oben angeführten lastabhängigen Vertei- lung des Brennstoffes auf die ersten und zweiten Brennstoff Zuführungen läßt sich die Verteilung auch nach anderen Betriebsgrößen steuern. So kann der Brennstoff beispielweise auch in Abhängigkeit von gemessenen Brennkammer-Pulsationen einer Gasturbine, von Schadstoffemissionen, von gemessenen Materialtempe- raturen, von der durch einen Flammenpositionssensor erfassten Flammenposition oder von sonstigen Mess-oder Betriebsparametern auf die ersten und zweiten Brenn- stoff. zuführungen verteilt werden.

Durch die ein oder mehreren zweiten Brennstoffzu- führungen, durch die die Menge an Vormischbrennstoff, die über die zweite Gruppe von Brennstoff- Austrittsöffnungen in den Drallraum eingedüst wird,- und somit auch der Brennstoffvordruck-unabhängig von der Menge an Vormischbrennstoff eingestellt werden kann, die über die ersten Brennstoffzuführungen strömt, lässt sich eine einfache Anpassung der Mischungsvertei- lung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedin- gungen erreichen. Weiterhin kann durch diese Ausgestal- tung auch ein Ausgleich unterschiedlicher Wobbezahlen erreicht werden, indem beispielsweise die ersten Brennstoffzuführungen eine bestimmte Leistung oder

einen bestimmten Volumenstrom tragen und der Rest der Leistung oder des Volumenstroms über die zweiten Brennstoff Zuführungen gefahren wird. Durch geeignete Anordnung der zweiten Brennstoffzuführungen mit den entsprechenden zweiten Gruppen von Brennstoff- Austrittsöffnungen relativ zu den ersten Brennstoffzu- führungen mit den ersten Gruppen von Brennstoff- Austrittsöffnungen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner günstig beeinflussen.

So ist es möglich, im Teillastbetrieb in bestimmten Bereichen des Brenneraustritts eine gezielte Anreiche- rung des Gemisches mit Brennstoff zu erzielen, um die Flammenstabilität zu verbessern. Bei hoher Brennerlast kann der Brennstoff dann gleichmässig verteilt werden, was in geringen Emissionen resultiert.

Durch eine Ausgestaltung, bei der auch mehrere der zweiten Brennstoff-Zuführungen unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagbar sind-und beaufschlagt werden, lässt sich eine noch feiner abgestufte Anpassung der Mischungsverteilung und der Mischgüte an unterschiedliche Randbedingungen vorneh- men.

Weiterhin schliesst die Erfindung auch solche Aus- gestaltungen ein, bei denen neben ersten und zweiten auch dritte, vierte usw. Brennstoffzuführungen vorhan- den und unabhängig mit Brennstoff beaufschlagbar sind'.

Der vorliegende Brenner besteht aus einem Draller- zeuger für einen Verbrennungsluftstrom, einem Drallraum und Mitteln zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom, wobei der Drallerzeuger Brenn- luft-Eintrittsöffnungen für den tangential in den

Drallraum eintretenden Verbrennungsluftstrom aufweist, die Mittel zur Einbringung von Brennstoff in den Verbrennungsluftstrom eine oder mehrere erste Brenn- stoffzuführungen mit einer ersten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine erste Vormisch- brennstoffmenge umfassen und der Brenner eine oder mehrere zweite Brennstoff Zuführungen mit einer zweiten Gruppe von im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse angeordneten Brennstoff-Austrittsöffnungen für eine zweite Brennstoffmenge, vorzugsweise eine Vormisch- brennstoffmenge,. aufweist, welche zweite Brennstoff- zuführungen unabhängig von der bzw. den ersten Brenn- stoffzuführungen mit Brennstoff beaufschlagbar ist/sind. Der Brenner zeichnet sich in der beschriebe- nen Vorzugsvariante dadurch aus, dass in dem Drallraum ein Innenkörper angeordnet ist, wobei die Brennstoff- Austrittsöffnungen wenigstens einer zweiten Brennstoff- zuführung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilt auf dem Innenkörper angeordnet sind. Bei dem Innenkörper handelt es sich bei einer bevorzugten Ausführungsform um eine Brennstofflanze, die im Drallraum auf der Brennerachse angeordnet ist.

Vorzugsweise sind eine oder mehrere der ersten Gruppen von Brennstoff-Austrittsöffnungen im Bereich. zumindest einer der Brennluft-Eintrittsöffnungen angeordnet.

Unter einer Anordnung im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse ist in der vorliegenden Anmeldung eine Anordnung auf Achsen zu verstehen, die parallel oder unter einem Winkel < 45° zur Brennerachse verlaufen.

In einer möglichen Ausführungsform des vorliegen- den Brenners sind auch einige der zweiten Brennstoffzu- führungen unmittelbar neben den ersten Brennstoffzufüh- rungen, vorzugsweise parallel zu diesen, angeordnet.

Hierbei sollte zumindest eine zweite Brennstoffzufüh- rung neben jeder ersten Brennstoffzuführung vorgesehen sein.

Es versteht sich jedoch von selbst, dass die zwei- ten Brennstoffzuführungen auch unabhängig von den ersten Brennstoffzuführungen in symmetrischer Anordnung am Drallerzeuger vorgesehen sein können. Die Geometrie des Drallerzeugers ist hierbei unerheblich. So können kegelförmige Drallerzeuger, wie sie aus den eingangs genannten Druckschriften des Standes der Technik bekannt sind, beispielsweise mit zwei, vier oder mehr Lufteintrittsschlitzen, eingesetzt werden. Auch andere Geometrien, wie zylindrische Drallerzeuger oder zylindrische Drallerzeuger mit konischen oder zylindri- schen Innenkörpern lassen sich einsetzen.

Einige der zweiten Brennstoffzuführungen sind in einer Ausführungsform des Brenners an der Aussenschale des Drallkörpers und hierbei insbesondere an den Lufteintrittsschlitzen entlang dieser angeordnet.

Wesentlich beim vorliegenden Brenner ist, dass die zweiten Brennstoffzuführungen mehrere im Wesentlichen in Richtung der Brennerachse verteilte Brennstoff- Austrittsöffnungen aufweisen, um eine ausreichende Vormischung erzielen zu können. Die Austrittsöffnungen liegen in der Regel auf parallel oder unter einem durch eine Kegelform des Drallerzeugers oder Innenkörpers vorgegebenen Winkel zur Brennerachse verlaufenden Achsen.

Je nach angestrebten Einflussmöglichkeiten auf die Vormischung können die zweiten Brennstoff-Austritts- öffnungen der zweiten Brennstoffzuführungen im Ver- gleich zu den ersten Brennstoff-Austrittsöffnungen andere gegenseitige Abstände oder Durchströmquerschnit- te aufweisen. Gerade bei einer Anordnung, bei der unmittelbar neben einer ersten Brennstoffzuführung auch zumindest eine zweite Brennstoffzuführung vorgesehen ist, können die jeweiligen Brennstoff- Austrittsöffnungen auch die gleichen gegenseitigen Abstände aufweisen, jedoch versetzt zueinander angeord- net sein. Dies führt zu einer gleichmäßigeren Eindüsung des Vormischbrennstoffes in den Drallraum. Weiterhin können beispielsweise die ersten Brennstoff-Austritts- öffnungen über die gesamte axiale Erstreckung der Brennluft-Eintrittsöffnungen, die zweiten Brennstoff- Austrittsöffnungen jedoch nur in einem bestimmten axialen Teilbereich angeordnet sein. In gleicher Weise ist es auch möglich, die ersten Brennstoff- Austrittsöffnungen nur in einem ersten axialen Teilbe- reich und die zweiten Brennstoff-Austrittsöffnungen nur in einem sich an den ersten Teilbereich anschließenden zweiten axialen Teilbereich vorzusehen-oder umge- kehrt. Unterschiedliche Einflussmöglichkeiten auf den Betrieb des Brenners aufgrund dieser unterschiedlichen Ausgestaltungsmöglichkeiten, deren Kombination keine praktischen Grenzen gesetzt sind,'lassen sich den Ausführungsbeispielen entnehmen.

Zur voneinander unabhängigen Beaufschlagung der ersten und der zweiten Brennstoffzuführungen mit dem Vormischbrennstoff sind diese mit unterschiedlichen

Anschlüssen ausgestattet. Vorzugsweise sind zusätzlich Mittel zur voneinander unabhängigen Regelung oder Steuerung der Vormischbrennstoffzufuhr zu den ersten und den zweiten Brennstoffzuführungen vorgesehen. Die unterschiedliche Zufuhr kann beispielsweise durch ein geeignetes Regelventil gesteuert werden.

Der erfindungsgemäße Brenner sowie Brenner, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals näher erläu- tert. Hierbei zeigen : Figur 1 schematisch ein Ausführungsbeispiel für einen Brenner, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann, im Längs- und Querschnitt ; Figur 2 ein Beispiel für den Gasaustritt aus den Austrittsöffnungen bei einer möglichen Be- triebsweise des in Figur 1 dargestellten Brenners ; Figur 3 schematisch ein Beispiel für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brenn- stoffaustrittsöffnungen eines Brenners, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrie- ben werden kann ; Figuren 5 bis 7 Beispiele für die Anordnung der Brennstoffzuführungen und der Brennstoffaus- trittsöffnungen eines Brenners, der mit dem

erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann ; Figur 8 schematisch ein Beispiel für einen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betreibbaren Brenner mit einem zylindrischen Drallerzeu- ger ; Figur 9 ein Beispiel für eine Brennerbauform mit zylindrischem Drallkörper und konischem In- nenkörper, wie sie mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben werden kann ; Figur 10 ein erstes Beispiel für die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Brenners ; Figuren 11 bis 14 schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vor- liegende Erfindung verwirklicht werden kann ; Figuren 15 und 16 Drallerzeugergeometrien mit einem nachgeschalteten Vormischrohr, bei denen die Erfindung verwirklicht werden kann ; Figuren 17 und 18 schematisch zwei Beispiele für den Aufbau des Drallkörpers im Querschnitt, wie er beim erfindungsgemäßen Brenner einge- setzt werden kann ; Figuren 19 bis 21 weitere Beispiele für die Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Bren- ners ; Figur 22 ein Beispiel für die Betriebsweise eines Brenners der Figuren 20 und 21 ; und

Figuren 23 und 24 schematisch zwei Beispiele für die Ausgestaltung der Brennstoffzuführungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens.

Wege zur Ausführung der Erfindung In den folgenden Figuren sind die Brenner in stark schematisierter Ausführung dargestellt, so dass lediglich jeweils an einer Position die für die jeweilige Erläuterung wesentlichen Merkmale herausge- stellt sind. Die weitere Gestaltung der dargestellten Brenner ist dem Fachmann unter anderem aus den als Stand der Technik zitierten Dokumenten geläufig, die einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellen. Weiterhin wird bei den Ausführungsbeispielen teilweise auf die Eindüsung von gasförmigem Brennstoff Bezug genommen. Es versteht sich jedoch von selbst, dass auch flüssiger Brennstoff über die Brennstoff-Austrittsöffnungen in den Verbrennungs- luftstrom eingebracht werden kann. Der Brennstoff wird weiterhin als Vormischbrennstoff referiert ; es versteht sich von selbst, dass ein Teil der gesamten Brennstoff- menge in bestimmten Lastbereichen auch als Pilotbrenn- stoff zur weiteren Erhöhung der Flammenstabilität eingebracht werden kann. Zuführungen für Pilotbrenn- stoff sind in keiner der Figuren dargestellt, da sie nicht erfindungswesentlich sind ; in Kenntnis des Standes der Technik wird der Fachmann diese aber ohne Weiteres in die exemplarisch dargestellten Brenner zu implementieren wissen, falls er dies für nötig erach- tet.

In Figur 1 ist ein erstes Beispiel für einen Bren- ner dargestellt, der mit dem erfindungsgemäßen Verfah- ren betrieben werden kann. Figur la zeigt eine Anord- nung der ersten 5 und zweiten Brennstoff Zuführungen 7 bei einem Brenner mit kegelförmigem Drallkörper l. In der Außenschalung dieses Drallkörpers 1 ist an den Einströmkanten der Lufteintrittsschlitze, wie sie dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt sind, neben der ersten Zuführung 5 für eine erste Vormischbrenn- stoffmenge P1 eine zweite Zuführung 7 für eine zweite Vormischbrennstoffmenge P2 angeordnet. Diese beiden Zuführungen lassen sich unabhängig voneinander mit Vormischbrennstoff beaufschlagen, d. h., dass beispiels- weise der Massenstrom des zweiten Vormischbrennstoffes P2, der durch die zweite Zuführung 7 strömt, unabhängig vom Massenstrom des ersten Vormischbrennstoffes P1 durch die erste Zuführung 5 eingestellt werden kann.

Dies ist durch die unterschiedlichen Zuführungsleitun- gen mit den Pfeilen angedeutet. Es versteht sich von selbst, dass vorzugsweise mehrere dieser Zuführungspaa- re 5,7 symmetrisch um die Brennerachse angeordnet sind. Die Brennstoffzufuhr zu den beiden Zuführkanälen, kann über hier nicht explizierte Regelventile unabhän- gig voneinander eingestellt werden. Die Anordnung der Regelventile ist im Beispiel nicht dargestellt, dem Fachmann aber ohne Weiteres geläufig.

In Figur lb ist der Brenner im senkrechten Schnitt durch die Brennerachse 3 dargestellt. In dieser Abbildung sind die beiden Schalen la, lb des Drallkör- pers zu erkennen. Diese sind mit zur eigentlichen Brennerachse 3 versetzten Symmetrieachsen 3a, 3b angeordnet, dergestalt, dass zwischen ihnen Luftein-

trittsschlitze 4 für die Verbrennungsluft 11 ausgebil- det sind. An einem solchen Lufteintrittsschlitz 4 ist in aus dem Stand der Technik bekannter Weise der erste Zuführungskanal 5 mit den entsprechenden Austrittsöff- nungen 6 für den Vormischbrennstoff zu erkennen.

Unmittelbar neben diesem ersten Zuführungskanal 5 ist der zweite Zuführungskanal 7 mit den entsprechenden zweiten Austrittsöffnungen 8 angeordnet. Beide Zuführ- kanäle zeigen mit ihren Austrittsöffnungen 6,8 zum einströmenden Verbrennungsluftstrom.

Durch die Stufung der Vormisch-Brennstoffmengen über getrennt voneinander beaufschlagbare Zuführkanäle kann die Eindringtiefe der Vormisch-Brennstoffmengen P1, P2 in den Verbrennungsluftstrom über den einen Zuführkanal groß und über den anderen Zuführkanal klein eingestellt werden. Dies ist in Figur 2 schematisch dargestellt, welche Figur die Anordnung gemäß Figur 1 in einer möglichen Betriebsweise darstellt. Hierbei wird die Brennstoffmenge im ersten Zuführkanal 5 höher eingestellt als im zweiten Zuführkanal 7, so dass sich der Druck und somit die Austrittsgeschwindigkeit des Brennstoffs an den Austrittsöffnungen 6 im Vergleich zu den Austrittsöffnungen 8 erhöht. Der erste Vormisch- brennstoff P1 aus dem ersten Zuführkanal 5 dringt somit tiefer in die Verbrennungsluftströmung ein als der Vormischbrennstoff P2 aus dem zweiten Zuführungskanal 7, wie dies in der Figur angedeutet ist. Die gleiche Wirkung kann auch durch unterschiedliche Offnungsdurch- messer bzw. Durchströmquerschnitte der jeweiligen Austrittsöffnungen erreicht werden, wobei dann die durch die beiden Kanäle strömenden Brennstoffmengen bei

unterschiedlicher Eindringtiefe identisch gewählt werden können.

Mit dieser Anordnung können somit die Mischungs- verteilung und die Mischgüte im Brenner gezielt eingestellt werden.

Figur 3 zeigt eine Variante der Anordnung der Zu- führkanäle und der Austrittsöffnungen. Auch in diesem Beispiel ist der kegelförmige Drallkörper 1 mit jeweils einem ersten und einem zweiten Zuführungskanal 5,7 zur Veranschaulichung in stark vereinfachter Form darge- stellt. Die beiden Zuführkanäle liegen auch hier parallel nebeneinander am-nicht dargestellten- tangentialen Lufteintrittsschlitz. Bei dieser Anordnung weisen die beiden Zuführkanäle die gleiche Anzahl von Bohrungen nl bzw. n2 auf. Die Bohrungen sind gleichmä- ßig entlang der Brennerachse 3 verteilt, wobei die axiale Anordnung der Bohrungen 8 der zweiten Zuführung 7 auf Lücke zu der axialen Anordnung der Bohrungen 6 der ersten Vormisch-Brennstoffzuführung eingestellt ist. Selbstverständlich kann die Anzahl der Bohrungen ni und n2 auch voneinander verschieden sein.

Durch die Möglichkeit, die Bohrungen der Zuführka- näle unterschiedlich anzuordnen, zu verteilen oder mit unterschiedlichen Durchmessern zu versehen lässt sich die axiale und radiale Brennstoffverteilung im Brenner respektive am Brenneraustritt gezielt beeinflussen.

So kann die axiale und radiale Brennstoffvertei- lung beispielsweise durch eine ungleichmäßige Anordnung der Bohrungen 8 entlang des zweiten Zuführkanals 7 bzw. der Brennerachse 3 beeinflusst werden, wie dies in den folgenden Figuren dargestellt ist.

Figur 4 zeigt hierbei eine Anordnung, bei der die Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5 in üblicher Weise in Richtung der Brennerachse 3 in gleichmäßigem gegenseitigen Abstand verteilt sind. Die Bohrungen 8 des zweiten Zuführkanals 7 sind in diesem Beispiel nur über die erste Hälfte des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 verteilt. Durch diese Lochanordnung kann eine Anfettung des Brennstoffgemisches im Brennerzent- rum durch Zuschalten dieser zweiten Stufe-der Vormischbrennstoffzufuhr über die zweite Zuführung 7- erreicht werden.

Figur 5 zeigt eine ähnliche Anordnung, bei der die Bohrungen 8 des zweiten Zuführkanals ebenfalls, wie bei Figur 4 im ersten Bereich des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 angeordnet sind. Bei diesem Beispiel sind jedoch die Bohrungen 6 des ersten Zuführkanals 5 nicht über die gesamte Länge des Drallraums in Richtung der Brennerachse 3 verteilt, sondern lediglich im zweiten, zum Brenneraustritt gerichteten Teil. Die Anzahl nl bzw. n2 der jeweiligen Bohrungen kann je nach Anforderungen gewählt werden. Diese können gleich oder auch unterschiedlich sein.

Eine vergleichbare Ausgestaltung mit vert. auschter Anordnung der Austrittsbohrungen 6,8 in Richtung der Brennerachse 1 zeigen die Figuren 6 und 7. Insbesondere bei der Anordnung der Figur 6 lässt sich die Anfettung des äußeren Bereiches des Brenners, das heißt des der Brennkammer zugewandten Bereiches, mit der zweiten Stufe erreichen. Grundsätzlich kann mit Anordnungen, wie sie in den Figuren 4 bis 7 dargestellt sind, ein gewünschter Konzentrationsgradient des Brennstoffes entlang der Brennerachse eingestellt werden.

Mit einer Anordnung, wie sie in Figur 4 darge- stellt ist, kann auch eine Zufuhr von Pilotbrennstoff bei kleinen Lasten durchgeführt werden. In diesem Fall wird mit der Stufe angefahren, die den Brennstoff in das Zentrum des Brenners eindüst. Mit zunehmender Last wird dann die zweite Stufe zugeschaltet. Bei Volllast, bei der eine möglichst gleichmäßige Brennstoffvertei- lung erwünscht ist, wird dann nur noch mit der zweiten Stufe gefahren.

Figur 8 zeigt ein weiteres Beispiel für die Aus- führung eines erfindungsgemäßen Brenners in stark schematischer Darstellung. In diesem Beispiel wird ein rein zylindrischer Drallkörper 1 eingesetzt. Die beiden in der Figur angedeuteten Zuführungen 5,7 mit den ersten 6 und zweiten Austrittsöffnungen 8 können in gleicher Weise ausgestaltet und angeordnet sein, wie dies bereits in Zusammenhang mit den vorangehenden Figuren erläutert wurde.

Eine weitere Ausführungsform eines Brenners, in diesem Beispiel unter Einsatz eines zylindrischen Drallerzeugers 1 mit konischem Innenkörper 9, für die Durchführung des vorliegenden Verfahrens ist beispiel- haft in der Figur 9 dargestellt. Figur 9 zeigt hierbei wiederum den ersten 5 und den zweiten Zuführkanal 7 mit den entsprechenden Austrittsöffnungen 6,8. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind diese Zuführkanäle nebeneinander in der Außenschalung des Drallkörpers 1 angeordnet.

Figur 10 zeigt ein Beispiel für eine Ausführungs- form des erfindungsgemäßen Brenners, bei dem der zweite Zuführkanal 7 am zylindrischen Innenkörper 9 angeordnet ist.

Der zweite Zuführkanal 7 ist hierbei vorzugsweise innerhalb der Außenwandung des Innenkörpers 9 angeord- net, wobei auch in diesem Fall, wie bei den vorangehen- den Beispielen eine symmetrische Verteilung mehrerer Zuführkanäle 7 um die Brennerachse 3 gewählt werden sollte. Bei diesem Beispiel ist es jedoch auch möglich, die zweite Zuführleitung 7 zentral im Innenkörper 9 verlaufen zu lassen, wobei dann die Austrittsöffnungen 8 über entsprechende radial verlaufende Kanäle zum Drallraum 2 ausgebildet sein müssen. Im vorderen sich verjüngenden Bereich des Innenkörpers 9 können auch eine oder mehrere zusätzliche Austrittsöffnungen mit einer entsprechend getrennten Zuführung für Brennstoff (als Pilotstufe) oder Luft vorgesehen sein.

Die Figuren 11 bis 14 zeigen schematisch Beispiele für weitere Drallerzeugergeometrien, mit denen die vorliegende Erfindung verwirklicht werden kann. In den Figuren sind von oben nach unten ein Brenner mit kegelförmigem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper 9, ein Brenner mit in Form eines umgekehrten Kegels ausgebildetem Drallkörper 1 und konischem Innenkörper 9, ein Brenner mit tulpenförmigem sowie ein Brenner mit trichterförmigem Drallkörper 1 dargestellt. Bei sämtlichen dieser Brennergeometrien können wie in den vorangegangenen Beispielen die zweiten Zuführungen sowohl im Drallkörper 1 wie auch im Innenkörper 9 angeordnet sein. Allen hier gezeigten Geometrien ist

gemeinsam, dass der axiale Durchflussquerschnitt des Drallraumes im Bereich des Drallkörpers zum Brenneraus- tritt hin zunimmt. Dies ist zwar keine absolut notwen- dige Voraussetzung für einen gattungsgemässen Vormisch- brenner, ist aber eine vorteilhafte Ausführungsform der Drallerzeuger.

Weiterhin können sämtliche Brennergeometrien mit einem Vormischrohr 10 versehen sein, wie dies beispiel- haft in Figur 15 für einen Kegelbrenner und in Figur 16 für einen zylinderförmigen Brenner mit konischem Innenkörper 9 veranschaulicht ist.

Die Figuren 17 und 18 zeigen schließlich schema- tisch zwei Beispiele für den Aufbau eines Drallkörpers im Querschnitt, wie er beim erfindungsgemäßen Brenner eingesetzt werden kann. In Figur 17 ist ein Drallkörper dargestellt, der sich aus vier gegeneinander versetzten Schalen la, lb, lc, ld zusammensetzt, die in der dargestellten Anordnung vier tangentiale Lufteintritt- schlitze 4 bilden. Die Schalen können im gezeigten Querschnitt unterschiedlich, beispielsweise kreisseg- mentförmig, elliptisch oder oval, ausgeformt sein. Bei der dargestllten Konfiguration sind die Teilkörper la, lb, lc, ld so angeordnet, dass deren jeweilige Mit- telachsen 3a, 3b, 3c, 3d versetzt zur eigentlichen Brennerachse angeordnet sind. Die Ausgestaltung eines Brenners, mit oder ohne Vormischrohr, mit einer derartigen Geometrie kann im Detail der der EP 321 809 oder der EP 0780629 entnommen werden.

In Figur 18 ist ein monolithischer Drallkörper 1 mit darin eingebrachten tangentialen Lufteintrittsöff- nungen 4 dargestellt. Die Lufteintrittsöffnungen 4

können beispielsweise als eingefräste Lufteintritts- schlitze oder als Reihen von Lufteintrittsbohrungen ausgebildet sein.

Die in den vorangehenden und nachfolgenden Bei- spielen angeführten Kombinationen der Zuführkanäle sowie der Anordnung bzw. Ausgestaltung der Austritts- öffnungen in den Zuführkanälen können beliebig verän- dert oder miteinander kombiniert werden. So lassen sich sämtliche Varianten der in den Figuren 4 bis 7 darge- stellten Austrittsöffnungsanordnungen auch bei den Ausgestaltungen der Figuren 8 bis 16 anwenden. Dies gilt sowohl für die Verteilung, die Anzahl wie auch die Anordnung der einzelnen Austrittsöffnungen. Weiterhin lassen sich bei allen gezeigten Varianten in den beiden Zuführkanälen unterschiedliche Lochdurchmesser einset- zen. Auf diese Weise kann in der Stufe, die eine kleinere Brennstoffmenge aufnehmen soll, ein bestimmter Vordruck und eine gewünschte Austrittsgeschwindigkeit eingestellt werden. Der Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Ausgestaltungsvarianten sind hierbei keine Grenzen gesetzt. Der Fachmann wird die entsprechende Anordnung je nach gewünschter Einsatzbedingung und gewünschten Wirkungen wählen. Insbesondere ist es keineswegs zwingend, die Austrittsöffnungen in axialer Richtung äquidistant anzuordnen, wie es in allen Zeichnungen impliziert ist. Ganz im Gegenteil kann es sich als höchst vorteilhaft. erweisen, die Austrittsöf- fungen für den Vormischbrennstoff in einer willkürli-. chen axialen Verteilung anzuordnen, oder andere Verteilungsregeln, wie eine geometrische Stufung der axialen Abstände, zu implementieren.

Das Gleiche gilt für den Einsatz unterschiedlicher Brennergeometrien oder die Kombination von Drallerzeu- gern mit Innenkörpern oder Vormischrohren. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die Verwirklichung. der vorliegen- den Erfindung mit unterschiedlichsten Brennertypen sowie Kombinationen von Drallkörpern, Innenkörpern, Vormischrohren und anderen bekannten Merkmalen von Brennern möglich ist.

Weitere sehr vorteilhafte Ausführungsformen eines Brenners sind in den Figuren 19 bis 21 zu erkennen. Die dargestellten Brenner umfassen den kegelförmigen Drallkörper 1, in dessen Außenschalung an den Einström- kanten der Lufteintrittsschlitze eine erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 für Vormischgas angeordnet sind.

Die Brenner sind weiterhin mit einer zentralen Brenn- stofflanze 12 ausgestattet, die an ihrem brennkammer- seitigen Ende, d. h. an ihrer Spitze, eine Düse aufwei- sen kann-wie im vorliegenden Beispiel-, die für einen flüssigen Brennstoff 13 oder für einen Pilotbrennstoff verwendbar ist. Um diese Düse herum können in bekannter Weise Austrittsöffnungen für Abschirmluft 14 vorgesehen sein. Neben den Brennstoffzuführungen zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und einer Brennstoffzu- führung zur Eindüsung flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstofflanze 12 weisen die dargestellten Brenner eine weitere Brennstoffzuführung zu einer zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 in der Brenn- stofflanze 12 auf. Die Austrittsöffnungen 8 der zweiten Gruppe sind im Wesentlichen in Richtung der Brennerach-. se in der Mantelfläche der Brennstofflanze 12 angeord- net, wie in den Figuren 19 bis 21 ersichtlich ist, und vorzugsweise radialsymmetrisch um die Achse der

Brennstofflanze 12 verteilt. Sie ermöglichen die radial von der Brennstofflanze 12 nach außen gerichtete Eindüsung von Brennstoff in den Drallraum. Die Anzahl und Größe dieser Austrittsöffnungen 8 sowie deren Verteilung auf der Brennstofflanze 12-in axialer Richtung und Umfangsrichtung-wird in Abhängigkeit von den jeweiligen Anforderungen des Brenners wie Lösch- grenzen, Pulsationen und Rückschlaggrenzen gewählt.

Die Brennstofflanze 12 kann sich relativ weit in den Drallraum erstrecken (vgl. Fig. 19 und 20 ;"Long Lance EV Brenner") oder auch nur ein kurzes Stück in den Drallraum ragen (Fig. 21). In beiden Fällen ist die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vorzugsweise im hinteren, d. h. am weitesten von der Brennkammer entfernten, Bereich des Drallraums an der Brennstoff- lanze 12 angeordnet, wie in den Figuren angedeutet.

Selbstverständlich läßt sich auch bei diesen Aus- führungsbeispielen die Brennstoffzufuhr zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 unabhängig von der Brennstoffzufuhr zu der zweiten Gruppe von Austritts- öffnungen 8 mit Brennstoff steuern oder regeln.

Die Ausführungsform der Fig. 19 läßt eine sehr vorteilhafte gestufte Betriebsweise des Brenners zu, bei der sowohl die Brennstoff Zuführungen zu der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 als auch die Brenn- stoffzuführungen zur zweiten Gruppe von Austrittsöff- nungen 8 mit Vormischgas gespeist werden. Die Unabhän- gige Steuermöglichkeit der Brennstoffzufuhr zur ersten und zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 6,8 ermög- licht eine an die jeweiligen Betriebsbedingungen des Brenners oder der den Brenner nutzenden Anlage optimal angepasste Betriebsweise. Der zweiten Gruppe von

Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12 liegen bei diesem Beispiel Austrittsöffnungen der ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 am Drallkörper 1 gegenüber, so dass die erste und zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 6,8 in bestimmten Betriebszuständen beispielsweise auch ausschließlich, d. h. ohne die jeweils andere Gruppe, mit Brennstoff versorgt werden kann.

Prinzipiell kann der in der Figur dargestellte Brenner bei entsprechender Zufuhr des Brennstoffes und entsprechender Ausgestaltung der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen über diese Austrittsöffnungen 8 auch im Diffusionsmodus betrieben werden. Durch die räumli- che Trennung der Austrittsöffnungen 8 von der Eindüsung flüssigen Brennstoffes 13 an der Spitze der Brennstoff- lanze 12 lässt sich in diesem Fall im Gegensatz zu bekannten Brennern das Eindringen von Brennstofftropfen oder von Brennstoffdampf in das Brennstoffzufuhrsystem für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 vermei- den.

Figur 20 zeigt eine Ausführungsform eines Bren- ners, die ebenfalls in der sehr vorteilhaften gestuften Betriebsweise betrieben werden kann. An den der zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 gegenüberliegenden Bereichen des Drallkörpers 1 sind die Austrittsöffnun- gen 6 geschlossen bzw. es sind keine Austrittsöffnungen 6 vorgesehen, da deren Funktion von den Austrittsöff- nungen 8 auf der Brennstofflanze 12 übernommen wird.

Figur 21 zeigt den gleichen Brenner mit verkürzter Brennstofflanze 12, der für die gleiche Betriebsweise ausgebildet ist.

Bei dem Betrieb dieser Brenner werden beide Grup- pen von Austrittsöffnungen 6,8 mit Vormischgas beaufschlagt. Zündung und Anfahren des Brenners erfolgen in einer Betriebsweise, bei der das Vormisch- gas hauptsächlich über die Austrittsöffnungen 8 an der Brennstofflanze 12, im folgenden auch als Stufe 1 bezeichnet, in den Drallraum eingebracht wird. Bei steigender Last wird die Zufuhr des Vormischgases zur Stufe 1 verringert und die Zufuhr von Vormischgas über die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6, im folgenden als Stufe 2 bezeichnet, erhöht. Eine derartige Vertei- lung des Vormischbrennstoffes auf die Stufen 1 und 2 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners kann beispielhaft der Figur 22 entnommen werden.

Auf diese Weise läßt sich beispielsweise eine Gas- turbine mit einem derartigen Brenner von der Zündung bis zur Grundlast ohne eine Pilotstufe betreiben.

Die Zufuhr von Brennstoff zu den Stufen 1 und 2 wird über geeignete Ventile unabhängig gesteuert oder geregelt.

Die Figuren 23 und 24 zeigen Beispiele für die Zu- fuhr einer Brennstoffmenge PO zum Brenner. Bei beiden Beispielen verzweigt die Brennstoffleitung, um die Gesamtbrennstoffmenge PO auf eine Brennstoffmenge P1 für die erste Gruppe von Austrittsöffnungen 6 und auf eine Brennstoffmenge P2 für die zweite Gruppe von Austrittsöffnungen 8 aufzuteilen.

In Figur 23 erfolgt die Einstellung des Auftei- lungs-bzw. Massenstromverhältnisses über je ein Ventil 15 und 16 in jedem der Verzweigungen. Figur 24 zeigt eine Ausführungsform, bei der ein Ventil 16 vor der Verzweigung zur Einstellung der Gesamtbrennstoffmenge

Po und ein weiteres Ventil 15 in der Verzweigung zur ersten Gruppe von Austrittsöffnungen 6 angeordnet ist.

Durch Steuerung des Ventils 15 läßt sich auch hier das Massenstromverhältnis zwischen P1 und P2 ändern.

Selbstverständlich kann in diesem Beispiel das Ventil 15 auch in der Verzweigung zur zweiten Gruppe von Austrittsöffnungen 8 angeordnet sein.

Weiterhin lassen sich über eine derartige Anord- nung auch mehrere Brenner gleichzeitig in dem einge- stellten Massenstromverhältnis mit Brennstoff versor- gen, wie durch die gestrichelten Linien in den Figuren angedeutet ist.

Bei beiden beispielhaften Ausführungsformen wird das Massenstromverhältnis P1/P2 durch Ansteuerung der Ventile in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Brenners verändert. Die Änderung des Massenstromver- hältnisses kann in Abhängigkeit von verschiedenen Mess- und Betriebskennwerten gesteuert oder geregelt werden, wie dies bereits in einem vorangegangenen Teil der vorliegenden Beschreibung ausgeführt wurde. Die dargestellten Ausgestaltungen sind unabhängig von der Brennergeometrie und lassen sich bei allen Brennern der vorangegangenen Ausführungsbeispiele einsetzen.

Bezugszeichenliste 1 Drallerzeuger la Drallerzeuger-Teilkörper lb Drallerzeuger-Teilkörper lc Drallerzeuger-Teilkörper ld Drallerzeuger-Teilkörper 2 Drallraum

3 Brennerachse 3a Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers 3b Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers 3c Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers 3d Achse eines Drallerzeuger-Teilkörpers 4 Eintrittsöffnungen/Luftschlitze 5 erste Brennstoffzuführungen 6 erste Brennstoff-Austrittsöffnungen 7 zweite Brennstoffzuführungen 8 zweite Brennstoff-Austrittsöffnungen 9 Innenkörper 10 Vormischrohr 11 Verbrennungsluft 12 Brennstofflanze 13 flüssiger Brennstoff 14 Abschirmluft 15 Steuerventil 16 Steuerventil PO Gesamtbrennstoffmenge P1 erster Vormischbrennstoff P2 zweiter Vormischbrennstoff nl erste Anzahl von Bohrungen n2 zweite Anzahl von Bohrungen