Besonders umweltfreundliche Brenner mit einem geringem Aus- stoß an NOx sind aus der EP 0 108 361 B1 und der EP 0 193 838 B1 bekannt. Aus diesen Schriften kann man entnehmen, das der Ausstoß an NOx erheblich reduziert werden kann, wenn Bren- neranordnungen nicht als Diffusionsbrenner betrieben werden, sondern als Vormischbrenner. Bei Diffusionsbrennern wird Brennstoff mehr oder weniger gleichmäßig verteilt in einen Luftstrom direkt eingesprüht und im Grenzbereich zwischen Luft und Brennstoff verbrannt. Bei Vormischbrennern werden Luft und Brennstoff zunächst möglichst gleichmäßig vermischt und erst danach gemeinsam in einem Flammenbereich einer Brennkammer verbrannt. Durch die vorherige gleichmäßige Durchmischung kann die Verbrennungstemperatur insgesamt nied- riger gehalten werden als im Grenzbereich zwischen Brennstoff und Luft, wobei gleichzeitig auch ein gewünschtes Verhältnis von Brennstoff und Luft gleichmäßig eingehalten werden kann.

Dies führt zu einem geringeren Ausstoß an Schadstoffen, ins- besondere an NOx.

Nachteil von Vormischbrennern ist es, daß die Verbrennung nicht in allen Lastzuständen stabil gehalten werden kann, so

daß der Regelbereich von Vormischbrennern meist kleiner ist als der von Diffusionsbrennern.

Zur Erweiterung des Regelbereiches werden sogenannte Pilot- brenner eingesetzt, die meist im Zentrum eines Hauptbrenners angeordnet sind und mit ihrer zwar kleinen aber stabilen Flamme die Vebrennung des Hauptbrenners stabilisieren. Auch zur Unterstützung beim Zünden eines Hauptbrenners werden Pi- lotbrenner gebraucht.

Aus der EP 0 938 381 B1 ist auch bekannt, daß solche Pilot- brenner einen erheblichen Anteil an NOx bezogen auf den ge- samten Schadstoffausstoß erzeugen können, wenn sie als Diffu- sionsbrenner betrieben werden. Deshalb wird dort schon vorge- schlagen, einen Pilotbrenner ebenfalls als Vormischbrenner auszubilden, der aber in einem stabilen Betriebsbereich ge- halten werden kann, auch wenn der Hauptbrenner in einem ande- ren Betriebsbereich betrieben wird. Diese Maßnahme kann zu einer erheblichen Verringerung des Schadstoffaustoßes führen.

Ausgehend von der EP 0 193 838 Bl, auf die vollinhaltlich ausdrücklich Bezug genommen wird, ist es Aufgabe der vorlie- genden Erfindung, die dort beschriebene Brenneranordnung so zu verbessern, daß der Pilotbrenner im Vormischbetrieb siche- rer und mit noch geringerem Ausstoß an NOx betrieben werden kann. Die bekannte Anordnung weist nämlich eine Vormisch- strecke auf, an deren Ausgang zur Brennkammer eine Drallbe- schaufelung angeordnet ist, die gleichzeitig als Flammenhal- ter dient. Durch diese Anordnung kann eine optimale Vermi- schung von Luft und Brennstoff, insbesondere Brenngas nicht erreicht werden, wobei zusätzlich bei bestimmten Betriebs- störungen die Pilotflamme in die Vormischstrecke zurückschla- gen könnte, was unerwünscht ist.

Zur Lösung der Aufgabe dient eine Brenneranordung gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Brenneranordnung für eine Feuerungsan- lage, insbesondere eine Gasturbinenbrennkammer, mit einem Hauptbrenner und einem Pilotbrenner, der zum Zünden und/oder zur Stabilisierung des Hauptbrenners dient, ist in ihrem Grundaufbau der Brenneranordnung aus der EP 0 193 838 B1 sehr ähnlich. Der Pilotbrenner ist immer oder zeitweise als Vor- mischbrenner betreibbar und die Zufuhr von Brennstoff und Verbrennungsluft zum Pilotbrenner erfolgt durch ein lanzenar- tig aufgebautes Zuführsystem mit konzentrisch ineinander an- geordneten, im Querschnitt etwa kreisringförmigen Kanälen.

Unter diesen Kanälen befindet sich insbesondere der Luftkanal zur Zuführung von Verbrennungsluft für den Pilotbrenner. An diesem Luftkanal sind Einlasse für Brennstoff angeordnet, wo- bei der Brennstoff durch konzentrisch innen oder außen zu dem Luftkanal liegende Kanäle zugeführt wird. Grundsätzlich ist auch eine Zuführung durch einzelne Rohrleitungen zu den Ein- lassen möglich. Erfindungsgemäß ist in dem Luftkanal in Luft- strömungsrichtung vor den Einlassen ein Drallerzeuger ange- ordnet. Auf diese Weise gelangt schon mit einem Drall ver- sehene Luft zu den Einlassen, so daß direkt eine starke Ver- wirbelung von Luft und Brennstoff an den Einlassen erfolgt.

Zur Steigerung der Lange des Vermischungsweges können die Brennstoffeinlässe auch in aerodynamisch optimierte Drall- erzeugungselemente integriert werden.

Typischerweise wird der Pilotbrenner für den Vormischbetrieb mit Brenngas ausgelegt, wobei an dem Luftkanal mehrere etwa gleichmäßig über den Umfang verteilte Einlasse vorgesehen sind.

Unterhalb der Einlasse ist der Luftkanal frei von Einbauten, insbesondere ohne einen Flammenhalter ausgebildet. Der Einbau von turbulenzerzeugenden Elementen vor den Brennstoffeinläs- sen zur Verbesserung der Mischung ist gegebenenfalls möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht das lanzenartig aufgebaute Zuführsystem des Pilotbrenners aus zwei oder mehreren konzentrisch zueinander angeordneten Ring- kanälen, wobei ein Ringkanal unmittelbar innerhalb und/oder außerhalb des Luftkanals zur Zufuhr von Brennstoff, insbeson- dere Brenngas dient. Durch Einlasse in der Zwischenwand zwi- schen Luftkanal und innerem beziehungsweise äußerem Ringkanal gelangt der unter höherem Druck als die Verbrennungsluft ste- hende Brennstoff in den Luftkanal und verteilt sich dort in der durch den Drallerzeuger erzeugten Drallströmung sehr gleichmäßig. Dabei sollten die Einlasse mit einem gewissen Abstand von dem Drallerzeuger angeordnet sein, um sicher zu verhindern, daß Flammen bis zum Drallerzeuger zurückschlagen können. Der genaue Abstand hängt von der Strömungsgeschwin- digkeit der im Luftkanal strömenden Luft und den geometri- schen Verhältnissen im Luftkanal ab.

Der Drallerzeuger kann einen axialen und/oder radialen und/oder tangentialen Drall erzeugen, wobei die Drallstärke und die Lange der für die Vermischung mit dem Brennstoff zur Verfügung stehende Vormischstrecke so gewählt werden, daß die meridionale Strömungsgeschwindigkeit groß ist, um ein Zurück- schlagen der Flammen zu verhindern, und daß keine sogenannte Nabenablösung auftreten kann, das heißt die Strömung sich nicht von den Wänden des Luftkanals ablöst.

Um die Stabilität der Pilotflamme weitgehend zu erhöhen, weist der Luftkanal an seinem in die Feuerungsanlage münden- den Endbereich in einer besonderen Ausführungsform der Erfin- dung einen Diffusor auf, insbesondere gebildet durch eine in Strömungsrichtung zunehmende Erweiterung des Querschnittes im Endbereich.

Da die Pilotflamme anders als beim Stand der Technik nicht mehr durch einen Flammenhalter gehalten wird, besteht die Möglichkeit, daß sich die Wände des Luftkanals im Endbereich stark erhitzen, was durch eine Wandkühlung in Grenzen gehal-

ten werden kann. Dabei kann insbesondere ein konzentrisch zum Luftkanal angeordnetes Kühlsystem verwendet werden, bei wel- chem Luft, Luft-Brennstoff-Gemisch oder Dampf den Endbereich des Luftkanals kühlt.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Ein- lasse für Brennstoff als Einmischelemente im Luftkanal des Pilotbrenners ausgeführt. Sie können beispielsweise in der Form von kleinen Röhrchen ausgebildet sein, die mit einer Vielzahl von Einlaßöffnungen den Brennstoff sehr fein im Luftkanal verteilen. Auch die Anordnung von zusätzlichen Drallerzeuger-schaufeln mit Einlaßöffnungen für Brennstoff ist möglich.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, auf die sie jedoch nicht beschränkt ist, wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt einen Brenner, wie er aus der EP 093 838 vom prinzipiellen Aufbau her bekannt ist. Die aus dieser Schrift bekannten Komponenten sind daher nur schematisch dar- gestellt und teilweise auch weggelassen. Beim Lastbetrieb ei- nes solchen Brenners wird der Hauptbrenner 1 mit Hauptver- brennungsluft 2 versorgt, in welche fein verteilt über eine Hauptbrenngaszufuhr 3 und eine Hauptbrenngaseindüsung 20 Brenngas und/oder aber eine Hauptbrennölzufuhr 4 und eine Hauptbrennöleindüsung 21 Brennöl eingedüst wird. Dies erfolgt im Bereich eines Hauptdrallerzeugers 5, insbesondere in Form eines Diagonalgitters. Auf diese Weise wird der Brennstoff mit der Hauptverbrennungsluft vorgemischt, so daß sich eine schadstoffarme Verbrennung erreichen läßt. Im Zentrum des Hauptbrenners 1 befindet sich in an sich bekannter Weise ein Pilotbrenner zum Zünden und zur Stabilisierung der Hauptflamme, dessen Verbrennungsluft durch einen Luftkanal 6 zugeführt wird. Für den Betrieb dieses Pilotbrenners als Dif- fusionsbrenner gibt es einen zentralen Brennstoffkanal 7, der aber gemäß dem Hauptgedanken der vorliegenden Erfindung mög-

lichst selten benutzt werden soll, da der Betrieb des Pilot- brenners als Diffusionsbrenner zu viel NOx erzeugt. Um dies zu vermeiden, weist der Luftkanal 6 Einlässe 10,11 auf, durch welche Brennstoff der Verbrennungsluft des Pilotbren- ners zugemischt werden kann. Der konzentrische lanzenartige Aufbau des Brenners gibt dabei die Möglichkeit, diesen Brenn- stoff durch einen äußeren Brennstoffkanal 8 und äußere Ein- lasse 10 und/oder durch einen inneren Brennstoffkanal 9 und innere Einlässe 11 zuzuführen. Statt einfacher Einlaßöffnun- gen in den Wänden des Luftkanals 6 können auch Einmischele- mente 15 verwendet werden, im vorliegenden Ausführungsbei- spiel in Form kleiner perforierter Röhrchen zur gleichmäßige- ren Verteilung von Brennstoff. Als Brennstoff kommen grund- sätzlich Brennöl oder Brenngas in Betracht, wozu die entspre- chenden Einlasse beziehungsweise Einmischelemente geeignet dimensioniert sein müssen.

Ganz wesentlich für die vorliegende Erfindung ist die Anord- nung eines Drallerzeugers 12 mit Abstand oberhalb der Ein- lasse 10,11. Diese Anordnung erlaubt die Erzeugung eines Dralls schon vor dem Zumischen von Brennstoff, wodurch sich eine gleichmäßigere und schadstoffarme Verbrennung ergibt.

Die Anordnung der Drallerzeuger in Strömungsrichtung vor den Einlässen für Brennstoff hat außerdem den Vorteil, daß bei Störungen die Flammen des Pilotbrenners keinesfalls weiter als bis zum Drallerzeuger 12 zurückschlagen können.

Zur weiteren Stabilisierung der Pilotflamme kann der Luftka- nal 6 in seinem Endbereich als Diffusor 13 ausgebildet wer- den. Zur Vermeidung einer Überhitzung der Wände des Diffusors 13 können diese besonders bevorzugt mit einem Kühlsystem 14 ausgestattet sein, insbesondere mit einem konzentrisch um den Diffusor liegenden System, welches mittels Luft, Luft-Brenn- stoff-Gemisch oder Dampf gekühlt wird.

Ein erfindungsgemäßer Brenner wird in an sich bekannter Weise über entsprechende Steuerventile mit seinem Lufteinlaß 16 an

eine Luftversorgung angeschlossen und mit seinen Brennstoff- einlässen 17,18,19 für den zentralen Brennstoffkanal 7, den äußeren Brennstoffkanal 8 beziehungsweise den inneren Brenn- stoffkanal 9 an eine Brennstoffversorgung.

Erfindungsgemäße Brenner ermöglichen einen in weiten Lastbe- reichen stabilen und schadstoffarmen Betrieb und eignen sich insbesondere für Brennkammern von Gasturbinenanlagen.