Brenneranordnung Die Erfindung betrifft eine Brenneranordnung für eine Brennkammer, insbesondere eine Gasturbinenbrennkammer, zum Verfeuern fluidischer Brennstoffe.

Gasturbinen sind in Ihrer Verfügbarkeit hauptsächlich durch Problemstellungen im Verbrennungssystem limitiert. Diese

Probleme sind im speziellen das Überschreiten von Emissionsgrenzwerten (NOx und CO) sowie das Brummverhalten, verursacht durch thermoakustische Schwingungen im Bereich der Brennkammer. Um die Emissionen unter Grenzwertbereichen zu halten und das Brummverhalten der Maschine zu unterdrücken, bedarf es einer sehr guten Einstellung (Tuning) der veränderbaren Verbrennungsparameter .

Bei einem Brenner mit beispielsweise Hauptvormischbrenner und Pilotvormischbrenner sind dies in erster Linie die Brennstoffmassenströme des Hauptvormischbrenners sowie des Pilot- vormischbrenners . Dabei gehen je nach Einstellung ca. 90%-95% des Brennstoffmassenstroms durch den Hauptvormischbrenner, der Rest durch den Pilotvormischbrenner. Es ist bekannt dass eine Änderung (schon im Prozentbereich) des Pilotgasmassen- stroms einen nennenswerten Einfluss auf Emissionen und auf das Brummverhalten hat. Jedoch ist eine solche Regelung durch eine einzige Brennstoffstufe im Pilotvormischbrenner be ^¬ grenzt .

Bisher muss daher vor dem reibungslosen Betrieb der Gasturbine in der Inbetriebnahmephase aufwändig getuned werden. Durch die wenigen Einstellmöglichkeiten an Haupt- und Pilotbrenner müssen so aufwändig enge Korridore durchfahren werden, die durch Emissionen und Stabilität begrenzt sind. Oft müssen hier Kompromisse zwischen stabiler Fahrweise und geringen Emissionen eingegangen werden. Um hier Abhilfe zu schaffen, kann eine zweite vorgemischte Brennstoffstufe in den Pilotbrenner integriert werden. Diese Stufe muss dann auch über eine eigene Brennstoffzufuhr und einen eigenen Brennstoffkanal versorgt werden.

Durch diese Ausführung können beide Stufen unabhängig voneinander gesteuert werden. Beispielsweise können beide Pilot ^¬ brennstoffstufen in Pilotbrennerschaufeln integriert sein, um für beide Stufen eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft zu ermöglichen. Durch geschickte Wahl des Bohrungsmus ^¬ ters kann so die radiale Brennstoffverteilung aktiv im Betrieb beeinflusst werden und somit Einfluss auf Emissionen und Verbrennungsstabilität genommen werden. Hierdurch ist es möglich, die Korridore, durch die beim An- und Abfahren der Maschine manövriert werden muss, zu erweitern und das Emissi ^¬ ons- und Stabilitätsverhalten, vor allem im Teillastbereich, kann verbessert werden.

Die WO 2014/114533 AI offenbart beispielsweise eine Brenner- anordnung mit einer auf der Achse der Brenneranordnung liegenden Diffusionsgaspassage. Diese Passage könnte beispiels ^¬ weise durch eine Rohr-in-Rohr-Konstruktion für die Brennstoffzufuhr einer zweiten Stufe im Pilotbrenner genutzt werden. Allerdings müsste dann aufgrund der zu erwartenden un- terschiedlichen thermischen Dehnungen der Bauteile die Rohr- in-Rohr-Konstruktion durch einen aufwändigen und daher auch vergleichsweise teuren Kompensator entlastet werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brenneranordnung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine beträchtli ^¬ che Verbesserung hinsichtlich Emissionen und Stabilität ermöglicht und die zugleich möglichst einfach und kostengünstig herzustellen und zu montieren ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie bei einer derar ^¬ tigen Brenneranordnung für eine Brennkammer, insbesondere eine Gasturbinenbrennkammer, zum Verfeuern fluidischer Brennstoffe, mit einem Hauptbrenner und einem zentral darin ange- ordneten Pilotbrenner, der zum Zünden und/oder zum Stabilisieren der Verbrennung des Hauptbrenners dient, der Haupt ^¬ brenner umfassend einen ersten Ringluftkanal zur Zuführung von Verbrennungsluft und erste Brennstoffdüsen zum Eindüsen eines Brennstoffs in den ersten Ringluftkanal, der Pilotbren ^¬ ner umfassend einen zweiten Ringluftkanal zur Zuführung von Verbrennungsluft und einem Brennerkopf mit zweiten Brenn ^¬ stoffdüsen zum Eindüsen eines Brennstoffs in den zweiten Ringluftkanal, wobei die zweiten Brennstoffdüsen als getrennt ansteuerbare erste und zweite Brennstoffstufen vorgesehen sind, zum Zuführen von Brennstoff zu den ersten und zweiten Brennstoffstufen ein an den Brennerkopf anschließendes Brennerträgerrohr mit einer Rohrwand vorsieht, wobei die Rohrwand mindestens eine erste und eine zweite parallel zur Längsachse des Brennerträgerrohres verlaufende Tieflochbohrung für die

Versorgung der ersten und zweiten Brennstoffstufen mit Brennstoff aufweist.

Hierdurch wird das Emissions- und Stabilitätsverhalten der Brenneranordnung verbessert und es kann auf die vergleichs ^¬ weise aufwändige und teure Rohr-in-Rohr-Konstruktion mit Kom- pensator verzichtet werden.

Zweckmäßigerweise sind die erste und zweite Tieflochbohrung auf unterschiedlichen Radien bezogen auf die Längsachse des Brennerträgerrohres in der Rohrwand angeordnet, so dass

Brennstoff direkt über gerade Bohrungen einer jeweiligen Brennstoffstufe zugeführt werden kann. Die Herstellung sol ^¬ cher Bohrungen ist vergleichsweise kostengünstig.

In einer vorteilhaften Ausführungsform münden die mindestens eine erste und eine zweite Tieflochbohrung in je einen BrennstoffVerteilerkanal einer Brennstoffstufe . So kann die Anzahl der Tieflochbohrungen kleiner sein, als die Anzahl der Brenn- stoffdüsen je Brennstoffstufe .

Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn das Brennerträgerrohr auf seiner Achse eine Diffusionsgaspassage aufweist, die ebenfalls in den Brennerkopf mündet, so dass auch ein Diffu ^¬ sionsbetrieb möglich ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist das Bren- nerträgerrohr in Strömungsrichtung eines Brennstoffs stromauf des Brennerkopfes mit einer Trägerplatte verbunden, wobei die Trägerplatte Brennstoffringverteiler aufweist, von denen die mindestens eine erste und eine zweite Tieflochbohrung abzwei ^¬ gen .

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Trägerplatte Brennstoffan- schlüsse aufweist, die in die Brennstoffringverteiler münden.

Im Hinblick auf eingeschränkte Platzverhältnisse ist es vor- teilhaft, wenn ein Brennstoffanschluss über einen Einschraub ^¬ verbinder mit durchgehender Bohrung und im Wesentlichen radialen Öffnungen im Außengewinde erfolgt, wobei im einge ^¬ schraubten Zustand die radialen Öffnungen auf Höhe eines Brennstoffringverteilers zu liegen kommen. Dadurch wird auch bei vergleichsweise dicht unter der Oberfläche der Träger ^¬ platte liegenden Brennstoffringverteilern sichergestellt, dass der Einschraubverbinder ausreichend tief in die Trägerplatte eingeschraubt werden kann, um eine sichere Verbindung herzustellen .

Weiterhin ist es im Hinblick auf eine gute Durchmischung von Brennstoff und Luft vorteilhaft, wenn der erste Ringluftkanal erste Drallschaufeln aufweist und die ersten Brennstoffdüsen in den ersten Drallschaufeln angeordnet sind.

Ebenso gilt dies für den zweiten Ringluftkanal, der vorteil ^¬ hafterweise zweite Drallschaufeln aufweist, wobei die zweiten Brennstoffdüsen in den zweiten Drallschaufeln angeordnet sind .

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: Figur 1 Brenneranordnung,

Figur 2 einen bekannten Pilotbrenner, Figur 3 ein stromabwärtiges Detail des Pilotbrenners aus

Figur 2,

Figur 4 ein stromaufwärtiges Detail des Pilotbrenners aus

Figur 2,

Figur 5 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Brenneranordnung den Innenkanal zeigend,

Figur 6 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Bren- neranordnung den Außenkanal zeigend,

Figur 7 eine Seitenansicht auf das stromabwärtige Ende des

Brennerträgerrohrs der Brenneranordnung, Figur 8 einen Schnitt durch Trägerplatte und Außenkanal des

Brennerträgerrohrs ,

Figur 9 einen Schnitt durch Trägerplatte und Anschluss für den Außenkanal sowie durch den Innenkanal des Bren- nerträgerrohrs ,

Figur 10 eine Seitenansicht auf einen Schnitt durch die Trä ^¬ gerplatte mit Anschluss für den Innenkanal, Figur 11 einen Einschraubverbinder mit durchgehender Bohrung und radialen Öffnungen im Außengewinde in der

Draufsicht,

Figur 12 einen Einschraubverbinder mit durchgehender Bohrung und radialen Öffnungen im Außengewinde im Schnitt,

Figur 13 eine Detailsicht auf den Brennerkopf mit Übergang zum Brennerträgerrohr und Figur 14 eine Schrägansicht der stromaufwärtigen Seite des Brennerkopfes . Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Schnitt durch einen Teil einer Brenneranordnung 1 nach der Erfindung. Die Brenneranordnung 1 ist im Wesentlichen radialsymmetrisch um die Längsachse 13 und umfasst einen Hauptbrenner 2 sowie einen zentral darin angeordneten Pilotbrenner 3, der zum Zün- den und/oder Stabilisieren der Verbrennung des Hauptbrenners 2 dient.

Der Hauptbrenner 2 umfasst einen ersten Ringluftkanal 4 zur Zuführung von Verbrennungsluft und erste Brennstoffdüsen 5 zum Eindüsen eines Brennstoffs in den ersten Ringluftkanal 4. Der Pilotbrenner 3 umfasst einen zweiten Ringluftkanal 6 zur Zuführung von Verbrennungsluft und zweite Brennstoffdüsen 8 zum Eindüsen eines Brennstoffs in den zweiten Ringluftkanal 6.

Die zweiten Brennstoffdüsen 8 sind als erste und zweite

Brennstoffstufen 9, 10 vorgesehen, wobei jede Brennstoffstufe 9, 10 eine eigene Brennstoffzufuhr aufweist. In der Brenneranordnung 1 der Figur 1 weist der erste Ringluftkanal 4 erste Drallschaufeln 30 auf, in denen die ersten Brennstoffdüsen 5 angeordnet sind.

Weiterhin weist in der Brenneranordnung 1 der Figur 1 der zweite Ringluftkanal 6 zweite Drallschaufeln 31 auf. In den zweiten Drallschaufeln 31 sind die zweiten Brennstoffdüsen 8 angeordnet, die sich, wie bereits ausgeführt, in eine erste und eine zweite Brennstoffstufe 9, 10 aufteilen. Figur 2 zeigt einen bekannten Pilotbrenner 32 mit einer zentralen Diffusionsgaspassage 20, in der ein Rohr 33 angeordnet ist, wobei zwischen einer Innenwand 34 der Diffusionsgaspas ^¬ sage 20 und einer Rohraußenwand 35 ein Ringkanal 36 für die Brennstoffzufuhr zur zweiten Brennstoffstufe 10 gebildet ist. Diese Rohr-in-Rohr-Konstruktion wird durch einen Kompensator 37 entlastet. Figur 3 zeigt ein stromabwärtiges Detail des Pilotbrenners 3 aus Figur 2, insbesondere den Pilotbrennerkopf 7 mit der Brennstoffzufuhr für die erste und zweite Brennstoffstufe 9, 10. Figur 4 zeigt ein stromaufwärtiges Detail des Pilotbrenners 3 aus Figur 2, insbesondere den Kompensator 37 der Rohr-inRohr-Konstruktion .

In den Figuren 5 und 6 ist der erfindungsgemäße Pilotbrenner 3 in unterschiedlichen Schnittebenen gezeigt. In Figur 5 verläuft der Schnitt durch zweite Tieflochbohrungen 15, die den Innenkanal 38 darstellen, in Figur 6 ist die entsprechende Ansicht mit ersten Tieflochbohrungen 14 für den Außenkanal 39. Man erkennt, dass die erste und zweite Tieflochbohrung 14, 15 auf unterschiedlichen Radien 16, 17 bezogen auf die Längsachse 13 des Brennerträgerrohres 11 in der Rohrwand 12 angeordnet sind. Ferner zeigen die Figuren 5 und 6, dass die mindestens eine erste und eine zweite Tieflochbohrung 14, 15 in je einen Brennstoff erteilerkanal 18, 19 einer Brennstoff- stufe 9, 10 münden.

Figur 7 zeigt eine Seitenansicht auf das stromabwärtige Ende des Brennerträgerrohrs 11 der Brenneranordnung 1. Man erkennt die Enden der ersten und zweiten Tieflochbohrungen 14, 15 von Innen- und Außenkanal 38, 39.

Die Figuren 8, 9 und 10 zeigen geschnittene Detailansichten im Bereich der Trägerplatte 21 des Pilotbrenners 3. Insbesondere zeigt die Figur 8 einen Schnitt durch die Trä ^¬ gerplatte 21 mit dem ersten und zweiten Brennstoffringvertei- ler 22, 23 sowie den durch Tieflochbohrungen 14 gebildeten Außenkanal 39 in der Rohrwand 12 des Brennerträgerrohrs 11. Die Figur 9 zeigt einen Schnitt durch die Trägerplatte 21 mit dem ersten und zweiten Brennstoffringverteiler 22, 23 sowie den durch Tieflochbohrungen 15 gebildeten Innenkanal 38 in der Rohrwand 12 des Brennerträgerrohrs 11. Ferner zeigt Figur 9 einen Schnitt durch den ernsten Brennstoffanschluss 24 zum ersten Brennstoffringverteiler 22 für den Außenkanal 39.

Die Figur 10 zeigt schließlich einen Schnitt durch die Trä- gerplatte 21 mit dem zweiten Brennstoffanschluss 25 zum zwei ^¬ ten Brennstoffringverteiler 23 für den Innenkanal 38. Dabei ist in der Figur 10 erkennbar, dass der zweite Brennstoff ^¬ ringverteiler 23 für den Innenkanal 38 vergleichsweise dicht unter der Oberfläche der Trägerplatte 21 liegt. Um eine me- chanisch zuverlässige Brennstoffzufuhr sicherzustellen, ist der Brennstoffanschluss 25 über einen Einschraubverbinder 26 mit durchgehender Bohrung 27 und im Wesentlichen radialen Öffnungen 28 im Außengewinde 29 realisiert. Die Figuren 11 und 12 zeigen einen solchen Einschraubverbinder 26 in der Draufsicht und im Schnitt.

Figur 13 zeigt eine Detailsicht auf den Brennerkopf 7 mit Übergang zum Brennerträgerrohr 11. Der Brennerkopf 7, der in der Figur 14 in der Schrägansicht gezeigt ist, ist derselbe wie in Figur 3. Nach der Erfindung ist lediglich das Brennerträgerrohr 11 verändert.