WASSERSTOFFBEFEUERTES BRENNKAMMERSYSTEM, VERFAHREN UND ANLAGE

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Brennkammersystem (1), in der Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) in der Anwesenheit von Wasser (H₂O) oder Wasserdampf (H₂O) verbrannt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung beschreibt ein Brennkammersystem ("SteamBooster") zur Verbrennung von Wasserstoff mit dem Ziel, eine Dampfströmung zu erhitzen bzw. dessen Dampfzustände zu erhöhen, ein Verfahren und eine Anlage.

[0002] Oft erfolgt keine innere Befeuerung eines Dampfkreislaufs, sondern man befeuert den Kessel im Kraftwerk in der Regel extern mit z.B. Kohle, nuklearer Abwärme oder über das Abgas einer Gasturbine, die mit Gas oder Öl befeuert wird.

[0003] Ein solches Dampfkraftwerk ist der EP 1 375 827 A1 beschrieben.

[0004] Ziel ist es, Wasserstoff zu verwenden.

[0005] Die Aufgabe wird gelöst durch ein Brennkammersystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 21 sowie eine Anlage gemäß Anspruch 32.

[0006] In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.

[0007] Es wird vorgeschlagen, ein Brennkammersystem mit Wasserstoffbefeuerung, ein Verfahren sowie eine Anlage dazu aufzuzeigen.

[0008] Der Vorteil ist die Verbrennung von reinem Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) mit Wasserdampf als Verbrennungsprodukt.

[0009] Das Ziel sind schadstofffrei betriebene Turbinen mit Wasser oder Wasserdampf als Verbrennungsprodukt (CO₂-frei, NO_x-frei) bzw. zur Prozessdampferzeugung.

[0010] Das Brennkammersystem kann insbesondere auch in ein bestehendes Dampfkraftwerk oder in eine Dampfgasturbinenanlage (GuD) integriert werden.

[0011] Außerdem ist die Integration des Brennkammersystems in industrielle Anwendungen mit Dampfkreisläufen oder Dampfauskopplungen möglich, bei denen insbesondere eine CO₂-freie Zufeuerung gefordert ist.

[0012] Es zeigen

Figur 1

schematisch das Grundprinzip eines Brennkammersystem,

Figur 2

eine Aufsicht auf einen Brennzylinder,

Figur 3

einen Brennzylinder ohne äußeren Druckmantel,

Figur 4

einen Schnitt durch Figur 2,

Figuren 5-7

Detailansichten eines Bodens einer Brennkammer,

Figur 8

ein Mischsystem,

Figuren 9, 14

ein Modul für ein Flammenrohr,

Figuren 10, 15

eine Stapelung und Anordnung von Modulen,

Figur 11

eine Zündungsanordnung,

Figur 12

Aufsicht auf einen Flansch,

Figur 13

Austrittsbereich der Brennkammer,

Figuren 16, 17

Aufsichten auf ein Modul.

[0013] Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Brennkammersystem 1.

[0014] Das Brennkammersystem 1 weist als zentralen Bestandteil einen Brennzylinder 7 mit einer Brennkammer 30 auf.

[0015] Die Brennkammer 30 weist eine Bodenplatte 4 auf, an die sich vorzugsweise direkt ein Flammenrohr 22 mit der Brennkammer 30 und einer Austrittsöffnung 32 am Ende der Brennkammer 30 anschließt.

[0016] Das Flammenrohr 22 ist vorzugsweise keramisch, insbesondere vollständig keramisch, ausgeführt.

[0017] Die Länge der Brennkammer 30 bzw. des Flammenrohrs 22 ist vorzugsweise mindestens dreimal, insbesondere drei- bis fünfmal, so lang wie der hydraulische Durchmesser der Brennkammer 30.

[0018] Der Querschnitt der Brennkammer 30 in Brennkammerrichtung 31 gesehen kann kreis- oder oval-förmig ausgebildet sein.

[0019] Vorzugsweise in der Bodenplatte 4 sind mehrere Leitungen (siehe auch Figuren 6, 7) vorhanden, die den Brennstoff Wasserstoff und vorzugweise Sauerstoff sowie Dampf, insbesondere Wasserdampf zuführen.
Es kann aber auch vorzugsweise anstelle von Sauerstoff (O₂) Luft verwendet werden.

[0020] Die Leitungen sind insbesondere zumindest eine erste Zuleitung 10 für den Sauerstoff (O₂), eine zweite Zuleitung 13 für den Wasserstoff (H₂) und eine dritte Zuleitung 16 für den Wasserdampf (H₂O). Vorzugsweise gibt es nur diese Zuleitungen 10, 13, 16. Andere, weniger oder mehrere Zuleitungen sind jedoch ebenso möglich.

[0021] Wasserdampf wird vorzugsweise über eine zentrale Dampfleitung 19 dem Brennkammersystem 1 zugeführt, die insbesondere aufgeteilt wird, insbesondere in die dritte Zuleitung 16 für den Dampf für die Brennkammer 30 und vorzugsweise in eine Dampfleitung 25 für den Dampf, der in einem Zwischenraum 41 um das Flammenrohr 22 strömt und dann stellenweise via Dampfpassagen 50 oder Dampfdurchlässe 150 (Fig. 10, 15) durch das Flammenrohr 22 in die Brennkammer 30 einströmt.

[0022] Der Zwischenraum 41 wird vorzugsweise direkt begrenzt durch das Flammenrohr 22 und einem Druckmantel 40.

[0023] Die Dampfpassagen 50 und/oder Dampfdurchlässe 150 verteilen sich vorzugsweise über die gesamte Länge des Flammenrohrs 22 und vorzugsweise auch um den Umfang des Flammenrohrs 22.

[0024] Das Flammenrohr 22 wird vorzugsweise über seine gesamte Länge von Dampf umströmt.

[0025] Die Dampfleitung 25 kann insbesondere in zwei Dampfleitungen 25', 25" für den Zwischenraum 41 aufgeteilt sein.

[0026] Der Zwischenraum 41 ist am Ende, insbesondere im Bereich einer Austrittsöffnung 32 geschlossen ausgebildet. Insbesondere stellt der Zwischenraum 41 einen abgeschlossen Raum dar, d.h. bis auf die Zuleitungen, insbesondere für den Dampf, und die Dampfpassagen 50 sowie Dampfdurchlässe 150. Somit strömt der gesamte Dampf aus den Zuleitungen vorzugsweise aus dem Zwischenraum 41 vollständig in die Brennkammer 30.

[0027] Das Brennkammersystem 1 weist weiterhin vorzugsweise Entwässerungsleitungen 33, Überdruckventile oder einen Überdruckschutz 36 dafür sowie eine Dampfüberbrückung 39 (Bypass) auf.

[0028] Ebenso kann vorzugsweise am Ende des Brennzylinders 7 vorzugsweise eine H₂O-Abspritzung 42 vorhanden sein.

[0029] Außerdem ist vorzugsweise ein Spülsystem 3 vorhanden, das Zuleitungen durchspülen kann, insbesondere wird dabei Stickstoff verwendet.

[0030] Vorteilhaft ist auch, dass das Flammenrohr 22 im Betrieb vom umströmenden Dampf 28 gekühlt und/oder vorzugsweise im Standby-Modus vom Wasserdampf vorgewärmt werden kann.

[0031] Das vorgeschlagene Brennkammersystem 1 besitzt bevorzugt eine Brennkammerachse 31, wie es in Figur 2 dargestellt ist.
Sie ist vorzugsweise auch eine Symmetrieachse des Flammenrohrs 22 und/oder der Brennkammer 30.

[0032] Der Brennzylinder 7 kann mit entsprechenden Abstützungen (optional Blattfedern 60 in Figur 3) auch horizontal angeordnet werden.

[0033] Die Brennkammer 30 weist vorzugsweise über die Länge den gleichen Querschnitt quer zur Brennkammerachse 31 auf und das vorzugsweise über die gesamte Länge.

[0034] Der Einsatz- und die Variationsmöglichkeiten des vorgeschlagenen Brennkammersystems 1 sind universell.

[0035] Das Brennkammersystem 1 arbeitet vorzugsweise in einer Dampfatmosphäre vorzugsweise von 1bar bis 140bar, insbesondere bei 1bar bis 80bar. Dabei wird die Brennkammer 30 in Dampfatmosphäre von vorzugsweise mindestens 2bar, insbesondere mindestens 6bar betrieben.

[0036] Ein Druckverlust von 100mbar - 3000mbar wird vorzugsweise eingestellt.

[0037] Figur 2 zeigt den Brennzylinder 7 mit dem äußeren Druckmantel 40 um das Flammenrohr 22 (nicht sichtbar daher), wodurch der Zwischenraum 41 (Fig. 4) gebildet wird.

[0038] Gemäß Figur 3 bilden einzelne oder mehrere Module 46', 46", ... das Flammenrohr 22.

[0039] Die Module 46', 46", ... sind dann vorzugsweise auch keramisch ausgebildet.

[0040] Es kann aber auch ein monolithisches Flammenrohr 22 aus Keramik oder Metall verwendet werden.

[0041] Bevorzugt wird eine Oxidkeramik verwendet, insbesondere auf der Basis von Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid/Spinell. Vorzugsweise wird kein CMC verwendet.

[0042] Ebenso vorzugsweise wird kein SiC oder keine siliziumbasierte Keramik benutzt.

[0043] Die Module 46', 46", ... sind vorzugsweise keramisch ausgeführt, können aber auch mit metallischen Rohren z.B. aus Ni-Basis-Legierungen, z.B. Inconel, mit keramischen Beschichtungen ausgeführt werden, wie es von Beschichtungssystemen von Gasturbinenschaufeln oder metallischen Hitzeschildelementen von Gasturbinen bekannt ist.

[0044] Für die Bildung des Flammenrohrs 22 des Brennkammersystems 1 sind die Module 46', 46", ... insbesondere übereinander und insbesondere koaxial zueinander und übereinander angeordnet.

[0045] Das Flammenrohr 22 oder die Module 46', 46", ... sind insbesondere im Querschnitt ringförmig und vorzugweise kreis- oder oval-förmig ausgebildet.

[0046] Zu erkennen sind in Figuren 2, 3 mehrere vorzugsweise Stangen 43, insbesondere Gewindestangen, die die einzelnen Module 46', 46", ... (Fig 3, 4, 5, 10, 11) oder das Flammenrohr 22 führen und zusammenhalten.

[0047] Ebenso sind andere Möglichkeiten zum mechanischen Zusammenbau oder mechanischen Zusammenhalt denkbar.

[0048] Hier sind es beispielsweise fünf Module 46', 46", ..., die durch die Stangen 43 und durch eine obere Platte 44 sowie der Bodenplatte 4 zusammengehalten werden.
So kann der Zwischenraum 41 mittels des äußeren Druckmantels 40 um das Flammenrohr 22 gebildet werden.

[0049] Insbesondere mit Befestigungselementen 47, insbesondere aus Federelementen und Schrauben um die Stangen 43, die an der oberen Platte 44 anliegen, werden die Module 46', 46", ... und die Bodenplatte 4 zusammengehalten.
Andere Befestigungsmethoden und -elemente sind möglich.

[0050] Ebenso dargestellt in Figur 3 sind vorzugsweise verwendete Blattfederelemente 60, die die Module 46', 46", ... gegen den äußeren Druckmantel 40 (nicht abgebildet) abstützen.

[0051] Ein Schnitt durch Figur 3 ist in Figur 4 gezeigt, die das Flammenrohr 22 oder die Module 46', 46", ... mit der Brennkammer 30 zeigt und Dampfpassagen 50.

[0052] Die Dampfpassagen 50 sind Durchgangslöcher in einem Modul 46 oder in dem Flammenrohr 22.

[0053] Die Dampfpassagen 50 sind vorzugsweise gleichmäßig bei dem Flammenrohr 22 oder bei einem Modul 46', 46", ... verteilt oder je nach Hitzebelastung insbesondere ggf. auch asymmetrisch verteilt.

[0054] Entlang der Länge des Flammenrohrs 22 können die Module 46", 46", ... oder ein monolithisches Flammenrohr 22 entsprechend den technischen Anforderungen anders und verschieden ausgestaltet sein und mehr oder weniger Dampfpassagen 50 oder Dampfdurchlässe 150 (Fig. 9, 10) aufweisen.

[0055] Die Austrittsöffnung 32 wird vorzugsweise über die obere Platte 44 realisiert, die einerseits die Gegenzentrierung der Module 46', 46", ... oder des Flammenrohrs 22 sicherstellt und insbesondere gleichzeitig eine Abschattung enthält, um die Überhitzung der nachfolgenden Bauteile durch die Strahlungswärme des Flammenrohrs 22 zu verhindern.

[0056] In Figur 13 ist eine Modifikation des Endes des Brennzylinders 7 dargestellt.
Der äußere Druckmantel 40 weist einen Flansch 68' auf, auf dem eine Deckplatte 64 aufliegt und mit seinem Flansch 68" mit dem Flansch 68' des äußeren Druckmantels 40 mittels Befestigungselement 65, insbesondere einer Schraube und Mutter verschraubt wird.

[0057] Durch vorzugsweise vorhandene Federelemente 67 zwischen Deckplatte 64 und obere Platte 44 werden die Module 46', ... oder das Flammenrohr 22 zusammengehalten bzw. zusammengedrückt. Die Deckplatte 64 weist dementsprechend eine Auslassöffnung 69 auf, die der Austrittsöffnung 32 gegenüberliegt bzw. verlängert.

[0058] Die Bodenplatte 4 (oder Flammrohrboden) (Fig. 5) beinhaltet einen Brenner und die Zündeinheit (beides nicht dargestellt) und dient als Zentrierung für die Module 46', 46", ... oder das Flammenrohr 22.

[0059] Für den Fall der modularen Ausführung wird die Brennkammer 30 insbesondere durch eine Stapelung von insbesondere Modulen 46', 46", ... gebildet, die sich insbesondere durch eine Nut-Federgeometrie auf den Kontaktflächen selbst zentrieren, abdichten und tragen.
Durch Mittel zur Befestigung insbesondere durch eine Nut 102-Feder 101 -Konstruktion, insbesondere hier beispielsweise halbkugelförmig, wird eine Wärmeausdehnung der einzelnen, insbesondere keramischen Module 46', 46", ... und auch mit der Bodenplatte 4 beim Aufheizen und Abkühlen nicht behindert. Auf diese Weise werden thermisch induzierte Spannungen vermieden.

[0060] Die Nut 102-Feder 101 - Konstruktion kann vorzugsweise auch zwischen den Modulen 46', 46", ... und/oder einem Modul 46' und Bodenplatte 4 und/oder einem Modul 46 und oberer Platte 44 ausgebildet sein.

[0061] Die Brennkammer 30 kann durch die Stapelung unterschiedlicher Anzahlen von Modulen 46', 46", ... beliebig in der Länge variiert werden.

[0062] Insbesondere können Module 46', 46", ... mit verschiedener Länge verwendet werden.

[0063] Die Brennkammer 30 kann auch im Durchmesser variiert werden, indem man die Module 46', 46", ... im Durchmesser variiert. Auch ist eine Konizität mit den Modulen 46', 46" möglich.

[0064] Die einzelnen Module 46', 46", ... sind vorzugsweise entweder in einem Rohr oder durch/auf Schienen geführt oder durch Stangen 43 vorgespannt.

[0065] Die Vorspannung erfolgt über die Stangen 43 und Federelemente mit einem keramikgerechten Anpressdruck. Die Keramik wird ausschließlich auf Druck beansprucht.

[0066] Jedes Modul 46', 46", ... oder das Flammenrohr 22 enthält vorzugsweise definierte Dampfpassagen 50, die es erlauben, die Mischungszone der Verbrennung und den umgebenden Dampf stufenweise zu mischen, um eine optimale Verbrennung von Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) sicherzustellen und die geforderten bzw. gewünschten Temperaturen einzustellen.

[0067] Die Dampfpassagen 50 sind rund und/oder oval und/oder eckig sowie konstant oder variabel im Querschnitt in ihrer Durchströmungsrichtung ausgeführt und sind in Strömungsrichtung insbesondere unter flachen Winkeln angeordnet, insbesondere zwischen 80° und < 90°, um ein Anlegen der heißen Flamme an die Wand des Flammenrohrs 22 zu verhindern und/oder einen Drall in die Verbrennungsmedien einzubringen.

[0068] Wenn gefordert, können diese auch so gerichtet sein, dass sie direkt in eine Flamme eindüsen und eine starke Vermischung induzieren.

[0069] Prinzipiell können die Dampfpassagen 50 in verschiedenen Größen über die Länge der Module 46 oder über die Länge des Flammenrohrs 22 verteilt sein oder als Dampfdurchlässe 150 auf der Stirnseite 133 eines Moduls 46 ausgeführt sein.
Auch Kombinationen aus beiden Prinzipien sind möglich.

[0070] Die Anordnung kann spezifisch für die verschiedenen industriellen Anwendungen, Anwendungen zur Stromerzeugung bzw. Nutzung von Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) in dampfgeführten Verbrennungsprozessen gewählt werden

[0071] Beispiele für die Anordnung der Dampfpassagen 50 sind den Abbildungen 3, 4, 5 zu entnehmen.

[0072] Figur 4 offenbart auch, dass die Brennkammer 30 über die Länge vorzugsweise den gleichen Querschnitt quer zur Brennkammerachse 31 aufweist.

[0073] Die Bodenplatte 4 übernimmt gemäß Figur 6 mehrere Funktionen:

• die mechanische Verspannung des Flammenrohrs 22 oder der Module 46', 46", ..., insbesondere mittels Nut-Feder Prinzip
• die Zuleitungen 10, 13 der Verbrennungsmedien und
• die Zuleitung 16 des Wasserdampfes in die Brennkammer 30 und
• in einer speziellen Variante auch das Mischen von Wasserstoff (H₂), vorzugsweise Sauerstoff (O₂) und eingedüstem Wasser oder dem Wasserdampf vor einem Brenner 58 (Fig. 7)
• sowie die Zuführung mittels Dampfleitung 25 von eingedüstem Wasser oder des Wasserdampfes in den Zwischenraum 41 mit dem umgebenden äußeren Druckmantel 40;

dadurch wird das Flammenrohr 22 gekühlt und es bedarf vorzugsweise keiner weiteren Kühlung.

[0074] Durch eine vorzugsweise 3D-Fertigung der Bodenplatte 4, insbesondere mittels SLM, können diese Funktionen ideal miteinander vereint werden.

[0075] Die Vermischung des Brennstoffs erfolgt hier vorzugsweise erst in der Brennkammer 30.

[0076] Figur 6 zeigt auch, dass Dampf in den Bereich zwischen Flammenrohr 22 und äußerem Druckmantel 40 strömt.
Der Dampf strömt vorzugsweise in Richtung Austrittsöffnung 32.

[0077] Auch wird Dampf einem Brenner 58 zugeführt und/oder um den Brenner 58 herum.

[0078] Figur 7 stellt eine Variante der Bodenplatte 4 mit interner Vormischung in einem Mischer 55 in der Bodenplatte 4 dar, wobei die Anordnung der Eindüsungsebenen in der Dampfdurchgangspassage individuell ausgestaltet werden kann.
Auch eine Wiederholung dieser Passagen ist einfach zu ermöglichen.

[0079] In Figur 7 wird im Schnitt der Bodenplatte 4 die Mischung (HHO) von Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) und ggf. Wasser oder Wasserdampf (H₂O) innerhalb der Bodenplatte 4 des Brennkammersystems 1 dargestellt.
In dieser Variante werden Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂) in dem Mischer 55 vermischt und erst dann der Brennkammer 30 zugeführt.

[0080] Figur 8 zeigt schematisch dargestellt, wie vorzugsweise in einer Platte 110 wie der Bodenplatte 4 verschiedene Medien miteinander vermischt werden können.
In diesem Fall ist es der Wasserstoff 111, der Sauerstoff 112 und der Dampf 113, die jeweils seitlich in einen Kanal 114 einströmen und daher dort vermischt werden.
Das Gemisch tritt dann in einer Richtung 115 aus dem Kanal 114 wie zum Beispiel in den Brennraum 30 gemäß Figur 6 oder 7 aus.

[0081] Figur 9 zeigt ein einzelnes Modul 46.

[0082] Von der oberen Stirnseite 133 des Moduls 46 ausgehend sind vorzugweise mehrere Vertiefungen 130 vorhanden.

[0083] Die Form der Vertiefungen 130 kann vielfältig ausgestaltet sein, wie zum Beispiel einen sich verengenden, keilförmigen Verlauf in der Ebene der Grundfläche 134 der Vertiefung 130 aufweisen.

[0084] Die Grundfläche 134 einer Vertiefung 130 ist vorzugsweise flach ausgestaltet, d.h. die Brennkammerachse 31 (bzw. eine Parallele dazu) steht senkrecht auf der Grundfläche 134 (Fig 9, 14)
oder
die Grundfläche 134 ist ansteigend oder absteigend ausgebildet, d.h. die Brennkammerachse 31 (bzw. eine Parallele dazu) steht nicht senkrecht auf der Grundfläche 134, wie es in Figuren 10, 15 für einige Dampfdurchlässe 150 im Schnitt der Module 46 zu erkennen ist.

[0085] Die Geometrie und Anordnung der Dampfdurchlässe 150 kann für jedes einzelnes Modul 46 verschieden oder für die jeweiligen Module 46', 46", ... gleich sein.

[0086] Die Geometrie und Anordnung der Dampfdurchlässe 150 kann auch insbesondere für ein einzelnes Modul 46 verschieden sein.

[0087] Figur 16 zeigt eine Aufsicht auf ein Modul 46' gemäß Figur 9 (bzw. Fig. 14).
Jede Vertiefung 130', 130", 130"', ... weist eine Mittellinie 131', 131", 131" auf. Die Mittelinie 131', ... teilt die Grundfläche 134 hälftig auf.
Die Mittelinien 131', 131", ... der Vertiefungen 130', 130", ... treffen sich vorzugsweise in der Mitte des Moduls 46, also im Punkt der Brennkammerachse 31.
Hier ist die Grundfläche 134 vorzugsweise keilförmig (stumpfkugelförmig) ausgebildet, da die Kanten der Grundfläche 134 Radiale darstellen.

[0088] Ebenso kann die Vertiefung 130 mit seiner Mittellinie 131 so ausgestaltet sein, dass die Mittellinie 131 der Grundfläche 134 nicht durch die Brennkammerachse 31 verläuft, wie es in Figur 17 exemplarisch für eine Vertiefung 130 angedeutet ist. Dadurch wird ein tangentialer Drall ermöglicht, wenn ein Fluid, hier Dampf, durch den Dampfdurchlass strömt.
Die Grundfläche 134 ist daher hier vorzugsweise nicht keilförmig ausgebildet.

[0089] Die Grundfläche 134 kann vorzugsweise auch quadratisch oder rechteckig ausgebildet sein.

[0090] Das Modul 46 kann ebenso wiederum aus mehreren Elementen 48', 48", ... bestehen.
Ein solches Element 48', 48", ... eines Moduls 46 ist durch die gestrichelten Trennungslinien 49', ... in Figur 14 dargestellt.

[0091] Jedes Modul 46 (Fig. 9) oder Element 48', ... (Fig. 14) für ein Modul 46 gemäß Figuren 9, 14, 16, 17 kann Dampfpassagen 50 aufweisen, die an sich schon Durchgangslöcher darstellen.

[0092] Dampfdurchlässe 150 mit demselben Zweck der Dampfpassagen 50 ergeben sich erst durch Stapelung der einzelnen Module 46',

[0093] In Figur 10 wird der Sinn der Vertiefungen 130 deutlich, weil durch die Stapelung mehrerer Module 46' bis 46"" sich aus den Vertiefungen 130 Durchgangslöcher für das Flammenrohr 22, also Dampfdurchlässe 150 ergeben.

[0094] Diese Dampfdurchlässe 150 können ebenso vorzugsweise in ihrer Geometrie frei ausgewählt und gestaltet werden.

[0095] Ein solcher Dampfdurchlass 150 kann auch erst durch die Stapelung zweier direkt aufeinander liegender Module 46', 46 ... vollständig entstehen, insbesondere wenn die Stirnseiten 133 jeweils eine halbkreisförmige Vertiefung aufweisen, die zusammen übereinander gestapelt einen kreisförmigen Querschnitt ergeben.

[0096] Ebenso können Dampfdurchlässe 150 aufgrund der Vertiefungen 130 und Dampfpassagen 50 gleichzeitig vorhanden sein (Fig 15) .

[0097] In der Brennkammer 30 ist am Boden ein Brenner 58 angeordnet (Fig. 11).

[0098] Dieser Brenner 58 ist vorzugsweise ein Porenbrenner.

[0099] Für einen Zünder 405 ist ein Design möglich, bei dem der Zünder 405 seitlich in die Brennkammer 30 eingebracht wird (Figur 11).
In Figur 11 ist schematisch dargestellt, wie die Anordnung von Zünder 405 und Brenner 58 ausgestaltet ist.
Durch eine Dampfpassage 50 oder eine andere Durchführung wird der Zünder 405 quer zur Längsrichtung über dem Brenner 58 zugeführt oder ist dort vorhanden.

[0100] Der Zünder 405 ist vorzugsweise in die Brennkammer zuführbar, so dass im Betrieb nach der erstmaligen und einmaligen Zündung der Zünder 405 aus dem hoch korrosiven Bereich entfernt werden kann.

[0101] In Längsrichtung der Brennkammer 30 gesehen weist der Zünder 405 einen entsprechenden Abstand 400 zum Brenner auf.
Die Zündung findet zwischen Brenner 58 und Zündungsvorrichtung 405 statt.

[0102] Nach dem Zünden, also im Booster-Betrieb, kann der Zünder 405 aus der Brennkammer 30 herausgefahren werden.

[0103] Figur 12 zeigt die Aufsicht auf einen Flansch 700 mit Bodenplatte 4 mit Dampfeingangs-Öffnungen, Drainageöffnungen für Entwässerungsleitungen 33 für die Abfuhr von Kondensaten aus dem Booster, der Öffnung für den Brenner 58.

[0104] Durch Öffnungen 703 \ 703" wird von dem Dampf der bestehenden Anlage Dampf dem Brennkammersystem 1 zugeführt. Dies sind vorzugsweise mehrere Öffnungen, die insbesondere gleichmäßig um den Umfang verteilt sind.

[0105] Zwischen den Öffnungen 703', ... sind schematisch die Stangen 43 angeordnet, die ebenfalls vorzugsweise gleichmäßig um den Umfang verteilt sind.
Der Dampf strömt also hier in den Zwischenraum 41 zwischen äußerem Druckmantel 40 und Flammenrohr 22 ein.

[0106] Zu erkennen sind auch die Drainageöffnungen für Entwässerungsleitungen 33.
Zentral angeordnet ist der Brenner 58, um den herum die Dampfleitungen 25', 25", ... angeordnet sind.
Der Verlauf der Module 46 ist ebenfalls dargestellt.

[0107] Ein Ventil für das Abspritzen der Dampfleitung ist vorzugsweise ebenfalls vorgesehen.

[0108] Das Brennkammersystem 1 ist vorzugsweise in Reihe geschaltet mit einem Dampfrohr einer bestehenden Anlage und wird dort mittels dem Flansch in Reihe geschaltet.

[0109] Für die Fertigung der keramischen Segmente ist ein dreiteiliges Formenkonzept vorgesehen, bei dem die keramische Masse am Umfang eingefüllt wird. Das Ziel hierbei ist es, die beiden Auflageflächen endkonturnah zu fertigen und Nachbearbeitung möglichst komplett zu vermeiden.

Ansprüche

1. Brennkammersystem (1),
in der
Wasserstoff (H₂) und
vorzugsweise Sauerstoff (O₂)
in der Anwesenheit von
Wasser (H₂O) und/oder Wasserdampf (28, H₂O)
in einer Brennkammer (30) verbrannt werden kann,
bei dem die Brennkammer (30) außen in einem Zwischenraum (41) von Dampf (28) umströmbar ist,
insbesondere über die gesamte Länge der Brennkammer (30) im Zwischenraum (41) eines Flammenrohrs (22) umströmbar ist.

2. Brennkammersystem (1) nach Anspruch 1,
bei dem der Zwischenraum (41) am Ende der Brennkammer (30), insbesondere im Bereich einer Austrittsöffnung (32) des Flammenrohrs (22) geschlossen ausgebildet ist,
ganz insbesondere der Zwischenraum (41) einen abgeschlossen Raum darstellt.

3. Brennkammersystem nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2,
bei dem die Länge
der Brennkammer (30) oder
des Flammenrohrs (22)
mindestens dreimal
insbesondere drei bis fünf Mal,
so lang wie der hydraulische Durchmesser der Brennkammer (30) oder
des Flammenrohrs (22)
ausgebildet ist.

4. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2 oder 3,
deren Brennkammer (30) über die Länge,
insbesondere die gesamte Länge,
den gleichen Querschnitt quer zur Brennkammerachse (31) aufweist.

5. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3 oder 4,
dessen Brennkammer (30) durch das Flammenrohr (22) gebildet wird,
wobei das Flammenrohr (22) im Querschnitt ring- oder rohrförmig,
insbesondere im Querschnitt kreis- oder oval-förmig, ausgebildet ist.

6. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4 oder 5,
dessen Brennkammer (30) durch das Flammenrohr (22) gebildet wird,
wobei das Flammenrohr (22) modular aufgebaut ist, insbesondere mehrere Module (46', 46", ...) aufweist,
die insbesondere ring- oder rohrförmig ausgebildet sind, und insbesondere im Querschnitt kreis- oder oval-förmig ausgebildet sind.

7. Brennkammersystem nach Anspruch 6,
bei dem die Module (46', 46", ...) übereinander, insbesondere koaxial,
angeordnet sind.

8. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7,
bei dem die Module (46', 46", ...) oder
das Flammenrohr (22)
keramisch ausgebildet sind,
insbesondere auf Basis von Oxidkeramik,
ganz insbesondere auf der Basis von
Aluminiumoxid oder
Aluminiumoxid/Spinell.

9. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der Ansprüche 6, 7 oder 8,
bei dem die einzelnen Module (46', 46", ...) Mittel (101, 102) aufweisen,
durch die sie gegeneinander befestigt werden,
insbesondere durch Nut (102) und Feder (101).

10. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) und/oder Wasserdampf
über eine Bodenplatte (4)
insbesondere in einer Ebene,
in die Brennkammer (30) einströmen können.

11. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) und/oder Wasserdampf
in einer Bodenplatte (4) vermischt werden können, insbesondere in einem Mischer (55) vermischt werden können, und
über eine Bodenplatte (4)
insbesondere in einer Ebene,
in die Brennkammer (30) einströmen können.

12. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem das Flammenrohr (22) oder
die Module (46', 46", ...)
Dampfpassagen (50) und/oder
die Module (46', 46", ...) Dampfdurchlässe (150) aufweisen, durch die Dampf in die Brennkammer (30) einströmen kann.

13. Brennkammersystem nach Anspruch 12,
bei dem die Dampfpassagen (50) so ausgebildet sind,
um ein Anlegen einer heißen Flamme an die Wand des Flammenrohrs (22) zu verhindern.

14. Brennkammersystem nach einem oder beiden der Ansprüche 12 oder 13,
bei dem die Dampfpassagen (50) und/oder Dampfdurchlässe (150) sich über die gesamte Länge und/oder Umfang des Flammenrohrs (22) oder seiner Module (46', 46", ...) erstrecken.

15. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
das einen äußeren Druckmantel (40) aufweist,
der die Brennkammer (30) umschließt und so den Zwischenraum (41) bildet,
wobei insbesondere der Zwischenraum (41) direkt durch den Druckmantel (40) und dem Flammenrohr (22) direkt begrenzt wird.

16. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei der die Brennkammer (30) am anderen Ende eine obere Platte (44) aufweist,
die an dem Druckmantel (40) anliegen,
so dass sie den Zwischenraum (41) bilden.

17. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
das eine Dampfzuleitung (9) aufweist,
die Dampf (28) in die Brennkammer (30) und
in den Zwischenraum (41),
insbesondere auf Höhe der Bodenplatte (4),
leiten kann,
so dass der Dampf von Bodenplatte Richtung Austrittsöffnung (32) strömen kann.

18. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
das einen Zünder (405) aufweist,
der insbesondere in die Brennkammer (30) ein- und aus führbar ist.

19. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
das zumindest aufweist:

Entwässerungsleitungen (33) und/oder

Überdruckventile oder einen Überdruckschutz (36) und/oder eine Dampfüberbrückung 39 (Bypass) und/oder eine H₂O-Abspritzung (42),

vorzugsweise am Ende des Brennzylinders (7), und/oder ein Spülsystem (3),

das Zuleitungen durchspülen kann,

insbesondere unter der Verwendung von Stickstoff.

20. Brennkammersystem nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
das einen Flansch (700) aufweist,
insbesondere mit der Bodenplatte (4),
mit Dampfeingangs-Öffnungen (703, ...),
mit Drainageöffnungen für Entwässerungsleitung (33) für die Abfuhr von Kondensaten,
insbesondere mit einer Öffnung für den Brenner (58).

21. Verfahren zur Erzeugung von Dampf,
insbesondere von Prozessdampf,
bei dem ein Brennkammersystem (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche mit einer Brennkammer (30) verwendet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21,
bei dem Wasserstoff (H₂) und
vorzugsweise Sauerstoff (O₂)
in der Anwesenheit von
Wasser (H₂O) oder Wasserdampf (28, H₂O)
in der Brennkammer (30) verbrannt wird,
insbesondere nur Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂)
verbrannt und/oder
nur Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) sowie Wasserdampf in die Brennkammer (30) eingeführt wird.

23. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 21 oder 22,
bei dem die Brennkammer (30)
außen in einem Zwischenraum (41),
insbesondere in einem geschlossenen Zwischenraum (41),
um die Brennkammer (30) von Dampf (28) umströmt wird,
und insbesondere der Dampf in Richtung Austrittsöffnung (32) strömt,
wodurch das Flammenrohr (22) gekühlt wird,
insbesondere ohne weitere Kühlung gekühlt wird.

24. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 21, 22 oder 23,
bei dem Dampf,
insbesondere der komplette Dampf aus dem Zwischenraum (41) in die Brennkammer (30) einströmt.

25. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche 21, 22, 23 oder 24,
bei dem Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) sowie Wasserdampf über eine Bodenplatte (4) insbesondere in einer Ebene,
in die Brennkammer (30) einströmen.

26. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem Wasserstoff (H₂) und vorzugsweise Sauerstoff (O₂) und/oder Wasserdampf in einer Bodenplatte (4) vermischt werden,
insbesondere in einem Mischer (55) vermischt werden, und über eine Bodenplatte (4)
insbesondere in einer Ebene,
in die Brennkammer (30) einströmen.

27. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem Dampf in den Zwischenraum (41) strömt,
um das Flammenrohr (22) bei Nicht-Betrieb warm zu halten oder
zu erwärmen.

28. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Brennkammer (30) in Dampfatmosphäre von 1bar bis 140bar betrieben wird,
insbesondere bei 1bar bis 80bar,
betrieben wird.

29. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Brennkammer (30) in Dampfatmosphäre von mindestens 2bar,
insbesondere mindestens 6bar,
betrieben wird.

30. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei die Brennkammer (30) mit einem Druckverlust von 100mbar - 3000mbar betrieben wird.

31. Verfahren nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche,
bei dem Dampf um einen Brenner (58) während der Verbrennung strömt.

32. Anlage,
die ein Brennkammersystem (1) gemäß einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche aufweist.

33. Anlage nach Anspruch 32,
bei der es sich um eine Dampfturbinenanlage handelt.

34. Anlage nach Anspruch 32,
bei der es sich um eine Gas- und Dampfturbinenanlage handelt.

35. Anlage nach Anspruch 32, 33 oder 34,
bei der es sich um eine Anlage zur Dampferzeugung für Prozessdampf handelt.

Zeichnung