(19)
(11) EP 0 626 542 A1

(12) EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG

(43) Veröffentlichungstag:
30.11.1994  Patentblatt  1994/48

(21) Anmeldenummer: 94103313.6

(22) Anmeldetag:  04.03.1994
(51) Internationale Patentklassifikation (IPC)5F23R 3/28, F23R 3/20
(84) Benannte Vertragsstaaten:
DE FR GB

(30) Priorität: 22.03.1993 DE 4309131

(71) Anmelder: ABB Management AG
CH-5401 Baden (CH)

(72) Erfinder:
  • Schulte-Werning, Burkhard, Dr.
    CH-4055 Basel (CH)


(56) Entgegenhaltungen: : 
   
       


    (54) Verfahren und Vorrichtung zur Nachlaufbeeinflussung bei Brennkammereinbauten


    (57) Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Nachlaufbeeinflussung von Brennkammereinbauten ist in den Einbauten (2) ein Kanal (5) zur Führung eines zusätzlichen Luftmassenstromes (3) angeordnet, welcher mit Ausblaseöffnungen (6) verbunden ist, die in dem sich entgegengesetzt zur Hauptströmung (1) befindendem Teil der Einbauten angeordnet sind. Der zusätzliche Luftmassenstrom (3) wird z.B. der Brennkammerkühlluft (4) entnommen, durch den Kanal (5) geführt und vor der eigentlichen Verbrennungszone so durch die Ausblaseöffnungen (6) ausgeblasen, dass im Nachlauf der Einbauten (2) das Gebiet der rezirkulierenden Strömung minimiert wird.




    Beschreibung

    Technisches Gebiet



    [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Nachlaufbeeinflussung von Brennkammereinbauten, beispielsweise Brennstoffdüsenhalterungen, Brennstoffdüsen, Rippenstrukturen, Abstützungen, Ecken und Stufen.

    Stand der Technik



    [0002] Es ist bekannt, dass in Brennkammern oft verschiedene Einbauten angeordnet sind, deren Nachlauf die Gefahr eines unerwünschten Flammenhalters in sich birgt.

    [0003] So werden Brennstoffeindüsungen als ein Beispiel eines in eine Gasturbinenbrennkammer integrierten Bauteils konstruktiv oft über eine gekrümmte, der Brennkammerströmung ausgesetzte Zuführung verwirklicht. Die geometrisch quer zur Hauptströmung stehende Halterung der Brennstoffdüse bildet ebenso ein Totwassergebiet mit rezirkulierender Strömung aus wie das stumpfe Ende der Düse selbst Dort kann sich unter bestimmten Bedingungen ein unbeabsichtigter Flammenhaltereffekt einstellen, d.h. die Flamme brennt stabil direkt in diesem Nachlaufgebiet, weil Brennstoff durch die Strömungsrezirkulation von der Eindüsungsstelle in das Totwassergebiet transportiert wird.

    [0004] Der Nachteil dieses Standes der Technik besteht darin, dass in einer solchen Flamme durch die relativ langen Aufenhaltszeiten in der Verbrennungszone die Schadstoffbildung meist gegenüber der beabsichtigten (Vormisch-)Verbrennung stromab der Brennstoffeindüsung deutlich erhöht wird. Dieser Effekt ist im Hinblick auf die immer strenger werdenden Anforderungen an die Schadstoffemissionswerte unerwünscht.

    [0005] Ebenso kann die thermische Belastung des Bauteiles steigen und damit eine aufwendigere Kühlung der Bauteilwand notwendig machen.

    Darstellung der Erfindung



    [0006] Die Erfindung versucht, all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, welche den Nachlauf bei Brennkammereinbauten günstig beeinflussen.

    [0007] Erfindungsgemäss wird dies bei einem Verfahren dadurch erreicht, dass im Nachlauf des quer zur Hauptströmung stehenden Teils der Einbauten in eine Brennkammer ein zusätzlicher Luftmassenstrom vor der eigentlichen Verbrennungszone so ausgeblasen wird, dass das Gebiet der rezirkulierenden Strömung minimiert wird. Erfindungsgemäss wird das bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens dadurch erreicht, dass innerhalb der Einbauten ein Kanal zur Führung des zusätzlichen Luftmassenstromes angeordnet ist, welcher mit Ausblaseöffnungen verbunden ist, die in dem sich entgegengesetzt zur Hauptströmung befindendem Teil der Einbauten in mindestens einer Reihe angeordnet sind.

    [0008] Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass der unerwünschte Flammenhaltereffekt vermindert wird und trotzdem eine gute Vermischung von Zusatzluft und Hauptmassenstrom vor der Brennstoffzufuhr bzw. Verbrennung erreicht wird, so dass die Schadstoffemissionen verringert werden. Ausserdem wird eine zusätzlich thermische Belastung des Bauteiles verhindert.

    [0009] Es ist besonders zweckmässig, wenn der zusätzliche Luftmassenstrom der aufgeheizten Brennkammerkühlluft entnommen wird.

    [0010] Ferner ist es vorteilhaft, wenn der zusätzliche Luftmassenstrom zur eventuellen Kühlung der Einbauten eingesetzt wird.

    [0011] Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Ausblaseöffnungen über die gesamte Länge des Teils der Einbauten, der sich entgegengesetzt zur Hauptströmungsrichtung befindet, angeordnet sind.

    Kurze Beschreibung der Zeichnung



    [0012] In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Brennstoffdüsenhalterung einer Gasturbinenbrennkammer dargestellt. Es zeigen:
    Fig. 1
    die Anordnung der Brennstoffdüsenhalterung in der Brennkammer;
    Fig. 2
    einen Querschnitt durch die Brennstoffdüsenhalterung.


    [0013] Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Richtung der Brennkammerströmung und die Strömungsrichtung der Zusatzluft ist mit Pfeilen bezeichnet.

    Weg zur Ausführung der Erfindung



    [0014] In einer Gasturbinenbrennkammer sind an der Brennkammerwand 7 Einbauten 2 in Form einer Brennstoffdüsenhalterung 8 und einer Brennstoffdüse 9 angeordnet. Die zylinderförmige Brennstoffdüsenhalterung 8 steht quer zur Hauptströmung 1 der Brennkammer. Sie bildet wie das stumpfe Ende der Brennstoffdüse 9 selbst ein Gebiet mit rezirkulierender Strömung. Diese Gebiete werden reduziert bzw. können auch völlig beseitigt werden, wenn, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, die Brennstoffdüsenhalterung 8 und die Brennstoffdüse 9 in ihren sich entgegengesetzt zur Hauptströmung 1 befindenden Teilen mehrere Ausblaseöffnungen 6 sowie einen Kanal 5 für einen zusätzlichen Luftmassenstrom 3 aufweisen und dieser zusätzliche Luftmassenstrom 3 vor der eigentlichen Verbrennungszone so ausgeblasen wird, dass die Strömungsrezirkulation minimiert wird.

    [0015] Der zusätzliche Luftmassenstrom 3 wird dabei durch den Kanal 5 und die Ausblaseöffnungen 6 vor der eigentlichen Verbrennungszone zugemischt, so dass dieser vollständig an der Verbrennung teilnimmt und nicht zu einer indirekten Erhöhung der Schadstoffwerte führt.

    [0016] Je nach Ausblaserate kann damit die notwendige Verminderung des Flammenhaltereffekts bei trotzdem guter Vermischung von zusätzlichem Luftmassenstrom 3 und Hauptmassenstrom 1 vor der Brennstoffeindüsung 10 bzw. der Verbrennung erreicht werden.

    [0017] Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der zusätzliche Luftmassenstrom 3 der aufgeheizten Brennkammerkühlluft 4 entnommen. Selbstverständlich kann die Zusatzluft 3 auch anderen Luftströmungen entnommen werden.

    [0018] Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich daraus, dass der zusätzliche Luftmassenstrom 3 auch gleichzeitig zu einer eventuell notwendigen Kühlung der Brennstoffdüsenhalterung 8 und der Brennstoffdüse 9 verwendet werden kann.

    [0019] Die erfindungsgemässe Lösung zur Reduzierung der Nachlaufrezirkulation ist grundsätzlich bei allen Einbauten 2 in Brennkammern anwendbar, deren Nachlauf die Gefahr eines unerwünschten Flammenhalters in sich birgt. Das können z.B. neben den bereits erwähnten Brennstoffdüsenhalterungen und Brennstoffdüsen auch Rippenstrukturen, Abstützungen, Ecken und Stufen sein.

    Bezugszeichenliste



    [0020] 
    1
    Hauptströmung
    2
    Einbauten
    3
    zusätzlicher Luftmassenstrom
    4
    Brennkammerkühlluft
    5
    Kanal
    6
    Ausblaseöffnungen
    7
    Brennkammerwand
    8
    Brennstoffdüsenhalterung
    9
    Brennstoffdüse
    10
    Brennstoffeindüsung



    Ansprüche

    1. Verfahren zur Nachlaufbeeinflussung von Brennkammereinbauten, dadurch gekennzeichnet, dass im Nachlauf des quer zur Hauptströmung (1) stehenden Teils der Einbauten (2) in eine Brennkammer ein zusätzlicher Luftmassenstrom (3) vor der eigentlichen Verbrennungszone so ausgeblasen wird, dass das Gebiet der rezirkulierenden Strömung minimiert wird.
     
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftmassenstrom (3) der aufgeheizten Brennkammerkühlluft (4) entnommen wird.
     
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Luftmassenstrom (3) zur Kühlung der Einbauten (2) eingesetzt wird.
     
    4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Einbauten (2) ein Kanal (5) zur Führung des zusätzlichen Luftmassenstromes (3) angeordnet ist, welcher mit Ausblaseöffnungen (6) verbunden ist, die in dem sich entgegengesetzt zur Hauptströmung (1) befindenden Teil der Einbauten (2) in mindestens einer Reihe angeordnet sind.
     
    5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausblaseöffnungen (6) über die gesamte Länge des Teils der Einbauten (2), der sich entgegengesetzt zur Hauptströmung (1) befindet, angeordnet sind.
     




    Zeichnung







    Recherchenbericht