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DE102009025934A1 - Diffusionsspitze für magere Direkteinspritzung und zugehöriges Verfahren - Google Patents

Diffusionsspitze für magere Direkteinspritzung und zugehöriges Verfahren Download PDF

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DE102009025934A1
DE102009025934A1 DE102009025934A DE102009025934A DE102009025934A1 DE 102009025934 A1 DE102009025934 A1 DE 102009025934A1 DE 102009025934 A DE102009025934 A DE 102009025934A DE 102009025934 A DE102009025934 A DE 102009025934A DE 102009025934 A1 DE102009025934 A1 DE 102009025934A1
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DE
Germany
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fuel
air
radially
outlet
tube
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Withdrawn
Application number
DE102009025934A
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English (en)
Inventor
Balachandar Cincinnati Varatharajan
Willy Steve Ziminsky
John Joseph Lipinski
Gilbert O. Kraemer
Ertan Yilmaz
Benjamin Paul Lacy
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air
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    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
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    • F23D2900/00008—Burner assemblies with diffusion and premix modes, i.e. dual mode burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D—BURNERS
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Eine Düse (36) für eine Gasturbinenbrennkammer enthält ein erstes radial äußeres Rohr (38), das einen ersten Kanal (50) mit einem Einlass (40) und einem Auslass (42) definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, einer Reaktionszone der Brennkammer Luft zuzuführen. Ein Mittenkörper (43) ist innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs (38), wobei der Mittenkörper ein zweites radial mittleres Rohr (44) zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und ein drittes radial inneres Rohr (54) zum Zuführen von zusätzlicher Luft zu der Reaktionszone enthält. Das zweite Zwischenrohr (44) besitzt ein erstes Auslassende, das durch eine erste Endwand (56) verschlossen ist, die mit mehreren im Wesentlichen parallelen, axial ausgerichteten Luftauslasskanälen (60) für die zusätzliche Luft in dem dritten radial inneren Rohr (54) ausgebildet ist, wobei jeder Luftauslasskanal (60) entsprechende mehrere zugeordnete Brennstoffauslasskanäle (58) in der ersten Endwand für den Brennstoff in dem zweiten radial mittleren Rohr (44) besitzt, und wobei ferner die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle (48) nicht-parallele Mittenachsen haben, die eine Mittenachse des entsprechenden Luftauslasskanals (60) schneiden, um lokal den Mittenkörper (43) verlassenden Brennstoff und Luft zu vermischen.

Description

  • Diese Erfindung betrifft im Wesentlichen die Verbrennung in Turbinen und insbesondere eine Düse für magere Direkteinspritzung zum Erzielen niedrigerer NOx-Emissionen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Wenigstens einige bekannte Gasturbinen verbrennen ein Brennstoff/Luft-Gemisch, um Wärmeenergie aus dem Gemisch zum Erzeugen eines Hochtemperaturverbrennungsgasstroms freizusetzen, der einer Turbine über einen Heißgaspfad zugeführt wird. Die Turbine wandelt die thermische Energie aus dem Verbrennungsgasstrom in mechanische Energie um, die die Turbinenwelle drehen lässt. Die von der Turbine abgegebene Energie kann zum Antreiben einer Maschine, beispielsweise eines elektrischen Generators, einer Pumpe oder dergleichen verwendet werden.
  • Wenigstens ein Nebenprodukt der Verbrennungsreaktion kann behördlichen Einschränkungen unterliegen. Beispielsweise kann in thermisch gesteuerten Reaktionen Stickstoffoxid (NOx) durch eine Reaktion zwischen Stickstoff und Sauerstoff in der Luft, ausgelöst durch hohe Temperaturen, in der Gasturbine erzeugt werden. Im Allgemeinen nimmt der Maschinenwirkungsgrad zu, wenn die Temperatur des in einen Turbinenabschnitt der Gasturbine eintretenden Verbrennungsgasstroms zunimmt. Eine Erhöhung der Verbrennungsgastemperatur kann jedoch eine erhöhte Erzeugung von unerwünschtem NOx ermöglichen.
  • Eine Verbrennung erfolgt normalerweise an dem oder in der Nähe eines stromaufwärts befindlichen Bereichs einer Brennkam mer, der normalerweise als die Reaktionszone oder die Primärzone bezeichnet wird. Inerte Verdünnungsmittel können zur Verdünnung des Brennstoff/Luft-Gemisches eingeführt werden, um Spitzentemperaturen und damit NOx-Emissionen zu verringern. Jedoch stehen inerte Verdünnungsmittel nicht immer zur Verfügung, können nachteilig einen Wärmeaufwandskoeffizienten der Maschine beeinflussen und können die Kapital- und Betriebskosten erhöhen. Dampf kann als Verdünnungsmittel eingeführt werden, kann aber die Lebensdauererwartung der Komponenten des Heißgaspfades verkürzen.
  • In dem Versuch, die NOx-Emissionen während eines Turbinenbetriebs zu steuern, nutzen wenigstens einige bekannte Turbinen Brennkammern, die mit einem mageren Brennstoff/Luft-Verhältnis und/oder mit Brennstoff arbeiten, der mit Luft vorvermischt wird, bevor er in die Brennkammerreaktionszone eingeführt wird. Vorvermischung kann eine Verringerung der Verbrennungstemperaturen und somit der NOx-Ausbildung ermöglichen, ohne eine Verdünnungsmittelzusetzung zu erfordern. Jedoch kann, wenn der verwendete Brennstoff ein Prozessgas oder synthetisches Gas ist, ausreichend Wasserstoff vorhanden sein, sodass eine damit auftretende hohe Flammengeschwindigkeit eine Selbstentzündung, Flammenrückschlag und/oder Flammenhaltung innerhalb einer Mischvorrichtung ermöglichen kann. Vormischdüsen haben auch einen verringerten Herunterfahrbereich, da sehr magere Flammen verlöschen können.
  • Um die Herunterfahrfähigkeit zu erweitern, werden Vormischdüsen verwendet, welche eine Diffusionsspitze verwenden, um Brennstoff für Hochfahr- und Teillast-Zustände einzuspritzen. Eine Diffusionsspitze ist typischerweise an dem Mittenkörper der Vormischdüse angebracht. Syngas-Brennkammern verwenden auch eigenständige Diffusionsdüsen zum Verbrennen einer Vielzahl unterschiedlicher Brennstoffe, um Flammenhaltung/ Rückschlag bei Brennstoffen mit hohem Wasserstoffanteil und Erlöschen bei Brennstoffen mit niedriger Wobbezahl zu verhindern. Ein Nachteil in diesen Systemen sind hohe NOx-Pegel beim Betrieb in einem Pilot- oder Pilot-Vormischmodus. Derzeit werden Gleichströmungs-Diffusionsspitzen verwendet, um Pilotflammen zur Stabilität, Herunterfahrfähigkeit und Brennstoffflexibilität bereitzustellen. Diese Anordnung führt jedoch ebenfalls zu hohem NOx.
  • Ein Magerdirekteinspritzungs-(LDI-Lean Direct Injection)-Verbrennungsverfahren ist typischerweise als ein Einspritzschema definiert, das Brennstoff und Luft in einem Brennraum einer Brennkammer ohne Vorvermischung der Luft und des Brennstoffs vor der Einspritzung ähnlich wie bei herkömmlichen Diffusionsdüsen einspritzt. Dieses Verfahren kann jedoch eine verbesserte rasche Vermischung in der Verbrennungszone bereitstellen, welche zu niedrigeren Spitzenflammentemperaturen als sie in herkömmlichen nicht-vorgemischten oder Diffusionsverbrennungsverfahren zu finden sind, und somit zu niedrigeren NOx-Emissionen führt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß einem Aspekt wird eine neue LDI-Düse für eine Gasturbinenbrennkammer bereitgestellt. Die Düse weist ein erstes radial äußeres Rohr auf, das einen ersten Kanal mit einem Einlass und einem Auslass definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, Luft einer Reaktionszone der Brennkammer zuzuführen; einen Mittenkörper innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs, wobei der Mittenkörper aus einem zweiten radial mittleren Rohr zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und einem dritten radial inneren Rohr zum Zuführen von Luft in die Reaktionszone besteht; wobei das zweite Zwischenrohr ein erstes Auslassende besitzt, das durch eine erste Endwand ver schlossen ist, die mit mehreren im Wesentlichen parallelen, axial ausgerichteten Luftauslasskanälen für die zusätzliche Luft in dem dritten radial inneren Rohr ausgebildet ist, wobei jeder Luftauslasskanal entsprechende mehrere zugeordnete Brennstoffauslasskanäle in der ersten Endwand für den Brennstoff in dem zweiten radial mittleren Rohr besitzt, und wobei ferner die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle nicht-parallele Mittenachsen besitzen, die eine Mittenachse des entsprechenden Luftauslasskanals schneiden, die dafür eingerichtet sind, lokal den Mittenkörper verlassenden Brennstoff und Luft zu vermischen.
  • In einem weiteren Aspekt wird eine Düse für eine Gasturbinenbrennkammer bereitgestellt, welche aufweist: ein erstes radial äußeres Rohr, das einen ersten Kanal mit einem Einlass und einem Auslass definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, Luft einer Verbrennungszone der Brennkammer zuzuführen; einen Mittenkörper in dem ersten radial äußeren Rohr, wobei der Mittenkörper aus einem zweiten radial mittleren Rohr zum Zuführen von Brennstoff in die Reaktionszone besteht, und einem dritten radial inneren Rohr zum Zuführen von Luft zu der Reaktionszone; und Mitteln zur lokalen Vermischung des Brennstoffs und der zusätzlichen Luft angrenzend an das Auslassende des Mittenkörpers.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Betreiben einer Turbine bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Bereitstellen wenigstens einer Düse zum Zuführen von Brennstoff und Luft zu einer Reaktionszone einer Brennkammer, wobei die Düse ein erstes radial äußeres Rohr aufweist, das einen ersten Kanal mit einem Einlass und einem Auslass definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, Vorgemischluft der Reaktionszone zuzuführen; einen Mittenkörper innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs, wobei der Mit tenkörper aus einem zweiten radial mittleren Rohr mit einer stromabwärts befindlichen Spitze zum Zuführen von Brennstoff zu der zu der Reaktionszone und einem dritten radial inneren Rohr zum Zuführen von zusätzlicher Luft zu der Reaktionszone besteht; und Bewirken eines Brennstoffstroms aus dem zweiten radial mittleren Rohr so, dass er sich mit dem zusätzlichen Luftstrom aus dem dritten radial inneren Rohr im Wesentlichen sofort nach dem Verlassen des Mittenkörpers überschneidet.
  • Die Erfindung wird nun im Detail in Verbindung mit den nachstehend angegebenen Zeichnungen beschrieben.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Vormischdüse mit einer Diffusionsspitze;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer Düse mit magerer Direkteinspritzung gemäß einer ersten exemplarischen, jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ist eine Aufrissansicht des Mittenkörper-Spitzenabschnittes der in 2 dargestellten Düse;
  • 4 ist eine schematische Darstellung einer Düse mit magerer Direkteinspritzung gemäß einer zweiten exemplarischen, jedoch nicht einschränkenden Ausführungsform; und
  • 5 ist eine Vorderseitenaufrissansicht des Mittenkörper-Spitzenabschnittes der in 4 dargestellten Düse.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In 1 ist eine bekannte DLN (Dry, low NOx) – Vormischdüse 10 mit einer Diffusionsspitze zur Steuerung und gesteuerten Vorvermischung dargestellt. Die Düse 10 ist mit einer radial äußeren Wand 12 mit einem Lufteinlass 14 und einem Auslass 16 ausgebildet. Ein Mittenkörper 18 erstreckt sich in die Düse und ist entlang der Längsmittenachse der Düse positioniert. Der Mittenkörper 18 definiert einen Brennstoffkanal 20, der einen Teil des Brennstoffs einem Brennstoffvormisch-Einspritzring 22 zuführt, der den Mittenkörper 18 umgibt und sich radial zwischen dem Mittenkörper und der radial äußeren Wand 12 der Düse erstreckt. Brennstoff kann somit in den radial äußeren Luftkanal über den radialen Brennstoffkanal 24 eingeführt werden und somit der Brennstoff und Luftstrom stromaufwärts vor der Brennkammerreaktionszone vorvermischt werden. Der restliche Brennstoff strömt entlang dem Kanal 20 und tritt dabei an der stromabwärts befindlichen Mittenkörperspitze aus, wie es nachstehend detailliert beschrieben wird.
  • Der Mittenkörper 18 ist auch mit einem inneren Rohr 28 zum Zuführen von Luft zu der Mittenkörperspitze versehen. Das stromabwärts befindliche oder Auslassende des Mittenkörpers 18 besitzt eine geschlossene Endwand oder Spitze 30 mit entsprechenden ringförmigen Anordnungen von Brennstoffauslassöffnungen 32 und Luftauslassöffnungen 34. In dieser bekannten Anordnung sind die Öffnungen 32, 34 nach außen in Bezug auf die Längsachse in einem Winkel so angestellt, dass sie eine Vermischung mit der in dem radial äußeren Kanal 26 strömenden Vorgemischluft bewirken. Man beachte jedoch, dass sich die Strömungspfade des die Öffnungen 32, 34 verlassenden Brennstoffs und der Luft nicht überschneiden, und somit keine lokale gegenseitige Vermischung des Brennstoffs und der Luft an der Mittenkörperspitze auftritt.
  • 2 stellt eine exemplarische, aber nicht einschränkende Ausführungsform einer LDI-Düse 36 gemäß dieser Erfindung dar. Wie in der vorstehend beschriebenen bekannten Düsenkonstruktion ist die Düse 36 mit einer radial äußeren Wand 38 mit einem Lufteinlass 40 und einem Auslass 42 ausgebildet. Ein Mittenkörper 44 erstreckt sich in die Düse und ist entlang der Längsmittenachse der Düse positioniert. Der Mittenkörper 44 definiert einen ringförmigen Brennstoffkanal 46, der einen Teil des Brennstoffs einem radial ausgerichteten Brennstoffvormisch-Einspritzring 48 zuführt, der den Mittenkörper 44 ergibt und sich radial zwischen dem Mittenkörper 44 und der radial äußeren Wand 38 erstreckt. Brennstoff wird in einen radial äußeren Luftkanal 50 über radiale Brennstoffkanäle 52 zum Vorvermischen von Brennstoff und Luft in den Kanal stromaufwärts vor der Brennkammerreaktionszone eingeführt. Der restliche Brennstoff strömt entlang dem Kanal 46 zu der Mittenkörperspitze.
  • Der Mittenkörper 44 ist auch mit einem inneren Rohr 54 zum Zuführen von Luft zu der Mittenkörperspitze versehen. Das Rohr 54 liegt wie das Rohr 28 in der Mitte oder Längsachse der Düse, d. h., die Rohrpaare 18, 28 bzw. 44, 54 sind konzentrisch angeordnet. Das stromabwärts befindliche Ende oder die Spitze des Mittenkörpers 44 besitzt eine geschlossene Endwand oder Spitze 56, die mit relativ kleineren im Winkel angestellten Brennstoffauslassöffnungen (oder Kanälen) 58 und relativ größeren koaxialen Luftauslassöffnungen (oder Kanälen) 60 ausgebildet ist. In dieser exemplarischen Ausführungsform hat das radial innere Rohr 54 seine eigene geschlossene Endwand oder Spitze 62 stromaufwärts vor der Endwand 56, wobei Rohre 64 Luftauslassöffnungen 66 des inneren Rohrs 54 mit den Luftauslassöffnungen 60 in der Endwand oder Spitze 56 verbinden. Auch gemäß 3 führt jede Luftauslassöffnung 60 einen Luftstrom axial von dem Mittenkörper weg in einer Stromabwärtsrichtung zu dem Düsenauslass 42. Diese Luftauslässe könnten, falls gewünscht, tangential angeordnet sein, um der Strömung einen Wirbel zu verleihen. Jede Luftauslassöffnung 60 hat ihren eigenen zugeordneten Satz von relativ kleineren Brennstoffauslassöffnungen 58, die an im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stellen angeordnet sind, wobei die Anzahl und Ausrichtung so festgelegt ist, dass die Vermischung maximiert wird, während gleichzeitig der gewünschte brennstoffseitige Druckabfall beibehalten wird. Zusätzlich ist jeder einer speziellen Luftauslassöffnung 60 zugeordnete Satz von Brennstoffauslassöffnungen 58 so angeordnet, dass die Achsen der Brennstoffauslasskanäle 58 die Mittenachse des zugeordneten Luftauslasskanals 60 schneiden. Mit anderen Worten, jeder Luftauslassstrom durch die Kanäle 60 an der Spitze 56 des Düsenmittenkörpers 44 wird von aus diametral gegenüberliegenden Kanälen oder Öffnungen 58 kommenden Brennstoffströmen getroffen, d. h., geschnitten. Diese Anordnung erzeugt eine raschere Vermischung von Brennstoff und Luft an der Mittenkörperspitze 56 als in derzeitigen Diffusionsspitzendüsen, und eine bessere Vermischung mit der vorgemischten Luft und dem Brennstoff in dem Luftkanal 50, um NOx weiter zu reduzieren. Die Brennstoffauslassöffnungen könnten ebenfalls über eine bestimmte Strecke in die Luftöffnungen zurückversetzt sein, um eine gewisse zusätzliche Vorvermischung zu erzeugen.
  • 4 und 5 stellen eine Variante der in den 3 und 4 dargestellten Düsenkonfiguration dar. Wo zutreffend, werden ähnliche Bezugszeichen, jedoch mit vorangestellten ”1” in den 4 und 5 verwendet, um entsprechende mechanische Teile zu bezeichnen. Nachstehend nicht erwähnte spezifische Komponententeile können sowohl hinsichtlich Aufbau als auch Betriebsweise als zu entsprechenden Komponenten ähnlich betrachtet werden, die in Verbindung mit den 2 und 3 beschrieben wurden. Somit ist in dieser Variante die geschlossene Endwand oder Spitze 156 des Mittenkörpers 144 im Wesentlichen radial über den Mittenkörper hinaus mittels eines um die Spitze 156 des Mittenkörpers herum aufgebrachten Ringes 68 erweitert. Der erweiterte Abschnitt oder Ring 68 ist mit mehreren axial ausgerichteten Luftdurchtrittskanälen 70 versehen, die sich parallel zu dem Mittenkörper 144 erstrecken und mit dem radial äußeren Luftkanal 150 der Düse in Verbindung stehen. Diese Luftkanäle könnten, falls gewünscht, tangential angewinkelt sein, um der Strömung eine Verwirbelung zu verleihen. Mehrere Brennstoffrohre/Kanäle 72 erstrecken sich radial von dem Mittenkörperbrennstoffkanal 144 in den Ring 68 nach außen und liefern somit Brennstoff an die mehreren im Winkel ausgerichteten (und relativ kleinere Durchmesser aufweisenden) Brennstoffkanäle 74. Die Kanäle 74 sind dafür eingerichtet, Brennstoffströmungspfade zu erzeugen, die die Luftstromdurchtrittspfade 70 schneiden, um somit die lokale Vermischung von Luft und Brennstoff über den Durchmesser des Mittenkörpers hinaus zu erweitern.
  • Anhand von 5 kann man sehen, dass das Muster von Brennstoff- und Luftöffnungen 158, 160 erweitert worden ist, sodass es ein ähnliches Muster in zwei radial äußeren ringförmigen Reihen von Luftkanälen 70 und Brennstoffkanälen 74 durch den Kreisring 68 enthält, was die lokale Vermischung von Luft und Brennstoff an der Spitze des Mittenkörpers weiter verbessert. Wie in 3 ist die Anordnung so, dass jeder Luftkanal 70 einen Satz zugeordneter Brennstoffkanäle 74 an diametral gegenüberliegenden Stellen enthält, die nach innen gerichtet angewinkelt sind, um den Luftstrom zu schneiden, wobei die Anzahl und Ausrichtung so festgelegt ist, dass die Vermischung maximiert wird, während gleichzeitig der gewünschte brennstoffseitige Luftabfall beibehalten wird. Die Brennstoffauslassöffnungen könnten ebenfalls über einen bestimmten Abstand in die Luftöffnungen zurückversetzt sein, um eine gewisse zusätzliche Vorvermischung bereitzustellen. Man wird jedoch erkennen, dass die Anzahl und Anordnung sowohl der Brennstoff- als auch Luftkanäle variieren kann. Man wird erkennen, dass in diesem Beispiel ein Teil der Vorvermischungsluft in den Kanal 150 umgeleitet wird, um den LDI-Mittenkörper 114 zu versorgen, was das NOx weiter verringert, indem eine magerere Flamme an der Mittenkörperspitze ermöglicht wird.
  • Somit können die hierin beschriebenen exemplarischen Implementationen der Erfindung vorteilhafte Ergebnisse in Hinblick auf verringertes NOx, erhöhte Brennstoffflexibilität und Herunterfahrfähigkeit sowie zusätzliche Flammenstabilität/verringerte Dynamik haben.
  • Es dürfte erkennbar sein, dass entweder die hierin angegebenen Luft- oder Brennstoffkanäle eine bestimmte Kombination von Luft, Brennstoff und durch diese hindurch eingespritztes Verdünnungsmittel haben können, um die Betriebsfähigkeit/Emissionen zu verbessern.
  • Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als die praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, dürfte es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offengelegte Ausführungsform beschränkt ist, sondern dass im Gegenteil diese verschiedenen Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in den Erfindungsgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, abdecken soll.
  • Eine Düse 36 für eine Gasturbinenbrennkammer weist ein erstes radial äußeres Rohr 38 auf, das einen ersten Kanal mit einem Einlass 40 und einem Auslass 42 definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, Luft einer Reaktionszone der Brennkammer zuzuführen. Ein Mittenkörper 43 ist innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs angeordnet, wobei der Mittenkörper ein zweites radial mittleres Rohr 44 zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und ein drittes radial inneres Rohr 54 zum Zuführen von Luft in die Reaktionszone enthält. Das zweite Zwischenrohr 44 besitzt ein erstes Auslassende, das durch eine erste Endwand 56 verschlossen ist, die mit mehreren im Wesentlichen parallelen, axial ausgerichteten Luftauslasskanälen 60 für die zusätzliche Luft in dem dritten radial inneren Rohr ausgebildet ist, wobei jeder Luftauslasskanal entsprechende mehrere zugeordnete Brennstoffauslasskanäle 58 in der ersten Endwand für den Brennstoff in dem zweiten radial mittleren Rohr 44 besitzt. Die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle haben nicht-parallele Mittenachsen, die eine Mittenachse des entsprechenden Luftauslasskanals 60 schneiden, um lokal den Mittenkörper 43 verlassenden Brennstoff und Luft zu vermischen.
  • Eine Düse 36 für eine Gasturbinenbrennkammer enthält ein erstes radial äußeres Rohr 38, das einen ersten Kanal 50 mit einem Einlass 40 und einem Auslass 42 definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, einer Reaktionszone der Brennkammer Luft zuzuführen. Ein Mittenkörper 43 ist innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs 38, wobei der Mittenkörper ein zweites radial mittleres Rohr 44 zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und ein drittes radial inneres Rohr 54 zum Zuführen von zusätzlicher Luft zu der Reaktionszone enthält. Das zweite Zwischenrohr 44 besitzt ein erstes Auslassende, das durch eine erste Endwand 56 verschlossen ist, die mit mehreren im Wesentlichen parallelen, axial ausgerichteten Luftauslasskanälen 60 für die zusätzliche Luft in dem dritten radial inneren Rohr 54 ausgebildet ist, wobei jeder Luftauslasskanal 60 entsprechende mehrere zugeordnete Brennstoffauslasskanäle 58 in der ersten Endwand für den Brennstoff in dem zweiten radial mittleren Rohr 44 besitzt, und wobei ferner die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle 48 nicht-parallele Mittenachsen haben, die eine Mittenachse des entsprechenden Luftauslasskanals 60 schneiden, um lokal den Mittenkörper 43 verlassenden Brennstoff und Luft zu vermischen.
    • 10
    Düse
    12
    Radial äußere Wand
    14
    Lufteinlass
    16
    Auslass
    18
    Mittenkörper
    20
    Brennstoffkanal
    22
    Einspritzring
    24
    Radialer Brennstoffkanal
    26
    Äußerer Luftkanal
    28
    Inneres Rohr
    30
    Endwand oder Spitze
    32
    Brennstoffauslassöffnungen
    34
    Luftauslassöffnungen
    36
    Düse
    38
    Äußeres Rohr
    40
    Lufteinlass
    42
    Auslass
    43
    Mittenkörper
    44
    Zwischenrohr
    46
    Ringförmiger Brennstoffkanal
    48
    Brennstoffeinspritzring
    50
    Äußerer Luftkanal
    52
    Radiale Brennstoffkanäle
    54
    Inneres Rohr
    56
    Endwand oder Spitze
    58
    Brennstoffauslasskanäle
    60
    Luftauslassöffnungen oder Kanäle
    62
    Zweite Endwand oder Spitze
    64
    Luftrohr
    66
    Luftauslassöffnungen
    68
    Ring
    70
    Durchtrittskanal
    72
    Rohre/Kanal
    74
    Brennstoffkanal
    143
    Mittenkörper
    144
    Äußeres Rohr
    150
    Kanal
    156
    Spitze
    158
    Brennstofföffnungen
    160
    Luftöffnungen

Claims (8)

  1. Düse (36) für eine Gasturbinenbrennkammer, aufweisend: ein erstes radial äußeres Rohr (38), das einen ersten Kanal (50) mit einem Einlass (40) und einem Auslass (42) definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, einer Reaktionszone der Brennkammer Vorgemischluft zuzuführen; einen Mittenkörper (43) innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs (38), wobei der Mittenkörper aus einem zweiten radial mittleren Rohr (44) in dem ersten radial äußeren Rohr (38) zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und aus einem dritten radial inneren Rohr (54) zum Zuführen von zusätzlicher Luft zu der Reaktionszone besteht; wobei das zweite Zwischenrohr (44) ein erstes Auslassende besitzt, das durch eine erste Endwand (56) verschlossen ist, die mit mehreren im Wesentlichen parallelen, axial ausgerichteten Luftauslasskanälen (60) für die zusätzliche Luft in dem dritten radial inneren Rohr (54) ausgebildet ist, wobei jeder Luftauslasskanal (60) entsprechende mehrere zugeordnete Brennstoffauslasskanäle (58) in der ersten Endwand für den Brennstoff in dem zweiten radial mittleren Rohr (44) besitzt, und wobei ferner die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle (58) nicht-parallele Mittenachsen haben, die eine Mittenachse des entsprechenden Luftauslasskanals (60) schneiden, um lokal den Mittenkörper (43) verlassenden Brennstoff und Luft zu vermischen.
  2. Düse nach Anspruch 1, wobei die entsprechenden mehreren zugeordneten Brennstoffauslasskanäle (58) einen Satz von Brennstoffauslasskanälen aufweisen, die an im Wesentlichen diametral gegenüberliegenden Stellen in Bezug auf den entsprechenden Brennstoffauslasskanal angeordnet sind.
  3. Düse nach Anspruch 2, wobei die Anzahl und Ausrichtung des Satzes von Brennstoffauslasskanälen (58) so gewählt ist, dass die lokale Vermischung von Brennstoff und Luft maximiert wird.
  4. Düse nach Anspruch 1, wobei das radial innere Rohr (54) ein zweites Auslassende axial von dem ersten Auslassende in Abstand angeordnet besitzt, wobei das zweite Auslassende von einer zweiten Endwand (62) verschlossen ist, die mit mehreren sich zwischen dem zweiten Auslassende und dem ersten Auslassende erstreckenden Luftrohren (64) ausgebildet ist.
  5. Düse nach Anspruch 4, welche einen Brennstoffeinspritzring (48) enthält, der den Mittenkörper (43) umgibt und Kanäle (52) zum Einspritzen von Brennstoff aus dem Zwischenrohr in die durch das radial äußere Rohr (38) strömende Vorgemischluft an einer Stelle stromaufwärts von dem ersten Auslassende besitzt.
  6. Düse nach Anspruch 5, wobei sich das erste Auslassende (156) radial über den Mittenkörper (143) hinaus erstreckt, wobei ein radial erweiterter Abschnitt davon Durchtrittskanäle (70) darin in Verbindung mit dem ersten Kanal (150) besitzt, wobei jeder von den Durchtrittskanälen (70) einen Teil der Vorgemischluft in dem ersten Kanal (150) zur zusätzlichen Vermischung mit Brennstoff umleitet, der den Mittenkörper (143) aus dem Zwischenrohr (144) über angewinkelte Brennstoffkanäle (74) in dem radial erweiterten Abschnitt verlässt, die Mittenachsen haben, die so ausgerichtet sind, dass sie Mittenachsen der Durchtrittskanäle (70) schneiden.
  7. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine bei Hochfahr- und Teillastzuständen mit den Schritten: Bereitstellen wenigstens einer Düse (36) zum Zuführen von Brennstoff und Luft zu einer Reaktionszone einer Brennkammer, wobei die Düse ein erstes radial äußeres Rohr (38) aufweist, das einen ersten Kanal mit einem Einlass (40) und einem Auslass (42) definiert, wobei der Einlass dafür eingerichtet ist, Vorgemischluft der Reaktionszone zuzuführen; eines Mittenkörpers (43) innerhalb des ersten radial äußeren Rohrs, wobei der Mittenkörper aus einem zweiten radial mittleren Rohr (44) mit einer stromabwärts befindlichen Spitze (56) in dem ersten radial äußeren Rohr (38) zum Zuführen von Brennstoff zu der Reaktionszone und aus einem dritten radial inneren Rohr (54) zum Zuführen von zusätzlicher Luft zu der Reaktionszone besteht; und Bewirken eines Brennstoffstroms aus dem zweiten radial mittleren Rohr (44) so, dass er sich mit dem zusätzlichen Luftstrom aus dem dritten radial inneren Rohr (54) im Wesentlichen sofort nach dem Verlassen des Mittenkörpers (43) überschneidet.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, mit dem Schritt der Umleitung eines Teils der Vorgemischluft zur weiteren Vermischung mit Brennstoff aus dem zweiten radial inneren Rohr (44) an der Spitze (44) des Mittenkörpers (43)
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