EP0780631B1 - Method and burner for combustion of hydrogen - Google Patents
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- EP0780631B1 EP0780631B1 EP96119733A EP96119733A EP0780631B1 EP 0780631 B1 EP0780631 B1 EP 0780631B1 EP 96119733 A EP96119733 A EP 96119733A EP 96119733 A EP96119733 A EP 96119733A EP 0780631 B1 EP0780631 B1 EP 0780631B1
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- hydrogen
- burner
- combustion chamber
- bores
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/46—Details, e.g. noise reduction means
- F23D14/70—Baffles or like flow-disturbing devices
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/20—Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
- F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D2209/00—Safety arrangements
- F23D2209/20—Flame lift-off / stability
Definitions
- the invention relates to a method for burning hydrogen and a burner to carry out the procedure.
- Hydrogen (H2) as fuel for all types of burners, for example for combustion chambers for gas turbines, is characterized by a particularly high reactivity and thus by an extraordinary great stability of the combustion, even with excess air, such as in combustion chambers modern gas turbines occur.
- NOx nitrogen oxide
- a distribution chamber of plate-like shape for the hydrogen transverse to the flow direction of the air hereinafter referred to as the main flow direction
- the distribution chamber in the main flow direction of a variety of Air ducts with an inlet opening and an outlet opening is penetrated. Every air pipe stands with small holes, which are located near the inlet opening, with the distribution chamber in connection. If H2 is now introduced into the distribution chamber, it flows across Main flow direction to the individual holes and thus reaches the air ducts. Will now at the same time Air is blown through the air guide pipes into the combustion chamber, so both gases mix within the air pipes. The mixture produced in this way then enters the combustion chamber and is ignited.
- the arrangement of the distribution chamber makes the structure of the burner essential Simplified, as this enables individual hydrogen lines to the individual air ducts or Burning zones can be avoided.
- a plate-shaped gas burner is known from US-A 1,968,359. According to FIGS. 1 and 3 This publication has 24 air channels, four channels for each of these air channels flow the fuel so that a total of 96 individual combustion zones are created. According to these orders of magnitude one skilled in the art will recognize that these firing zones used are by no means something with micro-burning zones in the respective areas of the bores of a distribution channel from one Burner for burning hydrogen, the exemplary embodiment of which he added from the FIGS. 18 and 19 and 20 and 21 including their correlating exemplary explanations below may have to do.
- EP-A 0 334 736 cannot Clearly remove process step after the readable "when starting up the burner after injecting hydrogen and air into the combustion chamber with an air environment Fine distribution to a large number of micro-combustion zones in the respective areas of the holes is formed.
- the gas burner which has become known from EP-A 0 334 736 and which passes through several nozzles the combustion of a flame generated in the air combustible compressed gas includes one Air chamber, one wall of which is perforated with a large number of openings close together, where the flame is generated.
- the invention is based on the object of a method for the diffusion combustion of H2 and a burner to carry out this procedure so that by a drastic Increase in the burning zones a significant reduction in NOx formation compared to previous ones Burners with diffusion combustion is achieved.
- Figures 1 to 4 show a burner for burning H2 for installation, for example, in the Combustion chamber of a gas turbine.
- the burner has a plate-like shape and is transverse to the main flow direction built into the combustion chamber.
- the edge area of the burner and its connection with the combustion chamber housing, not shown, is not shown and can be designed as desired his.
- the burner consists of a first perforated plate 2 and a second perforated plate 3 passing through a plurality of guide tubes 4 are kept at a constant distance d.
- the Holes can be arranged according to certain matrix mustem.
- the first perforated plate 2 is, for example made of a suitable metal and is gas impermeable.
- the second perforated plate 3 is gas-permeable and consists of a suitable porous Material, for example made of a sintered metal.
- the holes in both plates 2, 3 are congruent attached so that each hole in the first plate 2 with the associated hole of the second plate 3 forms a pair of holes.
- the cohesion of the burner is essentially due to this made that a guide tube 4 is used as a spacer and fixed in each pair of holes.
- the guide tubes 4 have peripheral beads 5 which are rolled outwards.
- the guide tubes 4 are fixed in the perforated plate 2, for example by soldering or Welding, whereas the fixation in the plate 3, for example by rolling or flanging can be done. This results in cooperation with the bead 5 between the guide tubes 4 and the perforated plate 3 each have a positive connection.
- This essentially forms the perforated plates 2, 3 with the guide tubes 4 a distribution chamber.
- the guide pin consists of Basically a cylindrical rotating body with a stop 6a, a guide part 6b, a holder 8 and a disk 9.
- the outer diameter of the guide part 6b corresponds to in about the inner diameter of the guide tube 4 and has in the example embodiment shown four axial guide channels 7.
- the bracket 8 is attached to the right of the guide part in Figures 3 and 5 and practically represents an area with a reduced diameter, which concentrically Disc 9 carries, whose outer diameter corresponds approximately to that of the guide part 6b.
- the Stop 6a is formed by a region which is short in the axial direction and whose outer diameter is larger than that of the guide part 6b.
- a guide pin 6 is inserted until the stop 6a abuts the perforated plate 2 and is in this position permanently fixed. Such an assembly forms an injector.
- the geometry the guide pin 6 is selected so that when it is inserted up to the respective stop 6a a predetermined redirection, d. H. gives a predetermined flame shape. It is also conceivable that the stops 6a are omitted for reasons of weight. In this case the insertion takes place the guide pin 6 in the guide tubes 4 in a predetermined axial position by means of a Manufacturing device.
- the extremely simple structure of the injectors enables them to be miniaturized that a much larger number of them can be installed per combustion chamber. As a result of Miniaturization in the specified order of magnitude becomes the firing zones micro-firing zones called.
- FIGS 6 and 7 show a further embodiment of a burner, consisting of individual for the hydrogen provided elongated distribution channels 11 of U-shaped cross section, the to the combustion chamber are closed off by walls 12 made of a porous sintered metal.
- the Channels 11 are connected to one another by perforated profiles 13 of an angular cross section, that in each case the free longitudinal edges of a perforated profile 13 on the longitudinal edges of two neighboring ones Distribution channels 11 are attached.
- the holes 14 are in the strip-shaped legs the perforated profiles 13 attached at a uniform distance. To start up this burner gaseous hydrogen is introduced into the distribution channels 11. At the same time, air gets through the holes 14 are blown into the combustion chamber.
- a stoichiometric one forms in the region of each bore 14 Zone that forms its own flame when the burner is ignited.
- This burner is particularly simple and can be manufactured as a sheet metal structure. You can For example, proceed so that the U-shaped distribution channels 11 are bent from sheet metal, wherein each U-leg is connected in one piece with an obliquely angled punched tape. To the insertion of the porous walls 12 through adjacent channels 11, for example Welded together along the free edges of the paper tape. This burner is can be miniaturized in such a way that several thousand combustion zones are reached within one combustion chamber become.
- the H2 is passed through the distribution chamber or distributed over the distribution channels to thousands of micro-combustion zones, so to speak microdiffusion combustion of the hydrogen takes place.
- the main advantage of this Inverse hydrogen diffusion combustion consists of good cooling of the structure that H2 is reached.
- porous metallic ones can also be used instead of the porous sintered metals Materials are used. This is how porous materials based on metallic come Fibers into consideration, such as are known, for example, under the name "felt metal". It is also conceivable that the porous material consists of a ceramic material. To the Limit the effects of inhomogeneities possibly present in a porous material, can be a perforated plate with a defined fine hole pattern of a relatively thin layer of a porous material or used alone.
- FIGS 8 to 11 show a further embodiment of a burner, but in contrast to the previous one does not work with inverse but with regular diffusion combustion.
- That burner again consists essentially of two congruent perforated plates, here with the numbers 15 and 16 are designated.
- the two perforated plates are via guide tubes 17, each of which has an inlet opening and have an outlet opening, firmly connected to each other, so that again Distribution chamber is formed.
- Several holes 18 in are in the vicinity of the outlet openings the same angular pitch attached to the guide tubes 17.
- each guide tube 17 is a guide pin 19, consisting of a stop 20, a guide part 21 and a free jet part 22, the free jet part practically having an axial section with a reduced diameter.
- the stop 20 and the guide part 21 have a Number of axially extending grooves 23, the depth of which extends to the outside diameter of the free jet part 22 can be enough.
- the number of bores 18 corresponds to that of the grooves 23.
- a micro-combustion zone is formed downstream of a bore 18, in which there is ignition a flame stabilizes the combustion chamber.
- the guide tubes 17 in the example embodiment shown each have six bores 18, there are six micro-combustion zones per guide tube. This results in a further increase in the number of firing zones.
- An application of this principle the number of combustible zones that can be installed would be based on the TRUD combustion chamber mentioned at the beginning increase to about 5000. This in turn causes a very high level even without premixing Degree of mixing is achieved, which has the consequence that the formation of NOx is largely reduced becomes.
- By rotating and / or axially displacing the guide pins 19 with respect to the guide tubes 17 various burner settings can be made. Here too there is the possibility to omit the stops 20 and the axial position of the air guide bolts based on a appropriate device to adjust.
- Figures 12 to 15 show different settings of the burner described above.
- the guide pin with the grooves 23 is set relative to the guide tube 17 with the bores 18, that the injection of hydrogen through the holes 18 into the gaps between the air jets takes place, which arrive through the grooves 23.
- 13 shows the guide pin in a position in which the guide part 21 reaches close to the holes 18. This allows the hydrogen jet can only be diverted downstream. However, if the guide part 21 is in the guide tube 17 fixes that there is a somewhat greater distance from the bores 18, as shown in FIG. 14, can there is some recirculation.
- Fig. 15 finally shows a configuration in which the by Grooves 23 incoming air jets exactly on the hydrogen jets entering through the holes to meet.
- Figures 16 and 17 show a configuration according to which the hydrogen jets and the air jets be kept separate until they enter the combustion chamber.
- Guide tubes 17 are used with the holes 18. These are back in the perforated plates 15 and 16 are used, of which only the number 16 is shown here.
- the one used here Guide pin 24 again has the grooves 23, but is otherwise with two major changes Mistake.
- the bolt with a constant diameter is approximately up to the outlet cross section guided.
- the respective guide pin 24 is in the relevant Guide tube 17 used that each bore 18 opens into a guide channel 25. hereby is the beginning of the diffusion between hydrogen and air to an area downstream from the perforated plate 16 laid, for example, to avoid excessive thermal structural loads. at In these solutions, the flames stabilize at the mouths of the guide channels 25.
- FIGs 18 and 19 show an embodiment of a burner according to the invention for regular Diffusion combustion of the two-dimensional type.
- This burner again consists of individual provided for the H2 elongated distribution channels 26, but in contrast to the Distribution channels 11 according to Figures 6 and 7 have a closed cross section.
- This Cross-section is essentially determined by a flat rectangular shape, but in its im
- the right area (FIG. 19) has a roof edge 26a. Are on both sides of the roof edge 26a fine holes 27 attached in a staggered arrangement.
- the individual distribution channels 26 held by a bracket, not shown, at a mutual distance so that they are a grid form, which can be flowed through from left to right according to FIG. 19 by the air.
- the burner 18 further comprises a perforated plate 28, which is integrated from strip-shaped gap plates is, in the longitudinal edges gaps 29 are incorporated.
- the gap plates are between two Distribution channels 26 are fixed in the area of the bores 27 by a bracket, not shown, that each hole 27 is assigned a gap 29.
- each hole 27 is assigned a gap 29.
- instead of the one drawn hole 27 also several finer holes can be arranged.
- Figures 20 and 21 show another burner according to the invention with a one-piece perforated plate 32 with holes 32a, to which a plurality of distribution channels 33 are fastened by means of brackets 34.
- the distribution channels 33 have a long round cross section and have the perforated plate 32 in their facing area a plurality of holes 35.
- the brackets 34 can be made of wire or sheet metal. 21, each hole 32a of the perforated plate 32 has two holes 35 assigned, whereby H2 can emerge according to the arrows 37.
- Figures 22 and 23 show a further embodiment of a burner.
- the partial view according to Fig. 22 shows curved distribution channels 38, which are part of an annular burner and after 23 have a long round cross section.
- Each distribution channel forms a closed one Ring, which is connected to the hydrogen line via its own connection.
- the cohesion of the burner is arranged, for example, between the individual distribution channels 38 Wavy separators 39 are produced, for example, with the distribution channels 38 are connected by welding.
- the separators 39 are each formed from a sheet metal strip and provide a sufficient distance between the individual distribution channels 38 for the passage of air for sure.
- a distribution channel 38 with a separator 39 by winding is combined into a disc-shaped or ring-shaped burner, so that the distribution channel 38 gets a spiral shape.
- Common feature of the annular and of the spiral manifolds is that they have a curved shape.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbrennen von Wasserstoff und einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for burning hydrogen and a burner to carry out the procedure.
Wasserstoff (H2) als Brennstoff für Brenner aller Art, beispielsweise für Brennkammern für Gasturbinen, zeichnet sich durch eine besonders hohe Reaktivität und damit auch durch eine außergewöhnlich große Stabilität der Verbrennung aus, und zwar auch bei Luftüberschüssen, wie sie bei Brennkammern moderner Gasturbinen auftreten. Durch Veröffentlichungen von Heywood und Mikus ist es in der Verbrennungstechnik bekannt, dass im Bereich mit genügend hohen Luftüberschüssen die Erhöhung des Mischungsgrades zu einer Reduktion der Bildung von Stickoxid (NOx) führt. Dabei ergibt sich ein Minimum der NOx-Bildung bei vollkommen homogenen Brennstoff-Luftgemischen, wie sie etwa durch Vormischung vor der eigentlichen Brennzone erzielt werden können. Ein entsprechender Vorschlag einer homogen vorgemischten Verbrennung von Wasserstoff existiert von Pratt & Whitney of Canada. Trotz der Vorteile, die die Vormischung im Hinblick auf die NOx-Reduzierung bietet, besteht ein wesentlicher Nachteil dieser Maßnahme darin, dass ein Zurückschlagen der Flamme in den Mischbereich prinzipiell möglich ist.Hydrogen (H2) as fuel for all types of burners, for example for combustion chambers for gas turbines, is characterized by a particularly high reactivity and thus by an extraordinary great stability of the combustion, even with excess air, such as in combustion chambers modern gas turbines occur. Through publications by Heywood and Mikus it is known in combustion technology that in the area with sufficiently high excess air Increasing the degree of mixing leads to a reduction in the formation of nitrogen oxide (NOx). there there is a minimum of NOx formation with completely homogeneous fuel-air mixtures, such as they can be achieved, for example, by premixing in front of the actual firing zone. A corresponding one Pratt & proposes a homogeneously premixed combustion of hydrogen Whitney of Canada. Despite the advantages of premixing in terms of NOx reduction offers, a major disadvantage of this measure is that a repulsion of the Flame in the mixing area is possible in principle.
Technische Lösungen von entsprechenden Brennern mit Vormischung zeigen einen relativ einfachen Aufbau. Hierbei wird beispielsweise eine Verteilerkammer von plattenförmiger Gestalt für den Wasserstoff quer zur Durchströmrichtung der Luft, im folgenden Hauptstromrichtung genannt, in eine Brennkammer eingesetzt, wobei die Verteilerkammer in Hauptstromrichtung von einer Vielzahl von Luftleitrohren mit einer Eintrittsöffnung und einer Austrittsöffnung durchsetzt ist. Jedes Luftleitrohr steht über kleine Bohrungen, die in der Nähe der Eintrittsöffnung angeordnet sind, mit der Verteilerkammer in Verbindung. Wird nun H2 in die Verteilerkammer eingeleitet, so strömt dieser quer zur Hauptstromrichtung zu den einzelnen Bohrungen und gelangt so in die Luftleitrohre. Wird nun gleichzeitig Luft durch die Luftleitrohre in die Brennkammer geblasen, so vermischen sich beide Gase innerhalb der Luftleitrohre. Das auf diese Weise erzeugte Gemisch gelangt dann in die Brennkammer und wird gezündet. Durch Anordnung der Verteilerkammer wird der Aufbau des Brenners wesentlich vereinfacht, da hierdurch individuelle Wasserstoffleitungen zu den einzelnen Luftleitrohren bzw. Brennzonen vermieden werden.Technical solutions from corresponding burners with premixing show a relatively simple one Construction. Here, for example, a distribution chamber of plate-like shape for the hydrogen transverse to the flow direction of the air, hereinafter referred to as the main flow direction, in a Combustion chamber used, the distribution chamber in the main flow direction of a variety of Air ducts with an inlet opening and an outlet opening is penetrated. Every air pipe stands with small holes, which are located near the inlet opening, with the distribution chamber in connection. If H2 is now introduced into the distribution chamber, it flows across Main flow direction to the individual holes and thus reaches the air ducts. Will now at the same time Air is blown through the air guide pipes into the combustion chamber, so both gases mix within the air pipes. The mixture produced in this way then enters the combustion chamber and is ignited. The arrangement of the distribution chamber makes the structure of the burner essential Simplified, as this enables individual hydrogen lines to the individual air ducts or Burning zones can be avoided.
Unter Berücksichtigung der Bedeutung des Mischungsgrades im Hinblick auf die NOx-Bildung bei der Verbrennung von H2 weisen bekannt gewordene Wasserstoff-Brenner und -Brennkammern, die ohne Vormischung, also mit Diffusionsverbrennung arbeiten, eine erhöhte Anzahl von H2-Injektionsdüsen auf. Hierbei handelt es sich in der Regel um konventionelle Dralldüsen. Entsprechende Lösungen wurden in Rußland von TRUD / Kusnetzov und in Deutschland von MTU vorgelegt. Bei Anwendung dieses Prinzips, beispielsweise durch TRUD, lässt sich die Anzahl der Brennzonen um den Faktor fünf oder größer steigern, so dass bei einer bestimmten Brennkammer die Anzahl der Brennzonen von z. B. 30 auf 150 oder mehr gesteigert werden kann. Dabei weisen die einzelnen Brennzonen noch Durchmesser von ca. 20 mm auf. Taking into account the importance of the degree of mixing in terms of NOx formation in the Combustion of H2 have become known hydrogen burners and combustion chambers without Premixing, i.e. working with diffusion combustion, an increased number of H2 injection nozzles on. These are usually conventional swirl nozzles. Appropriate solutions were presented in Russia by TRUD / Kusnetzov and in Germany by MTU. When using This principle, for example using TRUD, allows the number of firing zones to be reduced by a factor Increase five or larger, so the number of burn zones for a given combustion chamber from Z. B. 30 can be increased to 150 or more. The individual firing zones show diameter of approx. 20 mm.
Einer weiteren Verkleinerung der Brennzonen und damit einer anwachsenden Anzahl der Injektionsdüsen steht die dann erforderliche große Anzahl individueller Wasserstoffleitungen entgegen.A further reduction in the size of the firing zones and thus an increasing number of injection nozzles stands in the way of the large number of individual hydrogen lines required.
Außerdem sind der Fachwelt die beiden Druckschriften: "US-A 1,968,359" und "EP-A 0 334 736" bekannt,
die als nächstkommender Stand der Technik angesehen werden, von dem die Erfindung ausgeht.In addition, the two publications: "US-A 1,968,359" and "EP-
Aus der US-A 1,968,359 ist ein plattenförmiger Gasbrenner bekannt. Gemäß den Figuren 1 und 3 dieser Druckschrift weist letzterer 24 Luftkanäle auf, wobei in jedem dieser Luftkanäle vier Kanäle für den Brennstoff einmünden, so dass insgesamt 96 einzelne Brennzonen entstehen. Nach diesen Größenordnungen wird ein Fachmann erkennen, dass diese eingesetzten Brennzonen keineswegs etwas mit Mikrobrennzonen in den jeweiligen Bereichen der Bohrungen eines Verteilungskanals von einem Brenner zum Verbrennen von Wasserstoff, dessen beispielhafte Ausführung er aus den beigegebenen Figuren 18 und 19 sowie 20 und 21 einschließlich deren korrelierenden beispielhaften Erläuterungen nachfolgend entnehmen kann, zu tun haben. Dieser Fachmann wird mit einem dieser Figur 19 gewährten aufmerksamen Blick außerdem beachten, dass wenigstens eine Bohrung zu beiden Seiten einer sogenannten Dachkante vorgesehen wird, wobei auf diesen Seiten seitlich der Dachkante eine Vielzahl von diesen Bohrungen berücksichtigt werden. Eine derartige Denkweise lässt die US-A 1,968,359 vermissen. Außerdem enthält diese Druckschrift keinerlei auf die Problematik der Stickstoffoxide gerichteten Hinweise. Die Einleitung eines Brennstoffs in eine Luftumgebung ist der Fachwelt geläufig. Man kann aber davon ausgehen, dass einem Fachmann die diagonale Einleitung des Wasserstoffs in eine Brennkammer nach dem Vorbild der zitierten Figur 19 und auch die Vorsehung einer Maßnahme, nach der die Luft- und Wasserstoffzufuhr unter einem Mischungswinkel stattfinden wird, der in Kombination mit der Auswahl von Mikrobrennzonen (microcombustion flames pro square inch) eine deutliche Stickstoffoxidreduktion gegenüber bekannten Brennern mit Diffusionsverbrennung umsetzt, nicht geläufig sein wird.A plate-shaped gas burner is known from US-A 1,968,359. According to FIGS. 1 and 3 This publication has 24 air channels, four channels for each of these air channels flow the fuel so that a total of 96 individual combustion zones are created. According to these orders of magnitude one skilled in the art will recognize that these firing zones used are by no means something with micro-burning zones in the respective areas of the bores of a distribution channel from one Burner for burning hydrogen, the exemplary embodiment of which he added from the FIGS. 18 and 19 and 20 and 21 including their correlating exemplary explanations below may have to do. This person skilled in the art becomes familiar with one of these FIG Granted attentive gaze also note that at least one hole is on either side a so-called roof edge is provided, with a side on these sides of the roof edge Variety of these holes are taken into account. The US-A 1,968,359 miss. In addition, this publication contains no information on the problem of nitrogen oxides directed notes. The introduction of a fuel into an air environment is specialist common. However, it can be assumed that the diagonal introduction of the Hydrogen into a combustion chamber along the lines of Figure 19 and also Providence a measure according to which the air and hydrogen supply take place at a mixing angle in combination with the selection of micro-combustion zones (microcombustion flames per square inch) a significant nitrogen oxide reduction compared to known burners with diffusion combustion implemented, will not be common.
Auch wenn einem Fachmann aus der EP-A 0 334 736 darüber hinaus die gradlinige Einleitung des
Wasserstoffs durch eine Öffnung in eine Brennkammer, wie nach dem Vorbild der beigegebenen Figur
20 vorgesehen, bekannt sein mag, die beabstandete Anordnung von einer Bohrung, die (neben einer
Vielzahl weiterer Bohrungen) einem wasserstoffabgebenden Verteilungskanal eingelassen ist, gegenüber
einer gelöcherten Lochplatte, welche jeweils dem betreffenden Loch der Lochplatte zugeordnet
ist (sind), scheint ihm zu dem beabsichtigten Zweck die Bildung (von einer Vielzahl) von Mikrobrennzonen
nicht geläufig zu sein. Jedenfalls lässt sich dem Offenbarungsgehalt der EP-A 0 334 736 kein
Verfahrensschritt deutlich entnehmen, nach dem lesbar "bei der Inbetriebnahme des Brenners nach
dem Einblasen von Wasserstoff und Luft innerhalb der Brennkammer eine Luftumgebung mit einer
Feinverteilung auf eine Vielzahl von Mikrobrennzonen in den jeweiligen Bereichen der Bohrungen
gebildet wird. Even if a person skilled in the art from EP-
Der durch die EP-A 0 334 736 bekannt gewordene Gasbrenner, der über mehrere Stutzen die durch die Verbrennung eines an der Luft brennbaren Druckgases erzeugten Flammen verteilt, umfasst eine Luftkammer, deren eine Wand mit einer Vielzahl nahe beieinander liegenden Öffnungen perforiert ist, an denen die Flamme erzeugt wird.The gas burner which has become known from EP-A 0 334 736 and which passes through several nozzles the combustion of a flame generated in the air combustible compressed gas includes one Air chamber, one wall of which is perforated with a large number of openings close together, where the flame is generated.
Mit der Öffnung des (einzelnen) Stutzens wird der Gasbrenner einen austretenden Gasstrahl in Richtung des diesen Strahl umgebenden Luftstroms ablenken wird, der aber - mit einem Blick auf die Figur 7 dieser Druckschrift - bedingt durch ein mechanisches Hindernis quer durch den mittleren Bereich des Ausgangs einer jeden Öffnung in der Achsverlängerung einer entsprechenden Nadel nicht gradlinig in die Brennkammer geblasen wird. Nach der Lehre der EP-A 0 334 736 werden sicherlich mehrere Brennzonen ausgebildet, aber die Erzielung von Mikrobrennzonen unter der Maßgabe, dass eben ein Wasserstoffstrahl durch die enge Bohrung einer Lochplatte in einen Luftstrahl innerhalb der Brennkammer injiziert wird, lässt sich druckschriftlich nicht entnehmen. With the opening of the (individual) nozzle, the gas burner emits a gas jet in the direction of the air stream surrounding this jet will deflect, but - with a glance at the figure 7 of this publication - due to a mechanical obstacle across the central area the exit of each opening in the axis extension of a corresponding needle is blown straight into the combustion chamber. According to the teaching of EP-A 0 334 736 will certainly trained several burning zones, but achieving micro-burning zones provided that just a jet of hydrogen through the narrow bore of a perforated plate in an air jet within the Combustion chamber is injected, can not be found in print.
Demgemäss liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diffusionsverbrennung von H2 und einen Brenner zur Durchführung dieses Verfahrens so anzugeben, dass durch eine drastische Vermehrung der Brennzonen eine deutliche Reduzierung der NOx-Bildung gegenüber bisherigen Brennern mit Diffusionsverbrennung erreicht wird.Accordingly, the invention is based on the object of a method for the diffusion combustion of H2 and a burner to carry out this procedure so that by a drastic Increase in the burning zones a significant reduction in NOx formation compared to previous ones Burners with diffusion combustion is achieved.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den
weiteren Ansprüchen sind zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Maßnahmen nach
Anspruch 2 angegeben.This object is achieved by the measures specified in
Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass der fertigungstechnische Aufwand trotz einer erheblichen Steigerung der Anzahl der Brennzonen gering bleibt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch den Wasserstoff eine besonders gute Kühlwirkung auf die Struktur ausgeübt wird. It is particularly advantageous here that the manufacturing outlay is considerable in spite of considerable Increase in the number of firing zones remains small. Another advantage is that by the hydrogen has a particularly good cooling effect on the structure.
Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden außerdem im folgenden anhand der nachfolgend angegeben Figuren 1 bis 17 und 22 bis 23 weitere Ausführungsformen eines Brenners zum Verbrennen von Wasserstoff erläutert und beschrieben, die ein Fachmann aufgrund seines Wissens und seiner Erfahrungen dem Stand der Technik zuordnen wird. Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen nach den Figuren 18 bis 21 näher erläutert und beschrieben. Es zeigen
- Fig. 1
- eine Ansicht eines Brenners in Matrix-Bauart für eine Brennkammer,
- Fig. 2
- den Schnitt II - II nach Fig. 1,
- Fig. 3
- einen Leitbolzen,
- Fig. 4
- den Schnitt IV-IV nach Fig. 3,
- Fig. 5
- ein Führungsrohr mit einem Leitbolzen,
- Fig. 6
- eine Ansicht eines Brenners in zweidimensionaler Bauart,
- Fig. 7
- den Schnitt VII-VII nach Fig. 6,
- Fig. 8
- eine Ansicht eines weiteren Brenners in Matrix-Bauart,
- Fig. 9
- den Schnitt IX-IX nach Fig. 8,
- Fig. 10
- ein Führungsrohr nach Fig. 9 mit einem Leitbolzen,
- Fig. 11
- die Ansicht XI nach Fig. 10,
- Fig. 12
- den Schnitt XII-XII nach Fig. 10,
- Fig. 13
- die Einzelheit XIII nach Fig. 10,
- Fig. 14
- eine Darstellung nach Fig. 13 mit einer veränderten axialen Stellung des Leitbolzens,
- Fig. 15
- eine Darstellung nach Fig. 14 mit einer veränderten Winkelstellung des Leitbolzens,
- Fig. 16
- eine Ausgestaltung einer Führungsrohr-Leitbolzen-Anordnung mit Leitkanälen,
- Fig. 17
- den Schnitt XVII-XVII nach Fig. 16,
- Fig. 18
- eine Ansicht eines weiteren Brenners in zweidimensionaler Bauart,
- Fig. 19
- den Schnitt XIX-XIX nach Fig. 18,
- Fig. 20
- einen Brenner mit einteiliger Lochplatte,
- Fig. 21
- die Ansicht XXI nach Fig. 20,
- Fig. 22
- einen Brenner mit gekrümmtem Verteilerkanal und
- Fig. 23
- den Schnitt XXIII-XXIII nach Fig. 22.
- Fig. 1
- 2 shows a view of a burner in a matrix design for a combustion chamber,
- Fig. 2
- the section II - II of FIG. 1,
- Fig. 3
- a guide pin,
- Fig. 4
- the section IV-IV of Fig. 3,
- Fig. 5
- a guide tube with a guide pin,
- Fig. 6
- a view of a burner in two-dimensional design,
- Fig. 7
- the section VII-VII of FIG. 6,
- Fig. 8
- a view of another burner in matrix design,
- Fig. 9
- the section IX-IX of FIG. 8,
- Fig. 10
- 9 with a guide pin,
- Fig. 11
- the view XI of FIG. 10,
- Fig. 12
- the section XII-XII of FIG. 10,
- Fig. 13
- the detail XIII of FIG. 10,
- Fig. 14
- 13 with a changed axial position of the guide pin,
- Fig. 15
- 14 with a changed angular position of the guide pin,
- Fig. 16
- an embodiment of a guide tube-guide pin arrangement with guide channels,
- Fig. 17
- the section XVII-XVII of Fig. 16,
- Fig. 18
- a view of another burner in two-dimensional design,
- Fig. 19
- the section XIX-XIX according to Fig. 18,
- Fig. 20
- a burner with a one-piece perforated plate,
- Fig. 21
- the view XXI of FIG. 20,
- Fig. 22
- a burner with a curved distribution channel and
- Fig. 23
- the section XXIII-XXIII of FIG. 22.
Die Figuren 1 bis 4 zeigen einen Brenner zum Verbrennen von H2 zum Einbau beispielsweise in die
Brennkammer einer Gasturbine. Der Brenner hat eine plattenartige Gestalt und wird quer zur Hauptstromrichtung
in die Brennkammer eingebaut. Der Randbereich des Brenners und dessen Verbindung
mit dem nicht gezeigten Brennkammergehäuse ist nicht dargestellt und kann beliebig ausgebildet
sein. Der Brenner besteht aus einer ersten Lochplatte 2 und einer zweiten Lochplatte 3, die durch
eine Vielzahl von Führungsrohren 4 auf konstantem Abstand d gehalten werden. Dabei können die
Löcher nach bestimmten Matrix-Mustem angeordnet sein. Die erste Lochplatte 2 besteht beispielsweise
aus einem geeigneten Metall und ist gasundurchlässig. Figures 1 to 4 show a burner for burning H2 for installation, for example, in the
Combustion chamber of a gas turbine. The burner has a plate-like shape and is transverse to the main flow direction
built into the combustion chamber. The edge area of the burner and its connection
with the combustion chamber housing, not shown, is not shown and can be designed as desired
his. The burner consists of a first
Die zweite Lochplatte 3 ist demgegenüber gasdurchlässig und besteht aus einem geeigneten porösen
Material, beispielsweise aus einem Sintermetall. Dabei sind die Löcher in beiden Platten 2, 3 deckungsgleich
angebracht, so dass jedes Loch in der ersten Platte 2 mit dem zugeordneten Loch der
zweiten Platte 3 ein Lochpaar bildet. Der Zusammenhalt des Brenners wird im wesentlichen dadurch
hergestellt, dass in jedem Lochpaar ein Führungsrohr 4 als Abstandhalter eingesetzt und fixiert ist.
Die Führungsrohre 4 weisen umlaufende nach außen gewalzte Sicken 5 auf.In contrast, the second
Die Fixierung der Führungsrohre 4 in der Lochplatte 2 erfolgt beispielsweise durch Löten oder
Schweißen, wohingegen die Fixierung in der Platte 3 beispielsweise durch Einwalzen oder Bördeln
erfolgen kann. Dabei ergibt sich im Zusammenwirken mit der Sicke 5 zwischen den Führungsrohren 4
und der Lochplatte 3 jeweils eine formschlüssige Verbindung. Damit bilden im wesentlichen die Lochplatten
2, 3 mit den Führungsrohren 4 eine Verteilerkammer. In jedes Führungsrohr 4 ist ein Luftleitbolzen
6 eingesetzt, wie er in den Figuren 3 und 4 vergrößert gezeigt ist. Der Leitbolzen besteht im
Grunde aus einem zylindrischen Rotationskörper mit einem Anschlag 6a, einem Führungsteil 6b,
einer Halterung 8 und einer Scheibe 9. Der Außendurchmesser des Führungsteils 6b entspricht in
etwa dem Innendurchmesser des Führungsrohres 4 und weist in der gezeigten Beispielausführung
vier axiale Leitkanäle 7 auf. Die Halterung 8 ist in den Figuren 3 und 5 rechts am Führungsteil angesetzt
und stellt praktisch einen Bereich mit reduziertem Durchmesser dar, der die konzentrisch angesetzte
Scheibe 9 trägt, deren Außendurchmesser ungefähr dem des Führungsteils 6b entspricht. Der
Anschlag 6a wird durch einen in axialer Richtung kurzen Bereich gebildet, dessen Außendurchmesser
größer ist als der des Führungsteils 6b. In jedes Führungsrohr 4 ist von der Luftseite des Brenners
her ein Leitbolzen 6 eingesetzt bis der Anschlag 6a an der Lochplatte 2 anliegt und ist in dieser Position
dauerhaft fixiert. Eine derartige Baugruppe bildet jeweils einen Injektor. Zur Inbetriebnahme des
Brenners wird gasförmiger Wasserstoff in die zwischen den Lochplatten 2, 3 bestehende Verteilerkammer
eingeleitet. Außerdem wird Luft durch die Führungsrohre in die Brennkammer eingeblasen.
Dabei strömt der Wasserstoff innerhalb der Verteilerkammer quer zur Hauptstromrichtung und verteilt
sich dabei in einer Feinverteilung auf die örtlichen Bereiche der porösen Lochplatte 3, durch die er in
die Brennkammer eintritt und hier eine Wasserstoffumgebung bildet. Dabei entsteht am Austritt jedes
Führungsrohres 4 infolge der Umlenkung durch die Scheibe 9 eine Luftströmung nach Art eines Kegelmantels,
die in einen Prozess der Gemischbildung mit dem umgebenden Wasserstoff eintritt und
dabei eine rotationssymmetrische Diffusionsflamme bildet. Förderlich für die Aktivierung des Mischprozesses
ist hier die Wechselwirkung aufeinanderprallender benachbarter Kegelflammen. Die Geometrie
der Leitbolzen 6 ist so gewählt, dass sich bei deren Einsetzen bis zum jeweiligen Anschlag 6a
eine vorbestimmte Umlenkung, d. h. eine vorbestimmte Flammenform ergibt. Es ist auch denkbar,
dass die Anschläge 6a aus Gewichtsgründen weggelassen werden. In diesem Falle erfolgt das Einsetzen
der Leitbolzen 6 in die Führungsrohre 4 in eine vorbestimmte axiale Position mittels einer
Fertigungsvorrichtung. Durch den äußerst einfachen Aufbau der Injektoren können diese so miniaturisiert
werden, dass eine wesentlich größere Anzahl davon je Brennkammer installierbar ist. Infolge der
Miniaturisierung in der angegebenen Größenordnung werden die ausgebildeten Brennzonen Mikrobrennzonen
genannt. The guide tubes 4 are fixed in the
Die Figuren 6 und 7 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines Brenners, bestehend aus einzelnen für
den Wasserstoff vorgesehenen langgestreckten Verteilerkanälen 11 von U-förmigem Querschnitt, die
zur Brennkammer hin durch Wandungen 12 aus einem porösen Sintermetall abgeschlossen sind. Die
Kanäle 11 sind durch Lochprofile 13 von winkelförmigem Querschnitt in der Weise miteinander verbunden,
dass jeweils die freien Längskanten eines Lochprofils 13 an den Längskanten zweier benachbarter
Verteilerkanäle 11 befestigt sind. Dabei sind die Löcher 14 in den streifenförmigen Schenkeln
der Lochprofile 13 in gleichmäßigem Abstand angebracht. Zur Inbetriebnahme dieses Brenners
wird gasförmiger Wasserstoff in die Verteilerkanäle 11 eingeleitet. Gleichzeitig damit wird Luft durch
die Bohrungen 14 in die Brennkammer eingeblasen. Dabei strömt der Wasserstoff innerhalb der Verteilerkanäle
11 quer zur Hauptstromrichtung und wird durch eine Feinverteilung auf die örtlichen Bereiche
der porösen Wandungen 12 verteilt, durch die er in die Brennkammer eintritt und hier eine
Wasserstoffumgebung bildet. Infolge der Luftzufuhr bildet sich im Bereich jeder Bohrung 14 eine stöchiometrische
Zone, die bei Zündung des Brenners eine eigene Flamme bildet. Dieser Brenner ist
besonders einfach ausgebildet und kann als Blechkonstruktion hergestellt werden. Dabei kann man
beispielsweise so vorgehen, dass die U-förmigen Verteilerkanäle 11 aus Blech gebogen werden, wobei
jeder U-Schenkel einstückig mit einem schräg abgewinkelten Lochstreifen verbunden ist. Nach
dem Einsetzen der porösen Wandungen 12 werden benachbarte Kanäle 11 beispielsweise durch
Verschweißen längs der freien Kanten der Lochstreifen miteinander verbunden. Dieser Brenner ist
derart miniaturisierbar, dass mehrere Tausend Brennzonen innerhalb einer Brennkammer erreicht
werden.Figures 6 and 7 show a further embodiment of a burner, consisting of individual for
the hydrogen provided
Bei der in den vorbeschriebenen Brennern stattfindenden Feinverteilung wird das H2 über die Verteilerkammer bzw. über die Verteilerkanäle auf tausende von Mikrobrennzonen verteilt, so dass gleichsam eine Mikrodiffusionsverbrennung des Wasserstoffs stattfindet. Dadurch, dass bei den vorbeschriebenen Brennern innerhalb der Brennkammer eine Wasserstoffumgebung gebildet wird, in die Luftstrahlen injiziert werden, ergibt sich eine inverse Diffusionsverbrennung, die sich in den entstehenden Mischzonen mit meist turbulentem Verlauf stabilisieren kann. Der wesentliche Vorteil dieser inversen Wasserstoff-Diffusionsverbrennung besteht darin, dass eine gute Kühlung der Struktur durch das H2 erreicht wird.In the case of the fine distribution taking place in the burners described above, the H2 is passed through the distribution chamber or distributed over the distribution channels to thousands of micro-combustion zones, so to speak microdiffusion combustion of the hydrogen takes place. The fact that with the above Burners form a hydrogen environment within the combustion chamber Air jets are injected, there is an inverse diffusion combustion, which results in the resulting Can stabilize mixing zones with a mostly turbulent course. The main advantage of this Inverse hydrogen diffusion combustion consists of good cooling of the structure that H2 is reached.
Bei den vorgenannten Brennern können anstelle der porösen Sintermetalle auch andere poröse metallische Materialien verwendet werden. So kommen auch poröse Materialien auf der Basis metallischer Fasern in Betracht, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung "Felt Metal" bekannt sind. Weiterhin ist es denkbar, dass das poröse Material aus einem Keramikwerkstoff besteht. Um die Auswirkungen von in einem porösen Material möglicherweise vorhandenen Inhomogenitäten zu begrenzen, kann ein Lochblech mit einem definierten feinen Lochraster einer relativ dünnen Schicht eines porösen Materials vorgeschaltet oder allein verwendet werden. With the aforementioned burners, other porous metallic ones can also be used instead of the porous sintered metals Materials are used. This is how porous materials based on metallic come Fibers into consideration, such as are known, for example, under the name "felt metal". It is also conceivable that the porous material consists of a ceramic material. To the Limit the effects of inhomogeneities possibly present in a porous material, can be a perforated plate with a defined fine hole pattern of a relatively thin layer of a porous material or used alone.
Die Figuren 8 bis 11 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines Brenners, der jedoch im Gegensatz zu
den vorherigen nicht mit inverser sondern mit regulärer Diffusionsverbrennung arbeitet. Dieser Brenner
besteht wieder im wesentlichen aus zwei deckungsgleichen Lochplatten, die hier mit den Ziffern
15 und 16 bezeichnet sind. Die beiden Lochplatten sind über Führungsrohre 17, die jeweils eine Eintrittsöffnung
und eine Austrittsöffnung aufweisen, fest miteinander verbunden, so dass wieder eine
Verteilerkammer gebildet wird. In der Nähe der Austrittsöffnungen sind mehrere Bohrungen 18 in
gleicher Winkelteilung an den Führungsrohren 17 angebracht.Figures 8 to 11 show a further embodiment of a burner, but in contrast to
the previous one does not work with inverse but with regular diffusion combustion. That burner
again consists essentially of two congruent perforated plates, here with the
In jedes Führungsrohr 17 ist ein Leitbolzen 19, bestehend aus einem Anschlag 20, einem Führungsteil
21 und einem Freistrahlteil 22, eingesetzt, wobei der Freistrahlteil praktisch einen axialen Abschnitt
mit reduziertem Durchmesser darstellt. Der Anschlag 20 und der Führungsteil 21 weisen eine
Anzahl axial verlaufender Nuten 23 auf, deren Tiefe bis zum Außendurchmesser des Freistrahlteils
22 reichen kann. Dabei stimmt die Anzahl der Bohrungen 18 mit der der Nuten 23 überein. Bei Inbetriebnahme
des Brenners wird Luft durch die Führungsrohre 17 in die Brennkammer geblasen.
Gleichzeitig wird H2 in die Verteilerkammer eingeleitet, so dass er durch die einzelnen Bohrungen 18
in die Führungsrohre injiziert und hier von der durch die Nuten 23 ankommenden Luft mitgenommen
wird. Dabei entsteht jeweils stromab einer Bohrung 18 eine Mikrobrennzone, in der sich bei Zündung
der Brennkammer eine Flamme stabilisiert. Da die Führungsrohre 17 in der gezeigten Beispielausführung
jeweils sechs Bohrungen 18 aufweisen, ergeben sich je Führungsrohr sechs Mikrobrennzonen.
Damit ergibt sich eine weitere Steigerung der Anzahl der Brennzonen. Eine Anwendung dieses Prinzips
auf die eingangs genannte Brennkammer von TRUD würde die Anzahl der installierbaren Brennzonen
auf ca. 5000 steigern. Dies wiederum bewirkt, dass auch ohne Vormischung ein sehr hoher
Mischungsgrad erreicht wird, was zur Folge hat, dass die Entstehung von NOx weitgehend reduziert
wird. Durch Drehung und / oder axiale Verschiebung der Leitbolzen 19 gegenüber den Führungsrohren
17 können verschiedene Einstellungen des Brenners vorgenommen werden. Auch hierbei besteht
die Möglichkeit, die Anschläge 20 wegzulassen und die axiale Position der Luftleitbolzen anhand einer
entsprechenden Vorrichtung einzustellen.In each
Die Figuren 12 bis 15 zeigen verschiedene Einstellungen des vorbeschriebenen Brenners. In Fig. 12
ist der Leitbolzen mit den Nuten 23 gegenüber dem Führungsrohr 17 mit den Bohrungen 18 so eingestellt,
dass die Injektion des Wasserstoffs durch die Bohrungen 18 in die Lücken zwischen den Luftstrahlen
erfolgt, die durch die Nuten 23 ankommen. Fig. 13 zeigt den Leitbolzen in einer Position, in
der der Führungsteil 21 bis dicht an die Bohrungen 18 heranreicht. Hierdurch kann der Wasserstoffstrahl
nur stromab umgelenkt werden. Wird der Führungsteil 21 jedoch so in dem Führungsrohr 17
fixiert, dass ein etwas größerer Abstand zu den Bohrungen 18 besteht, wie in Fig. 14 gezeigt, so kann
eine gewisse Rezirkulation eintreten. Fig. 15 zeigt schließlich eine Konfiguration, in der die durch die
Nuten 23 ankommenden Luftstrahlen genau auf die durch die Bohrungen eintretenden Wasserstoffstrahlen
treffen. Figures 12 to 15 show different settings of the burner described above. In Fig. 12
the guide pin with the
In allen diesen Fällen werden feine Wasserstoffstrahlen mittels der Bohrungen 18 in eine Luftumgebung
eingeleitet, so dass sich eine reguläre Diffusionsverbrennung ergibt, wobei die einzelnen Brennzonen
nur noch Durchmesser in der Größenordnung von 2 mm aufweisen. Hierbei stabilisieren sich
die Flammen in vielen Fällen an den Bohrungen 18. Erwähnt sei, dass der Freistrahl 22 in einerweiteren
Ausgestaltung auch weggelassen werden kann, insbesondere bei Luftinjektion nach Fig. 15.In all of these cases, fine hydrogen jets are emitted into an air environment by means of the
Die Figuren 16 und 17 zeigen eine Ausgestaltung, nach der die Wasserstoffstrahlen und die Luftstrahlen
bis zu ihrem Eintritt in die Brennkammer getrennt geführt werden. Hierzu werden die vorbeschriebenen
Führungsrohre 17 mit den Bohrungen 18 verwendet. Diese sind wieder in die Lochplatten
15 und 16 eingesetzt, wovon hier nur die mit Ziffer 16 bezeichnete zu sehen ist. Der hier verwendete
Leitbolzen 24 weist zwar wieder die Nuten 23 auf, ist aber sonst mit zwei wesentlichen Änderungen
versehen. Zum einen ist der Bolzen mit konstantem Durchmesser annähernd bis zum Austrittsquerschnitt
geführt. Zum anderen sind an den zwischen den Nuten 23 befindlichen Materialbereichen mittig
kleine axial verlaufende Leitkanäle 25 angebracht. Der jeweilige Leitbolzen 24 ist so in das betreffende
Führungsrohr 17 eingesetzt, dass jede Bohrung 18 in einen Leitkanal 25 einmündet. Hierdurch
wird der Beginn der Diffusion zwischen Wasserstoff und Luft an einen Bereich stromab von der Lochplatte
16 gelegt, beispielsweise um exzessive thermische Strukturbelastungen zu vermeiden. Bei
diesen Lösungen stabilisieren sich die Flammen an den Mündungen der Leitkanäle 25.Figures 16 and 17 show a configuration according to which the hydrogen jets and the air jets
be kept separate until they enter the combustion chamber. For this, the ones described above
Die Figuren 18 und 19 zeigen eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Brenners für reguläre
Diffusionsverbrennung vom zweidimensionalen Typus. Dieser Brenner besteht wieder aus einzelnen
für das H2 vorgesehenen langgestreckten Verteilungskanälen 26, die jedoch im Gegensatz zu den
Verteilerkanälen 11 nach den Figuren 6 und 7 einen geschlossenen Querschnitt aufweisen. Dieser
Querschnitt wird im wesentlichen durch eine flache Recheckform bestimmt, die jedoch in ihrem im
Bild rechten Bereich (Fig. 19) eine Dachkante 26a aufweist. Zu beiden Seiten der Dachkante 26a sind
feine Bohrungen 27 in versetzter Anordnung angebracht. Die einzelnen Verteilungskanäle 26 werden
durch eine nicht gezeigte Halterung in einem gegenseitigen Abstand gehalten, so dass sie ein Gitter
bilden, das gemäß Fig. 19 von links nach rechts von der Luft durchströmt werden kann. Der Brenner
umfasst weiterhin nach Fig. 18 eine Lochplatte 28, die aus streifenförmigen Lückenblechen integriert
ist, in deren Längskanten Lücken 29 eingearbeitet sind. Die Lückenbleche sind jeweils zwischen zwei
Verteilungskanälen 26 im Bereich der Bohrungen 27 durch eine nicht gezeigte Halterung so fixiert,
dass jeder Bohrung 27 eine Lücke 29 zugeordnet ist. Dabei können statt der einen gezeichneten Bohrung
27 auch mehrere feinere Bohrungen angeordnet sein. Bei Inbetriebnahme dieses Brenners wird
Luft entsprechend den Pfeilen 30 durch die Lücken 29 und H2 durch die Bohrungen 27 gemäß den
Pfeilen 31 in die Brennkammer eingeblasen, wodurch innerhalb der Brennkammer eine Luftumgebung
mit einer Vielzahl von Mikrobrennzonen in den jeweiligen Bereichen der Bohrungen 27 gebildet
wird. Nach Zündung der Brennkammer stabilisieren sich die Flammen an den Bohrungen 27. Figures 18 and 19 show an embodiment of a burner according to the invention for regular
Diffusion combustion of the two-dimensional type. This burner again consists of individual
provided for the H2 elongated
Die Figuren 20 und 21 zeigen einen weiteren erfindungsgemäßen Brenner mit einer einteiligen Lochplatte
32 mit Löchern 32a, woran mehrere Verteilungskanäle 33 mittels Halterungen 34 befestigt sind.
Die Verteilungskanäle 33 haben einen Langrundquerschnitt und weisen in ihrem der Lochplatte 32
zugewandten Bereich eine Vielzahl von Bohrungen 35 auf. Die Halterungen 34 können aus Draht
oder Blech gebildet sein. Wie Fig. 21 zeigt, sind jedem Loch 32a der Lochplatte 32 zwei Bohrungen
35 zugeordnet, wodurch H2 gemäß den Pfeilen 37 austreten kann.Figures 20 and 21 show another burner according to the invention with a one-piece
Bei Inbetriebnahme dieses Brenners wird Luft entsprechend den Pfeilen 36 durch die Lochplatte 32 in
die Brennkammer eingeblasen, wodurch innerhalb der Brennkammer eine Luftumgebung mit einer
Vielzahl yon Mikrobrennzonen in den jeweiligen Bereichen der Bohrungen 35 gebildet wird. Nach
Zündung der Brennkammer stabilisieren sich die Flammen an den Bohrungen 35.When this burner is started up, air is drawn in through the
Die Figuren 22 und 23 zeigen eine weitere Ausgestaltung eines Brenners. Die Teilansicht nach Fig.
22 zeigt gekrümmte Verteilerkanäle 38, die Bestandteil eines ringförmigen Brenners sind und nach
Fig. 23 einen langrunden Querschnitt aufweisen. Hierbei bildet jeder Verteilerkanal einen geschlossenen
Ring, der über einen eigenen Anschluss mit der Wasserstoffleitung verbunden ist. Der Zusammenhalt
des Brenners wird beispielsweise durch zwischen den einzelnen Verteilerkanälen 38 angeordnete
wellenförmige Separatoren 39 hergestellt, die mit den Verteilerkanälen 38 beispielsweise
durch Schweißen verbunden sind. Die Separatoren 39 sind jeweils aus einem Blechstreifen gebildet
und stellen einen hinreichenden Abstand zwischen den einzelnen Verteilerkanälen 38 für den Luftdurchtritt
sicher. Es ist auch denkbar, dass ein Verteilerkanal 38 mit einem Separator 39 durch Wickeln
zu einem scheibenförmigen oder ringförmigen Brenner vereinigt wird, so dass der Verteilerkanal
38 eine Spiralform erhält. Zur Schaffung einer Vielzahl von Mikrobrennzonen sind an dem Verteilerkanal
38 wieder Bohrungen angebracht, die hier mit Ziffer 40 bezeichnet sind. Hier kreuzen sich
jeweils zwei Wasserstoffstrahlen 41 in einem Punkt. Gemeinsames Merkmal der ringförmigen und
der spiralförmigen Verteilerkanäle ist, dass sie eine gekrümmte Form aufweisen. Diese Brenner arbeiten
im Prinzip nach der gleichen Wirkungsweise, wie die bereits in Verbindung mit den Figuren 18
bis 21 beschriebenen.Figures 22 and 23 show a further embodiment of a burner. The partial view according to Fig.
22 shows curved
Claims (4)
- Method for the diffusion combustion of hydrogen in a burner inside a combustion chamber of a gas turbine, in which the hydrogen and air are injected into the burner, wherein the main flow direction is defined by the primary flow direction of the air in the combustion chamber and the hydrogen present in a distribution channel flows out into the latter through a multiplicity of channel bores and, together with an air flow surrounding the distribution channel, is injected through one opening in each case of a perforated plate, and wherein the hydrogen is essentially subjected to a distribution over individual combustion zones in a transverse flow directed perpendicularly to the main flow direction, characterized in that, when the burner is started up, hydrogen and air are injected through the bores of the perforated plate into the combustion chamber, as a result of which an air environment having a multiplicity of microcombustion zones is formed inside the combustion chamber in the respective regions of the bores and, after the ignition of the combustion chamber, the flames stabilize at the bores.
- Burner for the combustion of hydrogen that has at least one distribution channel (26, 33) that has a closed cross section of flat rectangular or oval shape and comprises a perforated plate (28, 32) that is disposed next to a combustion chamber, wherein the individual distribution channel (26, 33) is provided with a multiplicity of bores (27, 35) that are directed towards the combustion chamber, and wherein the perforated plate (28, 32) is disposed in such a way that each bore (27, 35) of a plurality of distribution channels (26, 33) that are disposed next to one another is assigned to an opening (29, 32a) multiply inset in it, characterized in that each of the distribution channels (26) having a flat rectangular shape has a ridged edge (26a) in the region directed towards the perforated plate (28), in both sides of which ridged edge fine bores (27) are provided in an offset arrangement and wherein the burner comprises strip-shaped sheets with gaps in whose longitudinal edges gaps (29) are incorporated in such a way that there is assigned to each bore (27) a gap (29) through which the hydrogen can escape, or that the distribution channels (33) having an oval cross section have a multiplicity of bores (35) in their region facing the perforated plate (32), wherein two bores (35) through which the hydrogen can escape are assigned to each hole (32a) of the perforated plate (32).
- Burner according to Claim 2, characterized in that each bore (35) of the distribution channel (33) having the oval cross section is assigned to an opening (32a) designed as a hole.
- Burner according to Claim 2, characterized in that, inside the combustion chamber, an air environment is present that comprises a multiplicity of microcombustion zones in the respective regions of the bores (27, 35), which multiplicity is formed by injecting, when the burner is started up, air through the opening (29, 32a) that surrounds the individual distribution channel (26, 33) and hydrogen through the bore (27, 35) that is present in the individual distribution channel (26, 33) into the combustion chamber.
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