EP2434216A1 - Verfahren zur Herstellung eines Brenners - Google Patents

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EP2434216A1
EP2434216A1 EP10178250A EP10178250A EP2434216A1 EP 2434216 A1 EP2434216 A1 EP 2434216A1 EP 10178250 A EP10178250 A EP 10178250A EP 10178250 A EP10178250 A EP 10178250A EP 2434216 A1 EP2434216 A1 EP 2434216A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
cone
burner
ring elements
ring
channels
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10178250A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Birgit Grüger
Tobias Krieger
Thomas Kunadt
Ingo Reinkensmeier
Martin Stapper
Sascha Staring
Daniel Vogtmann
Meike Wilmsen
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP10178250A priority Critical patent/EP2434216A1/de
Publication of EP2434216A1 publication Critical patent/EP2434216A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2213/00—Burner manufacture specifications
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00001—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas local catalytic coatings applied to burner surfaces
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00017—Assembling combustion chamber liners or subparts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00018—Manufacturing combustion chamber liners or subparts

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a burner, in particular for use in stationary gas turbines, with a burner cone, which comprises a conical body having a central opening of a plurality of conical ring elements fixed to one another in the region of connecting surfaces, wherein within the conical body at least one circulating ring line and several outgoing from this ring line and the cone body outwardly passing channels are provided for a fuel and / or air or oxygen.
  • the invention further relates to a burner cone and a burner, which can be produced by this method.
  • Burners according to the invention can be used in a variety of ways, in particular for the combustion of gaseous or liquid fossil fuels, for example for energy production in a power plant.
  • Burner cones of the type mentioned are known from the prior art. So is in the DE 2 036 001 describes a burner nozzle having a main body made of copper and an inserted therein to form a gas-tight fit end portion, wherein the end portion consists of glass fiber reinforced polytetrafluoroethylene. In the main part of a plurality of ring-shaped lines for burner gas or heating oxygen are provided to convey over the ring lines outgoing channels, the burner gas and the heating oxygen to the outside.
  • the present invention is therefore based on the object to modify a method of the type mentioned to provide the burner components with an effective corrosion protection, which can be applied in a simple manner to the relevant areas.
  • the present invention is based on the finding that a solder composition on the one hand can be used to connect individual cone ring elements with each other, whereby lower voltages are achieved within the component, as is the case with a connection via welding.
  • the soldering composition can act as a corrosion inhibitor in the ring lines or the channels, so that corrosion protection and connection of the cone ring elements can take place even in one operation, which brings significant manufacturing advantages.
  • soldering composition for corrosion protection also has the advantage that when soldering the burner components, the soldering composition used as corrosion protection is also melted and thereby partially alloyed with the substrate surface. This circumstance improves the corrosion protection since the anticorrosion layer forms a bond with the substrate, which largely excludes delamination or infiltration of the layer.
  • gases such as acetylene (ethyne), propane, butane or mixtures of these gases are used.
  • mineral oil can also be used, if desired combined with a combustible gas.
  • the fuels can be used in a pre-mixer with air or Oxygen are mixed before this mixture is conveyed into the ring lines.
  • At least two circumferentially formed within the cone body ring lines are provided which each have a plurality of outgoing from these ring lines and the cone body passing outwardly channels for a fuel and / or air or oxygen.
  • a burner cone is obtained, which allows better control of the flame guidance by means of a multiplicity of annular openings for fuel or air.
  • the ring lines can be provided with different numbers of channels. Conveniently, each of the ring lines between 4 and 20 the cone body to the outside passing through channels. However, embodiments with fewer or more channels are also possible.
  • the cone body can be formed from at least three conical ring elements to be fixed to one another by soldered connections.
  • solder joints produced by the method according to the invention between the adjacent cone ring elements are usually very resistant even at high temperatures, so that the cone ring elements can be connected to each other exclusively via solder joints and in particular a welding of the elements together is not required.
  • the joining of the burner cone of a plurality of cone ring elements has the advantage that provided in the assembled state in the interior of the cone body ring lines and / or channels may each be proportionately formed in adjacent cone ring elements, which greatly simplifies the application of a corrosion protection layer in these channels.
  • the cone ring elements, the ring lines and the channels are coated with the same solder composition.
  • soldering composition can take place by means of all techniques known to the person skilled in the art, in particular via galvanic methods, via thermal spraying, as solid dispersion, for example via brushing on of such a dispersion.
  • galvanic methods via galvanic methods
  • thermal spraying as solid dispersion, for example via brushing on of such a dispersion.
  • Other types of application are possible.
  • soldering compositions used in the present invention may be further selected to have a melting point of at most 1100 ° C, especially at most 1000 ° C.
  • solder compositions used particularly preferably in the process according to the invention are selected from boron or silicon-containing solders such as, preferably, NiBCrSi, in particular self-fluxing NiBCrSi solder or NiCrP.
  • Solder compositions of the aforementioned type are characterized in particular by the fact that on the one hand they enable a firm bond between the cone ring elements and, moreover, they have good corrosion protection properties compared with the fuels usually used.
  • Cr-containing solubilizing compositions are characterized by excellent corrosion protection properties.
  • the cone body consists of a material which is selected from copper, iron or nickel alloys, in particular brass, copper bronze, 16Mo3, Inconel 617, wherein the same for the cone ring elements or different materials are selected. These materials have a good machinability and, moreover, a sufficient resistance to temperature influences.
  • the burner cone is connected to at least one further burner component to form a solder joint, in particular with a gas guide tube, a connection piece for a supply line and / or a control valve.
  • Another object of the present invention is directed to a burner cone, which can be produced by a method according to the invention.
  • the present invention also relates to a burner which can be produced by a process according to the invention.
  • a burner cone according to the invention is connected to at least one of the abovementioned further burner components.
  • Such a burner is preferably used in stationary gas turbines.
  • FIG. 1 a burner cone 1 of a burner is shown, which has been produced by an already known method.
  • the burner cone 1 comprises a conical body 3 having a central opening 2 and comprising a plurality of conical components 5 fixed to connecting surfaces 4, 6, 7.
  • Within the cone body 3 are two circumferentially formed ring lines 8, 9 and more of these ring lines 8, 9 outgoing, not shown here, the cone body outwardly passing channels provided for a fuel and / or air or oxygen.
  • the cone ring elements 5, 6, 7 are connected to one another at their connecting surfaces 4 via welds 10. After welding the cone ring elements 5, 6, 7, the burner cone 1 is alitiert in the region of the ring lines 8, 9 and channels, ie lined with an aluminum oxide layer.
  • the burner cone 20 shown and produced by a method according to the invention also has a conical body 22 having a central opening 21, which is constructed from three conical ring elements 24, 25, 26 which are fixed to one another on planar connecting surfaces 23.
  • a conical body 22 having a central opening 21, which is constructed from three conical ring elements 24, 25, 26 which are fixed to one another on planar connecting surfaces 23.
  • two circumferential ring lines 27, 28 are formed, from which pass channels 29 for a fuel and / or air, which pass through the cone body 22 to the outside.
  • the ring lines 27, 28 are also in fluid communication with a connection, not shown here, for the supply of fuel and / or air or oxygen.
  • torch cone 20 is performed in such a way that first the individual cone ring elements 24, 25, 26 are galvanically coated with a self-flowing NiBCrSi solder composition, wherein the coating also covers the area of the ring lines 27, 28 and the channels 29.
  • the coated cone ring elements 24, 25, 26 are cleaned of electrolyte residues, positioned in the intended manner and fixed in order to then solder them together in an oven at a temperature of about 1100 ° C with each other. At this temperature is simultaneously in the ring lines 27, 28 and the channels 29 envisaged solder material melted and superficially in the base material of the burner cone 22, in this case a 16Mo3 alloy, alloyed. In this way, in a single step, the individual cone ring elements 24, 25, 26 are soldered together and at the same time the corrosion protection layer on the loop surfaces and the surfaces of the channels 29 is generated.
  • Such a burner cone 20 is used in particular in stationary gas turbines.

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brenners mit einem Brennerkegel (20), welcher einen eine Zentralöffnung (21) aufweisenden Kegelkörper (22) aus mehreren, an Verbindungsflächen (23) aneinander fixierten Kegelringelementen (24,25,26) umfasst, wobei innerhalb des Kegelkörpers (22) wenigstens eine umlaufend ausgebildete Ringleitung (28,29) und mehrere von dieser Ringleitung (28,29) abgehende und den Kegelkörper (22) nach außen durchsetzende Kanäle (27) für einen Brennstoff und/oder Luft beziehungsweise Sauerstoff vorgesehen sind, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Beschichten wenigstens eines der Kegelringelemente (24,25,26) im Bereich der Verbindungsfläche (23) mit einer Lötzusammensetzung; Beschichten der Ringleitungen (28,29) und/oder der Kanäle (27) mit einer Lötzusammensetzung; Inkontaktbringen der Verbindungsflächen (23) der wenigstens zweier Kegelringelemente (24,25,26); Erhitzen der Kegelringelemente (24,25,26) auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lötzusammensetzung, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Kegelringelemente (24,25,26) und Ausbildung einer Lötverbindung zwischen den Kegelringelementen (24,25,26) und einer Korrosionsschutzschicht in der Ringleitung (28,29) und/oder den Kanälen (27). Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen nach diesem Verfahren herstellbaren Brennerkegel sowie einen nach diesem Verfahren herstellbaren Brenner.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Brenners, insbesondere zum Einsatz in stationären Gasturbinen, mit einem Brennerkegel, welcher einen eine Zentralöffnung aufweisenden Kegelkörper aus mehreren, im Bereich von Verbindungsflächen aneinander fixierten Kegelringelementen umfasst, wobei innerhalb des Kegelkörpers wenigstens eine umlaufend ausgebildete Ringleitung und mehrere von dieser Ringleitung abgehende und den Kegelkörper nach außen durchsetzende Kanäle für einen Brennstoff und/oder Luft beziehungsweise Sauerstoff vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Brennerkegel und einen Brenner, die nach diesem Verfahren herstellbar sind. Erfindungsgemäße Brenner können in vielfältiger Weise eingesetzt werden, insbesondere zur Verbrennung gasförmiger oder flüssiger fossiler Brennstoffe, beispielsweise zur Energiegewinnung in einem Kraftwerk.
  • Brennerkegel der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So ist in der DE 2 036 001 eine Brennerdüse beschrieben, welche einen aus Kupfer bestehenden Hauptteil und einen in diesen unter Bildung eines gasdichten Sitzes eingefügten Endteil aufweist, wobei der Endteil aus glasfaserverstärktem Polytetrafluorethylen besteht. In dem Hauptteil sind mehrere ringförmig angelegte Leitungen für Brennergas bzw. Heizsauerstoff vorgesehen, um über von den Ringleitungen abgehende Kanäle das Brennergas bzw. den Heizsauerstoff nach außen zu befördern.
  • Bei einer solchen Brennerkonstruktion kann es als nachteilig empfunden werden, dass durch korrosive Bestandteile in den Verbrennungsgasen die Oberflächen der Brennerkomponenten angegriffen werden, insbesondere diejenigen des Hauptteils aus Kupfer. Die sich hierbei bildenden Korrosionsprodukte können sich im Laufe des Betriebes lose im Brenner ansammeln und insbesondere feine Gasaustrittsöffnungen verstopfen.
  • Um dieses Korrosionsproblem vor allem bei Brennerbauteilen aus Eisenlegierungen wie 16Mo3 zu beseitigen ist man zum Teil dazu übergegangen, speziell die den Brennstoff führenden Bereiche von Brennerkomponenten zu alitieren, d.h. mit einer Schicht aus Aluminium bzw. Aluminiumoxid zu überziehen und auf diese Weise das Grundmaterial vor Korrosion zu schützen. Um die Korrosionsschutzschicht durch Alitieren aufbringen zu können ist es jedoch zuvor erforderlich, die einzelnen Brennerbauteile zunächst miteinander zu verbinden, um einen durchströmungsfähigen Gasraum herzustellen. Dies geschieht in der Regel durch Verschweißen der Einzelbauteile.
  • Auf diese Weise korrosionsgeschützte Brennerkomponenten sind zwar verhältnismäßig resistent gegenüber der korrosiven Einwirkung der Verbrennungsmedien auf die Oberfläche des eigentlichen Brennermaterials, allerdings ist der Prozess des Alitierens verhältnismäßig aufwendig und erfordert das vorherige Zusammenfügen der Brennerkomponenten. Darüber hinaus kann das Verbinden der einzelnen Brennerbauteile über Schweißprozesse zu Problemen bei der Einhaltung notwendiger Fertigungstolleranzen führen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu modifizieren, die Brennerkomponenten mit einem wirkungsvollen Korrosionsschutz zu versehen, der auf einfache Weise auf die relevanten Bereiche aufgebracht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten dadurch gelöst, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
    • Beschichten wenigstens eines der Kegelringelemente im Bereich der Verbindungsfläche mit einer Lötzusammensetzung;
    • Beschichten der Ringleitungen und/oder der Kanäle mit einer Lötzusammensetzung;
    • Inkontaktbringen der Verbindungsflächen der wenigstens zweier Kegelringelemente;
    • Erhitzen der Kegelringelemente auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lötzusammensetzung, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Kegelringelemente und
    • Ausbildung einer Lötverbindung zwischen den Kegelringelementen und einer Korrosionsschutzschicht in der Ringleitung und/oder den Kanälen.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass eine Lötzusammensetzung einerseits zum Verbinden einzelner Kegelringelemente untereinander verwendet werden kann, wodurch geringere Spannungen innerhalb des Bauteils erzielt werden, als dies bei einer Verbindung über Schweißen der Fall ist. Andererseits kann die Lötzusammensetzung als Korrosionsschutzmittel in den Ringleitungen bzw. den Kanälen fungieren, so dass Korrosionsschutz und Verbindung der Kegelringelemente sogar in einem Arbeitsgang erfolgen kann, was erhebliche fertigungstechnische Vorteile mit sich bringt.
  • Die Verwendung einer Lötzusammensetzung zum Korrosionsschutz hat zudem den Vorteil, dass beim Verlöten der Brennerkomponenten die als Korrosionsschutz eingesetzte Lötzusammensetzung ebenfalls aufgeschmolzen wird und dabei teilweise mit der Substratoberfläche legiert. Dieser Umstand verbessert den Korrosionsschutz, da die Korrosionsschutzschicht einen Verbund mit dem Substrat eingeht, was eine Delamination oder Unterwanderung der Schicht weitestgehend ausschließt.
  • Als Brennstoffe kommen beispielsweise Gase wie Acetylen (Ethin), Propan, Butan oder Mischungen dieser Gase zum Einsatz. Ferner kann auch Mineralöl verwendet werden, gewünschtenfalls kombiniert mit einem brennbaren Gas. Die Brennstoffe können in einem Vormischer mit Luft oder Sauerstoff vermischt werden, bevor dieses Gemisch in die Ringleitungen gefördert wird.
  • In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wenigstens zwei innerhalb des Kegelkörpers umlaufend ausgebildete Ringleitungen vorgesehen, welche jeweils mehrere, von diesen Ringleitungen abgehende und den Kegelkörper nach außen durchsetzende Kanäle für einen Brennstoff und/oder Luft bzw. Sauerstoff aufweisen. Durch ein in dieser Weise ausgerichtetes Herstellungsverfahren wird ein Brennerkegel erhalten, der durch eine Vielzahl von in Ringen angeordneten Austrittöffnungen für Brennstoff bzw. Luft eine bessere Kontrolle der Flammenführung ermöglicht. Grundsätzlich können die Ringleitungen mit unterschiedlich vielen Kanälen versehen sein. Zweckmäßigerweise weist jede der Ringleitungen zwischen 4 und 20 den Kegelkörper nach außen durchsetzende Kanäle auf. Es sind jedoch auch Ausführungsformen mit weniger oder mehr Kanälen möglich.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform kann der Kegelkörper aus wenigstens drei durch Lötverbindungen aneinander zu fixierenden Kegelringelementen gebildet werden.
  • Die durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellten Lötverbindungen zwischen den benachbarten Kegelringelementen sind in aller Regel auch bei hohen Temperaturen sehr beständig, so dass die Kegelringelemente ausschließlich über Lötverbindungen miteinander verbunden werden können und insbesondere ein Verschweißen der Elemente miteinander nicht erforderlich ist.
  • Das Zusammenfügen des Brennerkegels aus mehreren Kegelringelementen hat den Vorteil, dass in zusammengesetztem Zustand im Inneren des Kegelkörpers vorgesehene Ringleitungen und/oder Kanäle jeweils anteilig in benachbarten Kegelringelementen ausgebildet sein können, was das Aufbringen einer Korrosionsschutzschicht in diesen Kanälen erheblich vereinfacht.
  • Zweckmäßigerweise kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass die Kegelringelemente, die Ringleitungen und die Kanäle mit derselben Lötzusammensetzung beschichtet werden. Insbesondere kann bei dieser Ausführungsform vorgesehen sein, die Lötzusammensetzung in einem Arbeitsschritt auf die Kegelringelemente, die Ringleitungen und die Kanäle aufzubringen.
  • Grundsätzlich kann das Auftragen der Lötzusammensetzung über sämtliche dem Fachmann bekannten Techniken erfolgen, insbesondere über galvanische Verfahren, über thermisches Spritzen, als Feststoffdispersion, beispielsweise über Aufpinseln einer solchen Dispersion. Andere Auftragungsarten sind möglich.
  • Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeten Lötzusammensetzungen können weiterhin dahingehend ausgewählt werden, dass diese einen Schmelzpunkt von höchstens 1.100°C, insbesondere von höchstens 1.000°C aufweist.
  • Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugt eingesetzten Lötzusammensetzungen sind ausgewählt aus Bor oder siliziumhaltige Lote wie vorzugsweise NiBCrSi, insbesondere selbstfließendem NiBCrSi-Lot oder NiCrP. Lötzusammensetzungen der vorgenannten Art zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass sie einerseits einen festen Verbund zwischen den Kegelringelementen ermöglichen und darüber hinaus gute Korrosionsschutzeigenschaften gegenüber den üblicherweise eingesetzten Brennstoffen besitzen. Insbesondere Cr-haltige Löstzusammensetzungen zeichnen sich durch hervorragende Korrosionsschutzeigenschaften aus.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht der Kegelkörper aus einem Material, welches ausgewählt aus Kupfer-, Eisen- oder Nickellegierungen, insbesondere aus Messing, Kupferbronzen, 16Mo3, Inconel 617, wobei für die Kegelringelemente gleiche oder verschiedene Materialien ausgewählt werden. Diese Materialien besitzen eine gute Bearbeitbarkeit und darüber hinaus eine ausreichende Beständigkeit gegenüber Temperatureinflüssen.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Brennerkegel mit zumindest einer weiteren Brennerkomponente unter Ausbildung einer Lötverbindung verbunden wird, insbesondere mit einem Gasführungsrohr, einem Anschlussstück für eine Versorgungsleitung und/oder einem Regelventil.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auf einen Brennerkegel gerichtet, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft zudem einen Brenner, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden kann. Hierzu wird ein erfindungsgemäßer Brennerkegel mit zumindest einer der oben genannten weiteren Brennerkomponenten verbunden. Ein solcher Brenner wird bevorzugt in stationären Gasturbinen verwendet.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Brennerkegeln näher erörtert.
  • Dabei zeigt
    • Figur 1
    einen Brennerkegel, der nach einem Verfahren gemäß dem Stand der Technik hergestellt ist und
    Figur 2
    einen Brennerkegel, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde.
  • In Figur 1 ist ein Brennerkegel 1 eines Brenners dargestellt, welcher nach einem bereits bekannten Verfahren hergestellt worden ist. Der Brennerkegel 1 umfasst einen eine Zentralöffnung 2 aufweisenden Kegelkörper 3 aus mehreren, an Verbindungsflächen 4 einander fixierten Kegelkomponenten 5, 6, 7. Innerhalb des Kegelkörpers 3 sind zwei umlaufend ausgebildete Ringleitungen 8, 9 und mehrere von diesen Ringleitungen 8, 9 abgehende, vorliegend nicht dargestellte, den Kegelkörper nach außen durchsetzende Kanäle für einen Brennstoff und/oder Luft bzw. Sauerstoff vorgesehen. Die Kegelringelemente 5, 6, 7 sind an ihren Verbindungsflächen 4 über Schweißnähte 10 miteinander verbunden. Nachdem Verschweißen der Kegelringelemente 5, 6, 7 wird der Brennerkegel 1 im Bereich der Ringleitungen 8, 9 und Kanäle alitiert, d.h. mit einer Aluminiumoxidschicht ausgekleidet.
  • Der in Figur 2 abgebildete und nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Brennerkegel 20 weist ebenfalls einen eine Zentralöffnung 21 aufweisenden Kegelkörper 22 auf, der aus drei, an planaren Verbindungsflächen 23 aneinander fixierten Kegelringelementen 24, 25, 26 aufgebaut ist. Innerhalb des Kegelkörpers 22 sind zwei umlaufende Ringleitungen 27, 28 ausgebildet, von denen Kanäle 29 für einen Brennstoff und/oder Luft abgehen, die den Kegelkörper 22 nach außen durchsetzen. Die Ringleitungen 27, 28 stehen zudem mit einem vorliegend nicht dargestellten Anschluss für die Zuführung von Brennstoff und/oder Luft beziehungsweise Sauerstoff in Strömungsverbindung.
  • Bei der Herstellung des in Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Brennerkegels 20 wird in der Weise vorgegangen, dass zunächst die einzelnen Kegelringelemente 24, 25, 26 galvanisch mit einer selbstfließenden NiBCrSi-Lötzusammensetzung beschichtet werden, wobei die Beschichtung auch den Bereich der Ringleitungen 27, 28 und der Kanäle 29 erfasst.
  • Nach dem Galvanisieren werden die beschichteten Kegelringelemente 24, 25, 26 von Elektrolytresten gereinigt, in vorgesehener Weise aufeinander positioniert und fixiert, um diese anschließend in einem Ofen bei einer Temperatur von ca. 1.100°C miteinander zu verlöten. Bei dieser Temperatur wird gleichzeitig das in den Ringleitungen 27, 28 und den Kanälen 29 vorgesehene Lötmaterial aufgeschmolzen und oberflächlich in das Grundmaterial des Brennerkegels 22, vorliegend eine 16Mo3-Legierung, einlegiert. Auf diese Weise werden in einem Arbeitsschritt die einzelnen Kegelringelemente 24, 25 ,26 miteinander verlötet und gleichzeitig die Korrosionsschutzschicht auf den Ringleitungsoberflächen und den Oberflächen der Kanäle 29 erzeugt.
  • Ein solcher Brennerkegel 20 wird insbesondere in stationären Gasturbinen eingesetzt.

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Brenners, insbesondere zum Einsatz in stationären Gasturbinen, mit einem Brennerkegel (20), welcher einen eine Zentralöffnung (21) aufweisenden Kegelkörper (22) aus mehreren, im Bereich von Verbindungsflächen (23) aneinander fixierten Kegelringelementen (24, 25, 26) umfasst, wobei innerhalb des Kegelkörpers (22) wenigstens eine umlaufend ausgebildete Ringleitung (28, 29) und mehrere von dieser Ringleitung (28, 29) abgehende und den Kegelkörper (22) nach außen durchsetzende Kanäle (27) für einen Brennstoff und/oder Luft beziehungsweise Sauerstoff vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • Beschichten wenigstens eines der Kegelringelemente (24, 25, 26) im Bereich der Verbindungsfläche (23) mit einer Lötzusammensetzung;
    • Beschichten der Ringleitungen (28, 29) und/oder der Kanäle (27) mit einer Lötzusammensetzung;
    • Inkontaktbringen der Verbindungsflächen (23) der wenigstens zweier Kegelringelemente (24, 25, 26);
    • Erhitzen der Kegelringelemente (24, 25, 26) auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur der Lötzusammensetzung, jedoch unterhalb der Schmelztemperatur der Kegelringelemente (24, 25, 26) und
    • Ausbildung einer Lötverbindung zwischen den Kegelringelementen (24, 25, 26) und einer Korrosionsschutzschicht in der Ringleitung (28, 29) und/oder den Kanälen (27).
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass wenigstens zwei innerhalb des Kegelkörpers umlaufend ausgebildete Ringleitungen (28, 29) vorgesehen sind, welche jeweils mehrere, von diesen Ringleitungen (28, 29) abgehende und den Kegelkörper (22) nach außen durchsetzende Kanäle (27) für einen Brennstoff und/oder Luft beziehungsweise Sauerstoff aufweisen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kegelkörper (22) aus wenigstens drei durch Lötverbindungen aneinander zu fixierenden Kegelringelementen (24, 25, 26) gebildet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kegelringelemente (24, 25, 26) ausschließlich über Lötverbindungen miteinander verbunden und insbensondere nicht miteinander verschweißt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Ringleitung(en) (28, 29) und/ oder die Kanäle (27) jeweils anteilig in zwei benachbarten Kegelringelementen (24, 25, 26) ausgebildet werden.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kegelringelemente (24, 25, 26), die Ringleitung(en) (28, 29) und die Kanäle (27) mit derselben Lötzusammensetzung beschichtet werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lötzusammensetzung in einem Arbeitsschritt auf die Kegelringelemente (24, 25, 26), die Ringleitung(en) (28, 29) und die Kanäle (27) aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lötzusammensetzung galvanisch, über thermisches Spritzen, als Feststoffdispersion aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lötzusammensetzung einen Schmelzpunkt von höchstens 1100°C, insbesondere von höchstens 1000°C aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Lötzusammensetzung ausgewählt ist aus Bor und/oder siliziumhaltigen Lot, insbesondere auf Nickelbasis wie NiBCrSi, insbesondere selbstfließendem NiBCrSi-Lot oder NiCrP.
  11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Kegelkörper (22)aus einem Material besteht, welches ausgewählt ist aus Kupfer-, Eisen- oder Nickellegierungen, insbesondere aus Messing, Kupferbronzen, 16Mo3, Inconel 617, wobei für die Kegelringelemente (24, 25, 26) gleiche oder verschiedene Materialien ausgewählt werden.
  12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennerkegel (20) mit zumindest einer weiteren Brennerkomponente unter Ausbildung einer Lötverbindung verbunden wird, insbesondere mit einem Gasführungsrohr, einem Anschlussstück für eine Versorgungsleitung und/oder einem Regelventil.
  13. Brennerkegel,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brennerkegel (20) nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 herstellbar ist.
  14. Brenner, insbesondere zum Einsatz in stationären Gasturbinen,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Brenner nach einem Verfahren gemäß Anspruch 12 herstellbar ist.
EP10178250A 2010-09-22 2010-09-22 Verfahren zur Herstellung eines Brenners Withdrawn EP2434216A1 (de)

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