CH698040B1 - Dry-Low-NOx-Brennkammer. - Google Patents

Abstract

Es wird eine Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) bereitgestellt. Die Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) umfasst eine Verbrennungszone (50), eine Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60), die mit der Verbrennungszone (50) in Strömungsverbindung steht und ausgelegt ist, einen gemischten gasförmigen Brennstoff (80) in die Verbrennungszone (50) einzuspritzen, wobei die Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) ausgelegt ist, den gemischten gasförmigen Brennstoff (80) zu empfangen, der eine vorbestimmte Menge eines ersten gasförmigen Brennstoffs (76) und eine vorbestimmte Menge eines zweiten gasförmigen Brennstoffs (78) enthält, wobei ein modifizierter Wobbeindex (MWI) des ersten gasförmigen Brennstoffs (76) höher ist als ein MWI des zweiten gasförmigen Brennstoffs (78) und eine Brennstoffreaktivität des ersten gasförmigen Brennstoffs (76) niedriger ist als eine Brennstoffreaktivität des zweiten gasförmigen Brennstoffs (78).

Description

[0001] Diese Erfindung betrifft eine Dry-Low-NOx(Stickoxid)-Brennkammer.

Stand der Technik

[0002] Die Verbrennungssysteme mindestens einiger bekannter Gasturbinentriebwerke verbrennen Synthesegas oder Syngas, um Abgase zum Antrieb einer Gasturbine zu erzeugen. Doch manche bekannte Syngase weisen im Vergleich zu anderen Brennstoffen wie z.B. Erdgas einen niedrigen Heizwert auf und können daher im Vergleich zu anderen Brennstoffen auch einen niedrigen modifizierten Wobbeindex (MWI) haben. Zudem weisen einige bekannte Syngase auf der Basis der molaren Brennstoffanteile einen signifikanten Wasserstoffgehalt auf, der einen hochreaktiven Brennstoffstrom mit einer sehr kleinen charakteristischen Verweilzeit zur Folge haben kann. Aufgrund dieser Kombination aus niedrigem MWI und hoher Brennstoffreaktivität können konventionelle vorgemischte DLN-Verbrennungssysteme bei der Verbrennung von Syngas einen Flammenrückschlag durchmachen. «Flammenrückschlag» bezieht sich auf einen Zustand, der auftreten kann, wenn die Aerodynamik der Brennstoffeinleitung und Mischung durch die schnelle Chemie des Verbrennungsprozesses überwunden wird, wodurch die Reaktion sich in der Vormischvorrichtung stabilisiert. Es ist wohlbekannt, dass die charakteristische Verweilzeit des Brennstoffs benutzt werden kann, um den Flammenrückschlag zu korrelieren, und dass die Reaktion um so langsamer ist und folglich die Neigung des Brennstoffs, ein Rückschlagsereignis einzuleiten, umso geringer ist, je länger die charakteristische Verweilzeit ist. Mit der Zeit kann das Auftreten von Flammenrückschlägen für die Ausrüstung in der Brennkammer schädlich sein. Um das Auftreten von Rückschlägen zu verringern, sind bei einigen bekannten Dry-Low-NOx-Verbrennungssystemen eingeschränkte Brennstoffspezifikationen sowohl bezüglich des Wasserstoffgehalts als auch des MWI für den Normalbetrieb erforderlich.

[0003] Um sich von Rückschlagproblemen zu befreien, basieren einige bekannte Verbrennungssysteme, die Syngas verbrennen, auf Diffusionsbrennkammern, die Brennstoff nicht mit Luft vormischen und für Flammenrückschlag nicht anfällig sind. Solche Systeme spritzen ein Verdünnungsmittel ein, um die NOx-Emissionen zu senken, indem sie die Spitzentemperaturen der Reaktion unterdrücken. Doch die Nähe der Stickstoffversorgung zum Verbrennungssystem und die zusätzliche Verdichtung, die der Stickstoff vor der Einspritzung erfordern kann, können im Vergleich zu Systemen, die keine Stickstoffeinspritzung in die Brennkammer aufwiesen, die Komplexität und/oder die Kosten der Verbrennungssysteme erhöhen.

[0004] Ein anderes bekanntes System leitet ein Stickstoff-Wasserdampf-Gemisch als Verdünnungsmittel ein, ein weiteres bekanntes System spritzt ein Brennstoff-Wasserdampf-Gemisch in die Brennkammer ein, um die NOx-Entstehung zu regeln, und noch ein anderes bekanntes System verwendet Kohlendioxid.

[0005] Ein Problem besteht darin, dass die Wasserverfügbarkeit und die Wasserqualität solche Systeme nachteilig beeinflussen, und daher Brennkammern mit Dampfinjektion kostspielige und komplexe Dampfsysteme erfordern, um die nachteiligen Einflüsse des Wassers zu vermeiden.

[0006] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dieses Problem aus dem Stand der Technik zu lösen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0007] Dieses Problem wird durch eine Dry-Low-NOx-Brennkammer gemäss Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

[0008] Fig. 1 ist eine partielle schematische Seitenansicht eines beispielhaften Gasturbinen-Verbrennungssystems.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0009] Fig. 1 ist eine partielle schematische Seitenansicht eines beispielhaften Gasturbinentriebwerks 10. Das Gasturbinentriebwerk 10 umfasst einen Verdichter 12, eine Dry-Low-NOx-Brennkammer 14 und eine Turbine 16. In Fig. 1 wird nur eine Düse 18 der ersten Stufe der Turbine 16 gezeigt. Beispielsweise ist die Turbine 16 auf drehbare Weise mit dem Verdichter 12 durch Rotoren (nicht gezeigt) gekoppelt, die durch eine gemeinsame Einzelwelle (nicht gezeigt) gekoppelt sind. Der Verdichter 12 setzt die Eintrittsluft 20 unter Druck, die dann zur Brennkammer 14 geleitet wird, um die Brennkammer 14 zu kühlen und Luft für den Verbrennungsprozess bereitzustellen. Das heisst, Luft 20, die zur Brennkammer 14 geleitet wird, strömt in eine Richtung, die dem Luftstrom durch das Triebwerk 10 allgemein entgegengesetzt ist. Beispielsweise umfasst das Gasturbinentriebwerk 10 mehrere Brennkammern 14, die um das Triebwerksgehäuse 22 herum in der Umfangsrichtung orientiert sind. Das heisst, in dem Beispiel sind die Brennkammern 14 zum Beispiel, aber ohne darauf beschränkt zu sein, Rohrringbrennkammern.

[0010] Beispielsweise umfasst die Brennkammer 14 einen doppelwandigen Übergangskanal 24, der vor der Turbine 16 gekoppelt ist. Ferner umfasst in dem Beispiel jede Brennkammer 14 ein im Wesentlichen zylindrisches Brennkammergehäuse 26, das mit dem Triebwerksgehäuse 22 und mit einer Abschlussdeckel-Baugruppe 28 gekoppelt ist. Die Abschlussdeckel-Baugruppe 28 umfasst zum Beispiel Versorgungsrohre, Verteiler, Ventile, um gasförmigen Brennstoff, Flüssigbrennstoff, Luft und/oder Wasser zur Brennkammer und/oder jeder anderen Komponente zu leiten, die dem Triebwerk 10 erlaubt, wie hierin beschrieben zu funktionieren.

[0011] In dem Beispiel ist eine im Wesentlichen zylindrische Strömungshülse 30 derart im Brennkammergehäuse 26 gekoppelt, dass die Hülse 30 im Wesentlichen konzentrisch mit dem Gehäuse 26 ausgerichtet ist. Die Strömungshülse 30 weist eine Brennkammerauskleidung 32 auf, die darin gekoppelt ist. Die Brennkammerauskleidung 32 ist im Wesentlichen konzentrisch in der Strömungshülse 30 ausgerichtet und mit einer Brennkammerauskleidungsdeckel-Baugruppe 34 gekoppelt. Die Brennkammerauskleidungsdeckel-Baugruppe 34 ist durch eine Vielzahl von Streben 36 und ein zugehöriges Lager (nicht gezeigt) im Brennkammergehäuse 26 befestigt. Die Auskleidung 32 ist mit einer Innenwand 40 des Übergangskanals gekoppelt, und die Strömungshülse 30 ist mit einer Aussenwand 42 des Übergangskanals 24 gekoppelt.

[0012] In dem Beispiel ist jeweils zwischen der Auskleidung 32 und der Strömungshülse 30 und zwischen der Innen- und Aussenwand 40 und 42 des Übergangskanals 24 ein Luftkanal 38 geformt. Die Übergangskanal-Aussenwand 42 weist eine Vielzahl von Öffnungen 44 auf, die darin definiert sind, um der verdichteten Luft 20 aus dem Verdichter 12 den Eintritt in den Luftkanal 38 zu gestatten. In dem Beispiel strömt Luft 20 in eine Richtung, die einer Richtung des Hauptstroms (nicht gezeigt) allgemein entgegengesetzt ist, vom Verdichter 12 zur Abschlussdeckel-Baugruppe 28. Ferner weist die Brennkammer 14 in dem Beispiel auch eine Vielzahl von Zündkerzen 46 und eine Vielzahl von Querzündrohren 48 auf. Die Zündkerzen 46 und Querzündrohre 48 verlaufen durch Öffnungen (nicht gezeigt) in der Auskleidung 32, die hinter der Brennkammerauskleidungsdeckel-Baugruppe 34 und in einer Verbrennungszone 50 definiert sind. Die Zündkerzen 46 und Querzündrohre 48 zünden Brennstoff und Luft in jeder Brennkammer 14, um Verbrennungsgase 52 zu erzeugen.

[0013] Beispielsweise ist eine Vielzahl von Brennstoffdüsen-Baugruppen 54 mit der Abschlussdeckel-Baugruppe 28 gekoppelt. Auch wenn hierin nur ein Typ Brennstoffdüsen-Baugruppe 54 beschrieben wird, kann die Brennkammer 14 mehr als einen Typ Düsenbaugruppe oder jeden anderen Typ Brennstoffdüsen einschliessen. In dem Beispiel umfasst die Verbrennungsauskleidungsdeckel-Baugruppe 34 mehrere Vormischrohr-Baugruppen 56, die alle im Wesentlichen eine jeweilige Brennstoffdüsen-Baugruppe 54 umschreiben. Jede Vormischrohr-Baugruppe 56 weist einen Aufbau mit zwei Rohren (nicht gezeigt) auf, die durch eine Vormischrohr-Ringdichtung (nicht gezeigt) getrennt sind. Die Ringdichtung erlaubt dem Zweirohr-Aufbau die Wärmedehnung und Schrumpfung, wenn die Verbrennungsauskleidungsdeckel-Baugruppe 34 sich während der Betriebsbedingungen dehnt.

[0014] Überdies weist in dem Beispiel jede Vormischrohr-Baugruppe 56 einen Hals (nicht gezeigt) auf, der einen Luftverwirbler (nicht gezeigt) trägt, der z.B. benachbart zu einer radial äussersten Wand (nicht gezeigt) jeder Brennstoffdüsen-Baugruppe 54 angeordnet sein kann, mit jeder Düsenbaugruppe 54 aus einem Stück geformt ist und/oder in jeder anderen geeigneten Konfiguration konfiguriert ist, die dem Triebwerk 10 erlaubt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Die Orientierung der Verwirbler bewirkt, dass die durch den Luftkanal 38 strömende Luft 20 an einem Brennkammer-Einlassende 58 der Brennkammer 14 (zwischen der Abschlussdeckel-Baugruppe 28 und der Verbrennungsauskleidungsdeckel-Baugruppe 34) die Richtung umkehrt und durch die Luftverwirbler und Vormischrohr-Baugruppen 56 strömt. Brennstoffkanäle (nicht gezeigt), die in jedem der Luftverwirbler definiert sind, leiten den Brennstoff durch eine Anordnung von Öffnungen, die abhängig vom Betriebsmodus des Gasturbinentriebwerks 10 kontinuierlich gasförmigen Brennstoff in die durchlaufende Luft 20 einleiten, um ein Brennstoff-Luft-Gemisch zu erzeugen, das hinter den Vormischrohr-Baugruppen 56 in der Verbrennungszone 50 gezündet wird.

[0015] Beispielsweise umfasst die Brennkammer 14 eine Hauptbrennstoffversorgungsleitung 60, die über eine Brennstoffmischvorrichtung 66 mit einer ersten Brennstoffversorgung 62 und einer zweiten Brennstoffversorgung 64 gekoppelt ist. Das heisst, eine erste Brennstoffversorgungsleitung 68 ist zwischen der ersten Brennstoffversorgung 62 und der Brennstoffmischvorrichtung 66 gekoppelt und weist einen ersten Durchflussregler 70 auf. Eine zweite Brennstoffversorgungsleitung 72 ist zwischen der zweiten Brennstoffversorgung 64 und der Brennstoffmischvorrichtung 66 gekoppelt und weist einen zweiten Durchflussregler 74 auf. Auch wenn nur zwei Durchflussregler 70 und 74 gezeigt und beschrieben werden, kann die Brennkammer 14 jede geeignete Zahl von Durchflussreglern und/oder anderen geeigneten Komponenten aufweisen, die der Brennkammer 14 erlauben, wie hierin beschrieben zu funktionieren. In dem Beispiel können die erste Brennstoffversorgung 62, die erste Brennstoffversorgungsleitung 68 und/oder der erste Brennstoffdurchflussregler 70 einen ersten Brennstoff 76 darin enthalten. Dementsprechend können die zweite Brennstoffversorgung 64, die zweite Brennstoffversorgungsleitung 72 und/oder der zweite Brennstoffdurchflussregler 74 einen zweiten Brennstoff 78 darin enthalten. In dem Beispiel sind der erste Brennstoff 76 und der zweite Brennstoff 78 verschiedene Brennstoffe mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, wie weiter unten ausführlicher beschrieben. Die Hauptbrennstoffversorgungsleitung 60 ist konfiguriert, um einen gemischten Brennstoff 80 aus der Brennstoffmischvorrichtung 66 und in die Brennkammer 14 einzuspritzen.

[0016] Beispielsweise ist die Brennstoffmischvorrichtung 66 konfiguriert, um den ersten Brennstoff 76 und den zweiten Brennstoff 78 zu einem im Wesentlichen homogen gemischten Brennstoff 80 zu kombinieren. Alternativ dazu können der erste und zweite Brennstoff 76 und 78 durch andere Mittel als die Mischvorrichtung 66 gemischt werden. Zum Beispiel können die Brennstoffe 76 und 78 in einer gemeinsamen Brennstoffversorgung (nicht gezeigt), in der Abschlussdeckel-Baugruppe 28, in den Vormischrohr-Baugruppen 56, in den Brennstoffdüsen-Baugruppen 54 und/oder in jedem anderen geeigneten Mischmittel gemischt werden, das der Brennkammer 14 erlaubt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. Überdies erleichtert die Mischvorrichtung 66 in dem Beispiel die Regulierung eines modifizierten Wobbeindexes des gemischten Brennstoffs 80, indem sie die Anteile des ersten und zweiten Brennstoffs 76 und 78 im gemischten Brennstoff 80 anpasst.

[0017] Hierin bezieht sich der Begriff «modifizierter Wobbeindex» oder «MWI» auf einen temperaturkorrigierten Wobbeindex. Der MWI wird wie folgt berechnet:

wobei LHV der untere Heizwert des Brennstoffs in Britischen Wärmeeinheiten pro Standardkubikfuss (BTU/scf) ist, Tg die absolute Temperatur des Brennstoffs in Grad Rankine (°R) ist und SG die Wichte des Brennstoffs relativ zu Luft bei ISO-Bedingungen ist. Solch eine Gleichung wird zum Beispiel in «Design Considerations for Heated Gas Fuel», von D.M. Erickson et al., GE Power Systems (März 2003) beschrieben. Als solcher ist der MWI eine berechnete Messung des volumetrischen Energiegehalts eines Brennstoffs und steht in direkter Beziehung mit der Temperatur und dem unteren Heizwert des Brennstoffs. Allgemein gibt ein niedrigerer MWI einen niedrigen Heizwert an, und umgekehrt gibt ein höherer MWI einen hohen Heizwert an. Ferner bezieht sich der Begriff «Brennstoffreaktivität» hierin auf einen molaren Wasserstoffgehalt eines Brennstoffs, der seinerseits ein Indikator einer charakteristischen Verweilzeit des Brennstoffs ist. Bekanntlich ist Wasserstoff äusserst entflammbar und der Zusatz von Wasserstoff zu einem gasförmigen Brennstoff kann eine signifikante Auswirkung auf die Entflammbarkeitsgrenzen, die Flammengeschwindigkeit und die allgemeinen Verbrennungseigenschaften des gemischten Stroms haben.

[0018] Beispielsweise ist der erste Brennstoff 76 Erdgas, und der zweite Brennstoff 78 ist ein Synthesegas oder Syngas. Nachstehend sind «erster Brennstoff» und «Erdgas» austauschbar, und «zweiter Brennstoff» und «Syngas» sind austauschbar. Ferner beziehen sich die Begriffe «Synthesegas» oder «Syngas» hierin auf einen gasförmigen Brennstoff, der durch einen Vergasungsprozess erzeugt wird. Syngas schliesst hauptsächlich, aber ohne nur darauf beschränkt zu sein, Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2) und Wasserstoff (H2) ein, wobei die Zusammensetzung vom Ausgangsbrennstoff abhängig ist. Zudem bezieht sich der Begriff «Erdgas» hierin auf einen gasförmigen Brennstoff, der hauptsächlich Methan (CH4) enthält, aber auch Ethan (C2H6), Butan (C4H10), Propan (C3H8), Kohlendioxid (CO2), Stickstoff (N2), Helium (He2), und/oder Schwefelwasserstoff (H2S) einschliessen kann, ohne darauf beschränkt zu sein. Zum Beispiel kann Erdgas eine Zusammensetzung aus 70–90 Volumen-% Methan, 5–15 Volumen-% Ethan, weniger als 5 Volumen-% Propan und Butan haben, und der Rest der volumetrischen Zusammensetzung kann andere Gase wie z.B. Kohledioxid, Stickstoff und/ oder Schwefelwasserstoff enthalten.

[0019] Der MWI für Erdgas kann je nach Temperatur des Erdgases zwischen etwa 42 und etwa 54 sein. Der MWI für Syngas ist allgemein unter etwa 20. Überdies ist die charakteristische Verweilzeit von Erdgas etwa 5- bis etwa 10-mal länger als die charakteristische Verweilzeit von Syngas. Allgemein können der MWI-Bereich und die Brennstoffreaktivität des Syngases das Auftreten eines Flammenrückschlags ermöglichen, und daher wird in dem Beispiel eine vorbestimmte Menge an Syngas 78 mit dem Erdgas 76 gemischt, um die charakteristische Verweilzeit des Erdgases 76 zu reduzieren. Das heisst, in dem Beispiel werden ein Prozentsatz Syngas 78 und ein Prozentsatz Erdgas 76 gewählt, um die Regulierung einer vom gemischten Brennstoff 80 erzeugten charakteristischen Verweilzeit so zu erleichtern, dass die Verringerung des Flammenrückschlags im Vergleich zur alleinigen Verbrennung von Syngas 78 erleichtert wird. Beispielsweise werden die Prozentsätze von Erdgas 76 und Syngas 78 gewählt, um einen gemischten Brennstoff 80 mit einem MWI zwischen etwa 15 und etwa 54 zu erhalten. Überdies weist der gemischte Brennstoff 80 beispielsweise eine Brennstoffreaktivität mit einer charakteristischen Verweilzeit auf, die mindestens das Zweifache von der des Syngases 78 ist. Eine Erdgasbeimischung von weniger als 10 Volumen-% genügt, um die charakteristische Verweilzeit des Syngases zu verdreifachen und daher die Tendenz zum Flammenrückschlag um einen Faktor drei zu verringern.

[0020] Beispielsweise ist ein Regelungssystem 82 in Wirkbeziehung mit dem ersten und zweiten Brennstoffdurchflussregler 70 und 74 gekoppelt, um jeweils die relativen Mengen des ersten und zweiten Brennstoffs 76 und 78 zu regeln, die in die Brennstoffmischvorrichtung 66 eintreten. Das Regelungssystem 82 kann zum Beispiel, ohne aber darauf beschränkt zu sein, ein Computersystem und/oder jedes andere System sein, das der Brennkammer 14 erlaubt, wie hierin beschrieben zu funktionieren. In dem Beispiel ist das Regelungssystem 82 konfiguriert, um den ersten Brennstoff 76 mit einer vorbestimmten Massen- und/oder Volumendurchflussrate durch die erste Brennstoffversorgungsleitung 68 und in die Brennstoffmischvorrichtung 66 zuzulassen, um das Erreichen eines vorbestimmten MWI und einer vorbestimmten Brennstoffreaktivität des gemischten Brennstoffs 80 zu erleichtern. Dementsprechend ist das Regelungssystem 82 konfiguriert, um den zweiten Brennstoff 78 mit einer vorbestimmten Massen- und/oder Volumendurchflussrate durch die zweite Brennstoffversorgungsleitung 72 und in die Brennstoffmischvorrichtung 66 zuzulassen, um das Erreichen des vorbestimmten MWI und der vorbestimmten Brennstoffreaktivität des gemischten Brennstoffs 80 zu erleichtern.

[0021] Alternativ dazu kann das Regelungssystem 82 konfiguriert sein, um die relativen Mengen des ersten und zweiten Brennstoffs 76 und 78, die in die Brennstoffmischvorrichtung 66 eintreten, durch Regelung anderer Strömungseigenschaften als die Massen- und/oder Volumendurchflussrate zu regeln. Beispielsweise ist das Regelungssystem 82 mit der Brennstoffmischvorrichtung 66 gekoppelt, um die Mischung der Brennstoffe 76 und 78 in der Mischvorrichtung 66 zu regeln und/oder zu überwachen. In einem anderen Beispiel ist das Regelungssystem 82 mit der Brennstoffmischvorrichtung 66 und/oder der Hauptbrennstoffversorgungsleitung 60 gekoppelt, um die Menge des gemischten Brennstoffs 80 zu regeln, die in die Brennkammer 14 eingespritzt wird. In einem weiteren Beispiel sind die Komponenten in der Abschlussdeckel-Baugruppe 28 mit dem Regelungssystem 82 gekoppelt, um den gemischten Brennstoff 80 zu regeln, der in die Brennkammer 14, die Brennstoffdüsen-Baugruppen 54 und/oder die Vormischrohr-Baugruppen 56 eintritt.

[0022] In Betrieb tritt Luft 20 durch einen Einlass (nicht gezeigt) in die Turbine 10 ein und wird im Verdichter 12 verdichtet. Verdichtete Luft 20 wird aus dem Verdichter 12 ausgelassen und zur Brennkammer 14 geleitet. Luft 20 tritt durch Öffnungen 44 in die Brennkammer ein und strömt dann durch den Luftkanal 38 zur Abschlussdeckel-Baugruppe 28 der Brennkammer 14. Durch den Luftkanal 38 strömende Luft 20 wird am Brennkammer-Einlassende 58 gezwungen, ihre Strömungsrichtung umzukehren und wird durch die Luftverwirbler und Vormischrohr-Baugruppen 56 gelenkt.

[0023] Um gemischten Brennstoff 80 zur Versorgung der Brennkammer 14 durch die Abschlussdeckel-Baugruppe 28 zu erzeugen, regelt das Regelungssystem 82 erste und zweite Brennstoffdurchflussregler 70 und 74, um den Strom der jeweiligen Brennstoffe 76 und 78 in die Brennstoffmischvorrichtung 66 zuzulassen. Das heisst, der erste Brennstoffdurchflussregler 70 wird geregelt, um den Austritt des ersten Brennstoffs 76 aus der ersten Brennstoffversorgung 62 durch die erste Brennstoffversorgungsleitung 68 und in die Brennstoffmischvorrichtung 66 zuzulassen. Der zweite Brennstoffdurchflussregler 74 wird dementsprechend geregelt, um den Austritt des zweiten Brennstoffs 78 aus der zweiten Brennstoffversorgung 64 durch die zweite Brennstoffversorgungsleitung 72 und in die Brennstoffmischvorrichtung 66 zuzulassen. Jeder Brennstoffdurchflussregler 70 und 74 wird gesteuert, um das Erreichen eines vorbestimmten Volumenprozentsatzes für jeden Brennstoff 76 und 78 im gemischten Brennstoff 80 zu erleichtern.

[0024] Beispielsweise wird Syngas 78 mit dem Erdgas 76 gemischt, um einen gemischten Brennstoff 80 zu erzeugen, der einen Prozentsatz an Erdgas 76 zwischen etwa 5% und etwa 50% des Gesamtvolumens des gemischten Brennstoffs 80 aufweist. In einem anderen Beispiel ist der Prozentsatz an Erdgas 76 und Syngas 78 im gemischten Brennstoff 80 jeweils etwa 20 Volumen-% und etwa 80 Volumen-%. In einem weiteren Beispiel basieren die Volumenprozentsätze des Syngases 78 und des Erdgases 76 auf dem Design der Dry-Low-NOx-Brennkammer 14, damit der MWI und die Brennstoffreaktivität des gemischten Brennstoffs 80 innerhalb der Auslegungsspezifikationen liegen.

[0025] Beispielsweise wird erster Brennstoff 76 und zweiter Brennstoff 78 in der Brennstoffmischvorrichtung 66 derart kombiniert, dass der aus der Mischvorrichtung 66 austretende gemischte Brennstoff 80 im Wesentlichen homogen ist. Gemischter Brennstoff 80 wird aus der Brennstoffmischvorrichtung 66 durch die Hauptbrennstoffversorgungsleitung 60 und in die Brennkammer 14 ausgelassen. Überdies regelt das Regelungssystem 82 in dem Beispiel die Luft 20 und den gemischten Brennstoff 80, die den Düsenbaugruppen 54 und/oder Vormischrohr-Baugruppen 56 zugeführt werden. Die Zündung wird am Anfang erreicht, wenn das Regelungssystem 82 einen Inbetriebsetzungsvorgang des Gasturbinentriebwerks 10 einleitet, und die Zündkerzen 46 werden aus der Verbrennungszone 50 zurückgezogen, sobald eine stabile Flamme hergestellt worden ist. Am entgegengesetzten Ende der Verbrennungszone 50 werden heisse Verbrennungsgase 52 durch den Übergangskanal 24 und die Turbinendüse 18 zur Turbine 16 hin geleitet. Beispielsweise wird ein Flammenrückschlagsereignis während der Verbrennung korrigiert, indem die Menge des ersten Brennstoffs 76, die in die Brennkammer 14 eingespritzt wird, erhöht wird, weil der erste Brennstoff 76 einen höheren MWI und eine geringere Brennstoffreaktivität als der zweite Brennstoff 78 hat.

[0026] Die oben beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung erleichtern die Dry-Low-NOx-Verbrennung von Syngas in einer Brennkammer ohne Zusatz eines Verdünnungsmittels. Das heisst, Erdgas wird mit Syngas gemischt, um die Verbrennung in einer Dry-Low-NOx-Brennkammer zu erleichtern. Der Zusatz von Erdgas erleichtert die Verlängerung der charakteristischen Verweilzeit von Syngas, um einen Flammenrückschlag zu vermeiden, und erleichtert dadurch die Verringerung von Schäden und/oder Verschleiss an Komponenten in der Nähe der Flamme. Der Zusatz von Erdgas erleichtert auch das Halten des MWI des eingespritzten Brennstoffs innerhalb der Auslegungsspezifikationen mindestens einiger bekannter Dry-Low-NOx-Brennkammern, weil kleine Mengen an Erdgas eine grosse Wirkung auf die Verbrennungschemie von Syngas haben. Darüber hinaus erleichtert das oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung auch die Senkung der Kosten und Komplexität der Brennkammer im Vergleich zu Brennkammern, in denen Syngas und Verdünnungsmittel eingespritzt werden, da Erdgas als Reservebrennstoff in Brennkammern benutzt werden kann und daher ohne Zusatzkosten und/oder -ausrüstung leicht verfügbar sein kann.

[0027] Beispiele eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Verbrennen von Syngas in einer Brennkammer wurden oben ausführlich beschrieben. Das Verfahren und die Vorrichtung sind nicht auf die spezifischen Beispiele eingeschränkt, die hierin beschrieben wurden, sondern Komponenten des Verfahrens und der Vorrichtung können vielmehr unabhängig und getrennt von anderen Komponenten, die hierin beschrieben wurden, verwendet werden. Zum Beispiel kann der gemischte Brennstoff auch in Kombination mit anderen Verbrennungssystemen und -verfahren benutzt werden und ist nicht nur auf den Einsatz mit der Dry-Low-NOx-Brennkammer beschränkt, wie hierin beschrieben. Auch wenn die Erfindung in Bezug auf verschiedene spezifische Beispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen im Umfang der beiliegenden Ansprüche in die Praxis umgesetzt werden kann.

Claims (5)

1. Dry-Low-NOx-Brennkammer (14), umfassend: eine Verbrennungszone (50); eine Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60), die mit der Verbrennungszone (50) in Strömungsverbindung steht und ausgelegt ist einen gemischten gasförmigen Brennstoff (80) in die Verbrennungszone (50) einzuspritzen, wobei die Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) mit einer Brennstoffmischvorrichtung (66) verbunden ist, die mit einer ersten Brennstoffversorgungsleitung (68) und einem Durchflussregler (70) sowie mit einer zweiten Brennstoffversorgungsleitung (72) mit einem zweiten Durchflussregler (74) gekoppelt ist, wobei diese Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) ausgelegt ist, um den gemischten gasförmigen Brennstoff (80) zu empfangen, der eine vorbestimmte Menge eines ersten gasförmigen Brennstoffs (76) und eine vorbestimmte Menge eines zweiten gasförmigen Brennstoffs (78) enthält, wobei ein Regelungssystem (82) in Wirkbeziehung mit dem ersten und zweiten Durchflussregler (70, 74) gekoppelt ist und so ausgelegt ist, um den ersten gasförmigen Brennstoff (76) mit einem volumetrischen Energiegehalt oder modifizierten Wobbeindex (MWI) in die Brennstoffmischvorrichtung (66) einströmen zu lassen, der höher als ein volumetrischer Energiegehalt oder modifizierter Wobbeindex (MWI) des zweiten gasförmigen Brennstoffs (78) ist, und mit einer Brennstoffreaktivität des ersten gasförmigen Brennstoffs (76), der niedriger ist als die Brennstoffreaktivität des zweiten gasförmigen Brennstoffs (78), und die Brennstoffvorrichtung (66) und das Regelungssystem (82) so ausgelegt sind, um einen vorbestimmten MWI des gemischten Brennstoffs (80) zu erreichen.

2. Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) nach Anspruch 1, wobei die Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) mit einer ersten Brennstoffversorgung (62) und einer zweiten Brennstoffversorgung (72) verbunden ist, wobei die erste Brennstoffversorgung (62) für Erdgas und die zweite Brennstoffversorgung (64) für Synthesegas ausgelegt ist und die Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) für den Empfang eines gemischten gasförmigen Brennstoffs (80) mit einer vorbestimmten Menge an Erdgas und einer vorbestimmten Menge an Synthesegas ausgelegt ist.

3. Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) nach Anspruch 2, wobei die Brennstoffmischvorrichtung (66) ausgelegt ist, dass bei dem in der Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) empfangbaren gemischten gasförmigen Brennstoff (80) 5 Volumen-% bis 50 Volumen-% Erdgas erreichbar ist.

4. Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffmischvorrichtung (66) ausgelegt ist, dass für den in der Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) empfangbaren ersten gasförmigen Brennstoff (76) ein volumetrischer Energiegehalt, das heisst ein modifizierter Wobbeindex (MWI) zwischen 42 und 54 erreichbar ist, und für den in der Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) empfangbaren zweiten gasförmigen Brennstoff (78) ein volumetrischer Energiegehalt, das heisst ein modifizierter Wobbeindex (MWI) von unter 20 erreichbar ist.

5. Dry-Low-NOx-Brennkammer (14) nach Anspruch 1, wobei die Brennstoffmischvorrichtung (66) ausgelegt ist, dass für den in der Hauptbrennstoffversorgungsleitung (60) empfangbaren gemischten gasförmigen Brennstoff (80) ein volumetrischer Energiegehalt, das heisst ein modifizierter Wobbeindex (MWI) zwischen 15 und 54 erreichbar ist.