DE102004057985A1

DE102004057985A1 - Gasturbinenverbrennungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102004057985A1
Application number: DE102004057985A
Authority: DE
Inventors: Masao Takasago Terazaki; Yoshiyuki Takasago Kanezawa; Hideto Takasago Horikawa
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2003-12-09
Filing date: 2004-12-01
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2024-12-02
Also published as: US7299618B2; CN100549530C; KR100638753B1; CN1626877A; DE102004057985B4; US20050166599A1; KR20050056134A; JP2005171795A

Abstract

Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit mehreren Vergasungsbrennern (3), die in einer Umfangsrichtung innerhalb einer Turbinengehäusekammer (5), die durch ein Gehäuse (4) gebildet ist, angeordnet sind, wobei jeder Vergasungsbrenner (3) ein Vergasungsbrennerinnenrohr (1) und ein Vergasungsbrennerübergangsrohr (2) aufweist, die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung jedoch keinen Turbinenbypassmechanismus zum Steuern der Druckluftmenge, die von einem Kompressor in die Turbinengehäusekammer (5) geleitet wird, umfasst. Die Verbrennungsvorrichtung umfasst ein Ausströmöffnungselement (10), das in einer Einstiegöffnung (4a), die sich in das Gehäuse (4) öffnet und mit der Außenseite der Turbinengehäusekammer (5) in Verbindung steht, eingesetzt ist, Entnahmerohre (12) zur gleichmäßigen Entnahme von Druckluft, die in die Turbinengehäusekammer (5) geleitet wird, ein rundes Rohr (11) zur Wiedergewinnung von Druckluft, die durch die Entnahmerohre (12) entnommen wurde, und zum Leiten der Druckluft zu dem Ausströmöffnungselement (10), und ein Öffnungs- und Schließventil (14) zum Steuern der Ausströmmenge, die das runde Rohr (11) über das Ausströmöffnungselement (10) zur Außenseite der Turbinengehäusekammer (5) leitet, wodurch ein Turbinenbypassmechanismus entsteht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung.

In den vergangenen Jahren wurden verschiedene Verbesserungen in Bezug auf eine Verbrennungsvorrichtung in einer Gasturbine gemacht, um die Konzentrationen von NO_x (Stickoxide) in einem Abgas zu verringern, wodurch geringe NO_x-Anteile in dem Abgas der Gasturbine erzielt wurden. Für diesen Zweck wurden häufig solche Verfahren verwendet, bei denen einem Vergasungsbrenner nicht die Gesamtmenge an Druckluft zugeführt wird, sondern bei denen ein Bypassventil vorgesehen ist und ein Teil der Druckluft mit Hilfe des Bypassventils umgeleitet wird.

Wie beispielsweise in 5 gezeigt ist, umfasst ein Vergasungsbrenner 101 ein Vergasungsbrennerinnenrohr 102 und ein Vergasungsbrennerübergangsrohr 103. Innerhalb des Vergasungsbrenners 101 werden Brennstoff und Druckluft gemischt. Der Brennstoff wird von einem Brennstoffversorgungsrohr 104 zugeführt, das in einem vorderen Endbereich des Vergasungsbrennerinnenrohrs 102 vorgesehen ist, und mit Hilfe einer Brennstoffeinspritzdüse 105 eingespritzt. Die Druckluft wird von einem (nicht dargestellten) Kompressor ausgegeben, durch einen Diffusor 106 geleitet und dann an einer Stromaufwärtsseite des Vergasungsbrennerinnenrohrs 102 eingeleitet. Das Brennstoff-Druckluft-Gemisch wird in einem Verbrennungsbereich an einer Stromaufwärtsseite des Vergasungsbrennerinnenrohrs 102 oder an einer Stromaufwärtsseite des Vergasungsbrennerübergangsrohrs 103 verbrannt und einer stationären Turbinenschaufel 107 als Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zugeführt. In einer Turbine wird dieses Verbrennungsgas expandiert, um eine Antriebskraft auszuüben, die den Kompressor antreibt. Das verbleibende Ausgangsprodukt treibt einen Generator oder dergleichen an. Pfeile in der Zeichnung repräsentieren den Druckluftstrom.

Das Verhältnis zwischen dem Brennstoff und der Druckluft (d.h. das Brennstoff-Luft-Verhältnis), das dem Vergasungsbrennerinnenrohr 102 zugeführt wird, muss nicht auf einen optimalen Wert entsprechend dem Betriebszustand der Gasturbine geregelt werden (d.h. entsprechend der Menge des zugeführten Kraftstoffs). Entsprechend wird nicht die gesamte Druckluft in den Verbrennungsbereich des Vergasungsbrenners 101 geleitet, sondern ein Teil der Druckluft wird umgeleitet und strömt von einer Turbinengehäusekammer 109, die von einem Gehäuse 108 gebildet wird, in das Vergasungsbrennerübergangsrohr 103. Zu diesem Zweck ist ein Bypassventil 110 vorgesehen, so dass ein Teil der Druckluft von einer Öffnung eines Bypassrohrs 111, das in der Turbinengehäusekammer 109 vorgesehen ist, in das Vergasungsbrennerübergangsrohr 103 strömt. Das heißt, dass das Verhältnis zwischen dem Brennstoff und der Druckluft durch das Öffnen und Schließen des Bypassventils 110 gesteuert wird.

Eine derartige Gasturbinenverbrennungsvorrichtung ist in der japanischen Patentschrift Nr. 1994-48093 beschrieben. Eine Verbrennungsvorrichtung, bei der von einem Kompressor abgegebene Druckluft nicht nur einer Turbinengehäusekammer zugeführt wird, sondern auch durch einen Regenerator zum Wärmeaustausch geleitet und dann der Turbinengehäusekammer zugeführt wird, ist in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2001-107748 beschrieben.

In den vergangenen Jahren wurden die Umweltschutzvorschriften verschärft, wobei Vorschriften über die NO_x-Emission hier keine Ausnahme bilden. Unter den derzeit verwendeten Gasturbinen finden sich jedoch solche, deren vorhandene Einrichtungen die NO_x-Emissionsnormen nicht erfüllen können. 6 zeigt eine herkömmliche Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, bei der es schwierig ist, den NO_x-Anteil im Abgas zu reduzieren. Bei einem in 6 dargestellten Turbinenvergasungsbrenner ist kein Bypassventil 110 oder dergleichen vorgesehen, das die Druckluftmenge innerhalb einer Turbinengehäusekammer 109 steuert, so dass selbst unter einer Teillast die gesamte Druckluftmenge einem Vergasungsbrenner 101 zugeführt wird. Folglich wird während der Verbrennung innerhalb des Vergasungsbrenners 101 zu viel Druckluft zugeführt, wodurch große Mengen von No_x erzeugt werden. Bei dem Versuch, die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit einem Bypassventil 110, einem Bypassrohr 111 und dem für eine Reduzierung des NO_x-Anteils in dem Abgas vorgesehenen Gerät zu bestücken, stellte sich heraus, dass innerhalb der Turbinengehäusekammer nicht ausreichend Raum für die Installation des herkömmlichen Bypassgeräts vorhanden ist, so dass ein derartiges Gerät nicht installiert werden kann.

Wenn in der Turbinengehäusekammer 109 etwas Raum vorhanden ist, kann das Bypassgerät gemäß 7 in die in 6 dargestellte Gasturbinenverbrennungsvorrichtung installiert werden. Jedoch müsste ein Bypassrohr 112 zwangsweise mit einem Vergasungsbrennerübergangsrohr 103 verbunden werden, wodurch das Bypassrohr 112 beeinträchtigt würde. Dies wird deutlich, wenn man die Anordnung mit dem in 5 dargestellten Bypassrohr 111 vergleicht, das zuvor installiert wurde. Eine stark gekrümmte Außenseite des Bypassrohrs 112 und eine scharf gebogene Innenseite sind in Bezug auf die Festigkeit problematisch, so dass eine Beanspruchung dieser Seiten während des Betriebs der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung zu Beschädigungen führen kann.

Ferner hat eine derartige Rohrform eienn nachteiligen Einfluss auf den Druckluftstrom, der innerhalb des Bypassrohrs 112 strömt. Selbst wenn die Druckluftmenge durch ein Bypassventil 110 gesteuert wird, kann die Druckluft nur schwer durch das Bypassrohr 112 in das Vergasungsbrennerübergangsrohr 103 strömen, und überschüssige Druckluft innerhalb einer Turbinengehäusekammer 109 würde in den Vergasungsbrenner 101 eingeleitet werden. Daher würde es zu keiner Verringerung des NO_x-Anteils in dem Abgas kommen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung soll die zuvor genannten Probleme lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung zu schaffen, die in bereits bestehenden Einrichtungen installiert werden und den NO_x-Anteil in einem Abgas entsprechend der Belastung stabil verringern kann.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich zwecks Lösung der zuvor genannten Probleme um eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit mehreren Vergasungsbrennern, die in einer Umfangsrichtung innerhalb einer Turbinengehäusekammer, die durch ein Gehäuse gebildet ist, angeordnet sind, wobei jeder Vergasungsbrenner ein Vergasungsbrennerinnenrohr und ein Vergasungsbrennerübergangsrohr aufweist, und die umfasst:
eine oder mehrere Ausströmöffnungen, die sich in das Gehäuse öffnen und mit einer Außenseite der Turbinengehäusekammer in Verbindung stehen;
eine oder mehrere Entnahmemittel zur gleichmäßigen Entnahme von Druckluft, die in die Turbinengehäusekammer geleitet wird;
ein oder mehrere Wiedergewinnungsmittel zum Wiedergewinnen von Druckluft, die durch die Entnahmemittel entnommen wurden, und zum Leiten der Druckluft zu den Ausströmöffnungen; und
Ausströmsteuermittel zum Steuern einer Ausströmmenge, die die Wiedergewinnungsmittel zu den Ausströmöffnungen leiten.

Gemäß den zuvor genannten Merkmalen kann der NO_x-Anteil in dem Abgas entsprechend jeder Belastung stabil verringert werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem Ausströmsteuermittel zur Lösung der zuvor genannten Probleme um ein Öffnungs- und Schließventil handeln, das in einer Ausströmleitung, welche die Ausströmöffnung aufweist, angeordnet ist. Gemäß diesem Merkmal kann die Druckluftausströmmenge, die in die Turbinengehäusekammer geleitet wird, verlässlich gesteuert werden. Da die dem Vergasungsbrenner zugeführte Druckluft aufgrund dieser Steuerung auf einem konstanten Niveau gehalten werden kann, kann der NO_x-Anteil in dem Abgas verringert werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei den Wiedergewinnungsmitteln zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme um ein rundes Rohr handeln, das sich entlang der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer erstreckt und eine ringförmige Form aufweist. Gemäß diesem Merkmal kann die durch die Entnahmemittel entnommene Druckluft verlässlich wiedergewonnen werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Entnahmemittel zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme in der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer angeordnet sein. Gemäß diesem Merkmal kann Druckluft gleichmäßig vom Inneren der Turbinengehäusekammer entnommen werden. Somit kann die dem Vergasungsbrenner zugeführt Druckluft auf einem konstanten Niveau gehalten und der NO_x-Anteil in dem Abgas reduziert werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei den Entnahmemitteln zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme um Entnahmerohre handeln, die sich in einer Erstreckungsrichtung der Vergasungsbrenner öffnen. Gemäß diesem Merkmal kann Druckluft gleichmäßig vom Inneren der Turbinengehäusekammer entnommen werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Entnahmeöffnungen der Entnahmerohre zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme am gleichen Umfang angeordnet sein. Gemäß diesem Merkmal kann Druckluft gleichmäßig vom Inneren der Turbinengehäusekammer entnommen werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann jedes Entnahmerohr zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme zwischen dem Vergasungsbrenner und dem diesem benachbart angeordneten Vergasungsbrenner angeordnet sein. Gemäß diesem Merkmal kann Druckluft gleichmäßig vom Inneren der Turbinengehäusekammer entnommen werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Entnahmerohre zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme zwischen den Vergasungsbrennern angeordnet sein. Gemäß diesem Merkmal kann Druckluft gleichmäßig aus dem Inneren der Turbinengehäusekammer entnommen werden.

Bei der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann es sich bei der Entnahmeöffnung zwecks Lösen der zuvor genannten Probleme um eine Einstiegsöffnung handeln, die während Arbeiten innerhalb der Turbinengehäusekammer verwendet wird. Gemäß diesem Merkmal kann die Entnahmeöffnung mit geringem Kostenaufwand sogar in die bereits bestehende Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, bei der es schwer ist, den NO_x-Anteil in dem Abgas zu reduzieren, installiert werden. Ferner kann der NO_x-Anteil in dem Abgas entsprechend jeder Belastung stabil verringert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der genauen Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen, die zu Darstellungszwecken dienen und daher hinsichtlich der vorliegenden Erfindung nicht einschränkend sind, genauer beschrieben. Daran ist
1 eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine vergrößerte Ansicht wesentlcher Bauteile der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linie X-X in 1;
4 eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, die ein herkömmliches Beispiel zeigt;
6 eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, die ein weiteres konventionelles Beispiel zeigt; und
7 eine Querschnittsansicht der in 6 gezeigten Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, die eine Bypasseinrichtung aufweist.
Genaue Beschreibung
1 ist eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine vergrößerte Ansicht wesentlicher Bauteile der in 1 dargestellten Gasturbinenverbrennungsvorrichtung. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie X-X in 1. 4 ist eine Querschnittsansicht einer Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Pfeile in 1 zeigen den Druckluftstrom.
Wie in den 1, 2 und 3 gezeigt ist, ist ein Vergasungsbrenner 3 mit einem Vergasungsbrennerinnenrohr 1 und einem Vergasungsbrennerübergangsrohr 2, die miteinander verbunden sind, in einer Turbinengehäusekammer 5, bei der es sich um einen Raum handelt, der durch ein Gehäuse 4 definiert ist, angeordnet. In einer Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 sind in gleichem Abstand vierzehn der Vergasungsbrenner 3 angeordnet.
Ein Brennstoffzuführrohr 6 zum Zuführen von Brennstoff ist in einem vorderen Endbereich des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1 vorgesehen. Brennstoff, der durch das Brennstoffzuführrohr 6 geleitet wurde, wird einer Brennstoffeinspritzdüse 7 zugeführt, die ähnlich im vorderen Endbereich des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1 vorgesehen ist, und mittels dieser eingespritzt. Verbrennungsluftöffnungen 1a zum Leiten von Druckluft, die mit dem durch die Brennstoffeinspritzdüse 7 eingespritzten Brennstoff zur Verwendung in dem Verbrennungsprozess gemischt wird, sind an dem Außenumfang des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1 ausgebildet.
Das Vergasungsbrennerübergangsrohr 2 ist mit einem hinteren Endbereich des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1 verbunden. Das Vergasungsbrennerübergangsrohr 2 erstreckt sich zwecks Leiten eines Verbrennungsgases mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck, das während der Verbrennung des Brennstoff-Druckluft-Gemisches erzeugt wird, zu einer stationären Turbinenschaufel 8. In einer Turbine (nicht gezeigt) wird dieses Verbrennungsgas expandiert, um eine Antriebskraft auszuüben, und eine übermäßige Antriebskraft wird nach außen abgegeben. Bei einem Gas, das zu diesem Zeitpunkt von der Turbine abgegeben wird, handelt es sich um Abgas.
Ein Diffuser 9, der von einem (nicht dargestellten) Kompressor zugeführte Druckluft in die Turbinengehäusekammer 5 leitet, ist an einem unteren Bereich der Turbinengehäusekammer 5 vorgesehen. Eine Einstiegsöffnung 4a in dem Gehäuse 4 ist in einem oberen Bereich der Turbinengehäusekammer 5 ausgebildet. Ein Ausströmöffnungselement 10, das als Ausströmöffnung dient, ist in der Einstiegsöffnung 4a angeordnet.
Ein Flanschbereich 10a ist in dem Ausströmöffnungselement 10 einwärts des Gehäuses 4 (innerhalb der Turbinengehäusekammer 5) ausgebildet. Der Flanschbereich 10a ist mit einem Flanschbereich 11a eines runden Rohrs 11 verbunden, bei dem es sich um eine ringförmige Rohrleitung handelt, die sich in der Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 erstreckt, um als Rückgewinnungsmittel zu dienen. Das runde Rohr 11 ist mit dem Flanschbereich 10a verbunden, wobei das runde Rohr 11 hermetisch mit dem Ausströmöffnungselement 10 verbunden ist, um eine Leckage von Druckluft zu verhindern. Das runde Rohr 11 umfasst zwei (eine obere und eine untere) bogenförmige Rohrleitungen, in denen jeweils ein Flanschbereich 11b ausgebildet ist. Diese Flanschbereiche 11b verbinden die bogenförmigen Rohrleitungen hermetisch, um die ringförmige Rohrleitung zu bilden.
Ein Entnahmerohr 12 ist als Entnahmemittel mit dem runden Rohr 11 verbunden. Das Entnahmerohr 12 ist eine Rohrleitung, die sich nahezu parallel zum Vergasungsbrenner 3 erstreckt. Eine Entnahmeöffnung 12a des Entnahmerohrs 12 ist an demselben Umfang angeordnet, an dem auch jeder Vergasungsbrenner 3 positioniert ist. Ein Entnahmerohr 12 ist zwischen den benachbarten Vergasungsbrennern 3 angeordnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind vierzehn Entnahmerohre 12 installiert.
Andererseits ist ein Flanschbereich 10b in dem Ausströmöffnungselement 10 auswärts des Gehäuses 4 (außerhalb der Turbinengehäusekammer 5) ausgebildet, und der Flanschbereich 10b ist mit einem Flanschbereich 13a eines Ausströmrohrs 13 verbunden. Das Ausströmrohr 13 ist mit einem Öffnungs- und Schließventil 14 versehen, bei dem es sich um ein Ausströmsteuermittel zum Auslassen von Druckluft aus der Turbinengehäusekammer 5 zur Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 handelt, um die Ausströmmenge zu steuern. Das Öffnungs- und Schließventil 14 ist ein Ventil, das mit Hilfe einer Steuereinheit oder dergleichen (nicht gezeigt) gesteuert wird, um entsprechend des Betriebs-(Lade)Zustands der Gasturbine geöffnet oder geschlossen zu werden.
Gemäß der zuvor genannten Merkmale wird Druckluft, die von dem Kompressor abgegeben wird, durch den Diffusor 9 und anschließend in die Turbinengehäusekammer 5 geleitet. Ein Teil der Druckluft, der durch die Turbinengehäusekammer 5 geleitet wird, strömt durch die Verbrennungsluftöffnungen 1a und dann zu einer Stromaufwärtsseite des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1. Gleichzeitig wird ein Teil der Druckluft mit dem Brennstoff, der durch das Brennstoffzuführrohr 6 geleitet und durch die Brennstoffeinspritzdüse 7 eingespritzt wurde, gemischt. Der gemischte Brennstoff und die Druckluft werden in einem Verbrennungsbereich an einer Stromabwärtsseite des Vergasungsbrennerinnenrohrs 1 oder an einer Stromaufwärtsseite des Vergasungsbrennerübergangsrohrs 2 verbrannt, um ein Verbrennungsgas mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zu erzeugen. Anschließend wird das Verbrennungsgas zu einer Stromabwärtsseite des Vergasungsbrennerübergangsrohrs 2 geleitet und der stationären Turbinenschaufel 8 zugeführt. Die Turbine expandiert dieses Verbrennungsgas, um eine Antriebskraft zu erzeugen, die den Kompressor antreibt. Die Turbine gibt ferner eine übermäßige Antriebskraft nach außen ab. Zu diesem Zeitpunkt wird das Abgas von der Turbine abgelassen.
Von der Druckluft, die von dem Kompressor in die Turbinengehäusekammer 5 geleitet wurde, wird derjenige Druckluftteil, der nach dem Trennen der zuvor genannten Druckluft, die dem Vergasungsbrennerinnenrohr 1 zugeführt wurde, verblieben ist, durch die Ablassrohre 12 abgelassen. Die Ablassrohre 12 sind entlang der Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 angeordnet, und die Entnahmeöffnungen 12a der Entnahmerohre 12 sind an demselben Umfang positioniert, an dem sich die Vergasungsbrenner 3 befinden. Ferner sind die Entnahmerohre 12 in einem Verhältnis von einem Entnahmerohr 12 zwischen den benachbarten Vergasungsbrennern 3 angeordnet. Folglich kann Druckluft innerhalb der Turbinengehäusekammer 5 gleichmäßig durch die Entnahmerohre 12 entnommen werden. Die durch die Entnahmerohre 12 entnommene Druckluft wird durch das runde Rohr 11 wiedergewonnen. Das runde Rohr 11 erstreckt sich ebenfalls in der Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 in Übereinstimmung mit den Entnahmerohren 12, so dass Druckluft verlässlich innerhalb jedes Entnahmerohrs 12 wiedergewonnen werden kann. Die mit Hilfe des runden Rohrs 11 wiedergewonnene Druckluft strömt dann der Reihe nach durch das Ausströmöffnungselement 10 und das Ausströmrohr 13 und wird anschließend zur Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 abgelassen.
Zu diesem Zeitpunkt verleiht das Öffnungs- und Schließventil 14 dem Mischungsverhältnis (Brennstoff-Luft-Verhältnis) zwischen der Brennstoffströmungsrate und der Druckluftströmungsrate, die dem Vergasungsbrennerinnenrohr 1 zugeführt werden, einen konstanten Wert, um dieses Mischungsverhältnis derart einzustellen, dass eine stabile Verbrennung und eine Verbrennung mit geringem NO_x-Anteil erzielt wird. Das heißt, dass das Öffnungs- und Schließventil 14 überflüssige Druckluft innerhalb der Turbinengehäusekammer 5 zur Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 mittels einer Öffnungs- und Schließaktion umleitet, wodurch die Druckluftmenge, die dem Vergasungsbrennerinnenrohr 1 zugeführt wird, gesteuert wird.
Genauer gesagt erfolgt die Steuerung des Öffnungs- und Schließventils 14 derart, dass unter einer geringen Last die Menge an umgeleiteter Druckluft erhöht wird, und dass unter einer hohen Last die Menge an umgeleiteter Druckluft verringert wird. Mit Hilfe dieser Steuerung kann das Brennstoff-Luft-Verhältnis in dem Verbrennungsbereich in dem Vergasungsbrenner 3 auf einem konstanten Niveau gehalten und die Verringerung des NO_x-Anteils in dem Verbrennungsgas erzielt werden. Somit kann auch der NO_x-Anteil in dem von der Turbine abgelassenen Abgas verringert werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Ausströmöffnungselement 10 in der Einstiegsöffnung 4a eingesetzt, um als Außenströmöffnung für die Druckluft zu dienen. Die Einstiegsöffnung 4a wird zuvor beim Installieren der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung vorgesehen. Normalerweise wird die Einstiegsöffnung 4a als Ein- und Ausgang verwendet, wenn das Bedienpersonal das Innere der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung inspiziert. Das heißt, dass die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufgrund der Verwendung der Einstiegsöffnung 4a als Ausströmöffnung selbst dann realisiert werden kann, wenn in der Turbinengehäusekammer der in 6 dargestellten herkömmlichen Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, bei der es schwierig ist, den NO_x-Anteil in dem Abgas zu verringern, nicht ausreichend Platz zur Verfügung steht. Entsprechend kann der NO_x-Anteil in dem Abgas ohne große Kosten unter Verwendung der vorhandenen Einrichtung ohne merkliche Modifikation in Bezug auf die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung verringert werden. Selbst wenn eine Gasturbinenverbrennungsvorrichtung neu installiert wird, sollte klar sein, dass die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung von Anfang an den Aufbau der Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweisen kann.
Wie zuvor beschrieben, umfasst die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mehrere Vergasungsbrenner 3, die jeweils das Vergasungsbrennerinnenrohr 1 und das Vergasungsbrennerübergangsrohr 2 aufweisen, wobei die Vergasungsbrenner in der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer 5, die durch das Gehäuse 4 gebildet ist, angeordnet sind, und die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung umfasst ferner das Ausströmöffnungselement 10, das in die Einstiegsöffnung 4a in dem Gehäuse 4 eingesetzt ist und mit der Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 in Verbindung steht; die Entnahmerohre 12 zur gleichmäßigen Entnahme von Druckluft, die in die Turbinengehäusekammer 5 abgelassen wurde; das runde Rohr 11 zur Wiedergewinnung von Druckluft, die durch die Entnahmerohre 12 entnommen wurde, und zum Ablassen der Druckluft in das Ausströmöffnungselement 10; und das Öffnungs- und Schließventil 14 zum Steuern der Abgasmenge, die das runde Rohr 11 über das Ausströmöffnungselement 10 zur Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 ablässt. Auf diese Weise kann die Gasturbinenverbrennungsvorrichtung eine stabile Verringerung des NO_x-Anteils in dem Abgas entsprechend jeder Belastung erzielen.
Das Öffnungs- und Schließventil 14 ist in dem Ausströmrohr 13 vorgesehen. Somit wird durch die Öffnungs- und Schließaktion des Öffnungs- und Schließventils 14 überschüssige Druckluft innerhalb der Turbinengehäusekammer 5 zur Außenseite der Turbinengehäusekammer 5 umgeleitet, wodurch das Mischungsverhältnis (Brennstoff-Luft-Verhältnis) zwischen der Brennstoffströmungsrate und der Druckluftströmungsrate, die dem Vergasungsbrennerinnenrohr 1 zugeführt wird, konstant gehalten werden kann. Das heißt, dass eine stabile Verbrennung und eine Verbrennung mit verringertem NO_x-Anteil stattfindet. Auf diese Weise kann der NO_x-Anteil in dem Abgas verringert werden.
Die Entnahmerohre 12 sind entlang der Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 angeordnet, und die Entnahmeöffnungen 12a der Entnahmerohre 12 sind an demselben Umfang positioniert, an dem auch die Vergasungsbrenner 3 angeordnet sind. Ferner sind die Entnahmerohre 12 in einem Verhältnis von einem Entnahmerohr 12 zwischen den benachbarten Vergasungsbrennern 3 angeordnet. Das runde Rohr 11 erstreckt sich ebenfalls in der Umfangsrichtung der Turbinengehäusekammer 5 in Übereinstimmung mit den Entnahmerohren 12, so dass die Entnahmerohre 12 gleichmäßig Druckluft innerhalb der Turbinengehäusekammer 5 entnehmen können. Die durch die Entnahmerohre 12 entnommene Druckluft kann verlässlich durch das runde Rohr 11 mit zufriedenstellender Effizienz wiedergewonnen werden. Auf diese Weise wird die dem Vergasungsbrenner 3 zugeführte Druckluft konstant gehalten und der NO_x-Anteil in dem Abgas verringert.
Ferner ist das Ausströmöffnungselement 10 in der Einstiegsöffnung 4a, die bei Arbeiten innerhalb der Turbinengehäusekammer 5 verwendet wird, eingesetzt. Somit kann das Öffnungs- und Schließventil 14 mit geringem Kostenaufwand in die bestehende Gasturbinenverbrennungsvorrichtung, bei der es schwierig ist, den NO_x-Anteil des Abgases zu verringern, installiert werden. Im übrigen sind das Ausströmöffnungselement 10 und das runde Rohr 11 einfach mit Hilfe des Flanschbereichs 10a und des Flanschbereichs 11a verbunden und können einfach gelöst werden. Auf diese Weise kann die Turbinengehäusekammer 5 während Arbeiten einfach betreten und verlassen werden.
Wie zuvor erwähnt, kann die vorliegende Erfindung bei einer Gasturbinenverbrennungseinrichtung angewendet werden, die ein Bypassventil zum Steuern der Druckluftmenge innerhalb einer Turbinengehäusekammer aufweist.
Während die vorliegende Erfindung anhand der zuvor genannten Ausführungsform beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern in vielfacher Hinsicht variiert werden kann. Beispielsweise beträgt vorliegend die Anzahl der Vergasungsverbrenner 3 und die Anzahl der Entnahmerohre 12 jeweils vierzehn, wobei die Anzahl diesbezüglich nicht beschränkt ist. Ferner umfasst das runde Rohr 11 die beiden bogenförmigen Rohrleitungen, was wiederum keine Beschränkung darstellt, solange die Anzahl derartiger bogenförmiger Leitungen schließlich eine ringförmige Form bildet. Der Rohrdurchmesser des Ausströmöffnungselements 10, der Rohrdurchmesser des runden Rohrs 11 und die Bohrung der Entnahmeöffnung 12a können in geeigneter Weise entsprechend der Abgasmenge und der Menge der entnommenen Druckluft geändert werden. Die Bohrung der einzelnen Entnahmeöffnungen 12a muss nicht identisch sein. Ferner kann die Richtung der Entnahmeöffnung 12a der Richtung einer Entnahmeöffnung 15a eines in 4 dargestellten Entnahmerohrs 15 entsprechen. Derartige Änderungen liegen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung, und derartige Modifikationen, die für den Fachmann nahe lägen, sollen in den Schutzbereich der beiliegenden Ansprüche fallen.

Claims

Gasturbinenverbrennungsvorrichtung mit mehreren Vergasungsbrennern (3), die in einer Umfangsrichtung innerhalb einer Turbinengehäusekammer (5), die durch ein Gehäuse (4) gebildet ist, angeordnet sind, wobei jeder Vergasungsbrenner (3) ein Vergasungsbrennerinnenrohr (1) und ein Vergasungsbrennerübergangsrohr (2) aufweist, gekennzeichnet durch: ein oder mehrere Ausströmöffnungen (10, 13), die sich in das Gehäuse (4) öffnen und mit einer Außenseite der Turbinengehäusekammer (5) in Verbindung stehen; ein oder mehrere Entnahmemittel (12, 15) zur gleichmäßigen Entnahme von Druckluft, die in die Turbinengehäusekammer (5) ausströmt; ein oder mehrere Wiedergewinnungsmittel (11) zum Wiedergewinnen von Druckluft, die durch die Entnahmemittel (12, 15) entnommen wurde, und zum Leiten der Druckluft zu den Ausströmöffnungen (10, 13); und Ausströmsteuermittel (14) zum Steuern einer Ausströmmenge, welche die Wiedergewinnungsmittel (11) zu den Ausströmöffnungen (10, 13) leiten.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausströmsteuermittel (14) ein Öffnungs- und Schließventil (14) ist, das in einem Ausströmrohr (13), das die Ausströmöffnung (10) aufweist, angeordnet ist.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergewinnungsmittel (11) ein rundes Rohr (11) ist, das sich entlang der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer (5) erstreckt und in einer ringförmigen Form ausgebildet ist.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wiedergewinnungsmittel (11) ein rundes Rohr (11) ist, das sich entlang der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer (5) erstreckt und in einer ringförmigen Form ausgebildet ist.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmemittel (12, 15) in der Umfangsrichtung innerhalb der Turbinengehäusekammer (5) angeordnet sind.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmemittel (12, 15) Entnahmerohre (12, 15) sind, die sich in einer Erstreckungsrichtung der Vergasungsbrenner (3) öffnen.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeöffnungen (12a, 15a) der Entnahmerohre (12, 15) auf einem identischen Umfang angeordnet sind.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Entnahmerohr (12, 15) zwischen dem Vergasungsbrenner (3) und dem in Bezug auf diesen benachbart angeordneten Vergasungsbrenner (3) vorgesehen ist.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmerohre (12, 15) zwischen den Vergasungsbrennern (3) angeordnet sind.
Gasturbinenverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmeöffnung (10, 13) eine Einstiegsöffnung (4a) ist, die während Arbeiten innerhalb der Turbinengehäusekammer (5) verwendet wird.