DE1097214B

DE1097214B - Control device for the burner of a gas turbine chamber for the simultaneous combustion of a gaseous and a liquid fuel

Info

Publication number: DE1097214B
Application number: DEA25800A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Arthur Oberle
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1956-09-10
Filing date: 1956-10-04
Publication date: 1961-01-12

Description

Regeleinrichtung für den Brenner einer Gasturbinenkammer zur gleichzeitigen Verbrennung. eines gasförmigen und eines flüssigen Brennstoffes In Gasturbinenanlagen, die sowohl mit gasförmigem wie auch mit flüssigem Brennstoff betrieben werden, ist es erwünscht, die beiden Brennstoffe unter Umständen gleichzeitig in einer Brennkammer verbrennen zu können, wobei meistens bezweckt wird, das mengenmäßig veränderlich anfallende Gas vollständig zu verbrennen und nur die zur Erzeugung der gewünschten Leistung nötige Menge flüssigen Brennstoffes zuzusetzen. Hierfür wird eine Regeleinrichtung benötigt, welche die dem Brenner zugeführte Gasmenge dem Gasanfall selbständig anpaßt und gleichzeitig die Summe beider Brennstoffmengen dem gewünschten Leistungsbedarf entsprechend einstellt.Control device for the burner of a gas turbine chamber for simultaneous Combustion. a gaseous and a liquid fuel in gas turbine systems, which are operated with both gaseous and liquid fuel it may be desirable to have the two fuels in one combustion chamber at the same time to be able to burn, whereby the aim is mostly to change the quantity to burn the resulting gas completely and only to generate the desired Power to add the necessary amount of liquid fuel. A control device is used for this required, which automatically adapts the amount of gas supplied to the burner to the amount of gas produced and at the same time the sum of both fuel quantities to the desired power requirement adjusts accordingly.

In einer bekanntgewordenen Gasturbinenanlage dieser Art, welche die zum Betrieb eines Stahlwerkes nötige Druckluft liefert, werden bei Gichtgasmangel vom Betriebspersonal jeweils alle nötigen Vorkehrungen getroffen, um zusätzlich eine dem Luftverbrauch angepaßte Menge von Brennöl verbrennen zu können. Per Maschinist wird dabei von einem in der Druckgasleitung angeordneten Druckwächter geleitet. In einer veröffentlichten Beschreibung dieser Anlage ist jedoch schon darauf hingewiesen worden, daß es möglich sei, den ganzen Vorgang der Verbrennung zusätzlichen Brennöles auch vollautomatisch ablaufen zu lassen, so daß das Eingreifen des Maschinisten nicht notwendig sei. - Ferner ist auch schon eine automatische Regeleinrichtung für einen sowohl mit gasförmigem wie auch mit flüssigem Brennstoff zu betreibenden Dieselmotor bekanntgeworden, bei welcher mittels einer Nockenwelle dafür gesorgt wird, daß dem Motor in Abhängigkeit von der Belastung zuerst Brenngas zugeführt wird, bis das Gaseinlaßv entil voll geöffnet ist, und daß nachher die durch veränderliche Füllung der Öleinspritzpumpe geregelte Zufuhr von Brennöl erfolgt.In a gas turbine plant of this type that has become known, which the supplies the compressed air required to operate a steelworks, if there is a lack of blast furnace gas all necessary precautions have been taken by the operating staff to additionally to be able to burn an amount of fuel oil adapted to the air consumption. By machinist is directed by a pressure switch located in the pressure gas line. However, this has already been pointed out in a published description of this system that it was possible to carry out the whole process of burning additional fuel oil to run fully automatically, so that the intervention of the machinist is not necessary. - There is also an automatic control device for one that can be operated with both gaseous and liquid fuel Diesel engine became known, in which it is ensured by means of a camshaft that fuel gas is first supplied to the engine, depending on the load is until the gas inlet valve is fully open, and that afterwards the variable through Filling of the oil injection pump, regulated supply of fuel oil takes place.

Die Erfindung betrifft demnach eine Regeleinrichtung für den Brenner einer Gasturbinenbrennkammer zur gleichzeitigen Verbrennung eines gasförmigen und eines flüssigen Brennstoffes, bei welchem die Mengen beider Brennstoffe durch Öldruck geregelt werden; sie ist gekennzeichnet durch ein Steuergerät 14, dessen Gehäuse 10 an ein primäres Druckölsystem 3:1 sowie an je ein die Menge des gasförmigen und des flüssigen Brennstoffes regelndes Druckölsystem 24, 25 angeschlossen ist unid dessen Kolben 11 eine vom primären Öldruck beaufschlagte Kolbenfläche 15 und zwei dieser Kolbenfläche entgegengesetzt wirkende, von je einem der die beiden Brennstoffmengen regelnden Öldrücke beaufschlagte Kolbenflächen 18, 19 aufweist und der ferner, wie auch das Gehäuse, mit Steuerkanten 16, 17 versehen ist, die bei steigendem Druck im primären Druckölsystem 31 nacheinander gestaffelt Öldurchlässe schließen, derart, daß zuerst der Druck in dem die Menge des gasförmigen Brenstoffes regelnden Druckölsystem 24 und nachher der Druck in dem die Menge des flüssigen Brennstoffes regelnden Druckölsystem 25 im gleichen Verhältnis wie im primären Druckölsystem 31 erhöht wird.The invention accordingly relates to a control device for the burner of a gas turbine combustion chamber for the simultaneous combustion of a gaseous and a liquid fuel, in which the quantities of both fuels are controlled by oil pressure; It is characterized by a control unit 14, the housing 10 of which is connected to a primary pressure oil system 3: 1 as well as to a pressure oil system 24, 25 which regulates the amount of gaseous and liquid fuel and whose piston 11 has a piston surface 15 and two exposed to the primary oil pressure this piston surface has piston surfaces 18, 19 which act in opposition to this piston surface and which are acted upon by one of the oil pressures regulating the two fuel quantities and which, like the housing, is also provided with control edges 16, 17 which, when the pressure in the primary pressurized oil system 31 rises, close oil passages one after the other, in such a way that first the pressure in the pressurized oil system 24 regulating the amount of gaseous fuel and then the pressure in the pressurized oil system 25 regulating the amount of liquid fuel is increased in the same proportion as in the primary pressurized oil system 31.

Die Zeichnung zeigt in Fig. 1 schematisch ein Beispiel der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung, während F ig. 2 ein Diagramm darstellt, das die Wirkungsweise derselben veranschaulicht.The drawing shows in Fig. 1 schematically an example of the invention Control device, while Fig. Fig. 2 is a diagram showing the operation same illustrated.

In Fig. 1 stellt 1 einen Teil,der Brennkammer einer Gasturbinenanlage dar. Ein Brenner, bestehend aus einer Brennöldüse 2 und einem Gasbrenner 3, ist von einem Drallkörper 4 zur Verwirbelung der eintretenden Brennluft umgeben. Die Brennölmenge, die dem Brenner unter konstantem Druck durch eine Leitung 12 zufließt, wird durch eine Düsennadel 7 geregelt, die über einen federbelasteten Öldruck-Kraftkolben 5 und einen Hebel 6 betätigt wird. Die eingespritzte Brennölmenge ist -dabei mit guter Annäherung dem Druck im Drucköl-Regelsystem 25 proportional. Der Gasbrenner 3 erhält das zu verbrennende Gas durch die Leitung 13 über ein von einem Öldruck-Kraftkolben 8 betätigtes Gasregelventil 9 aus dem Gasnetz 30. Dieses Regelventil ist so ausgebildet, daß die Brenngasmenge dem Druck im Druckölsystem 24 proportional ist. Ein Druckregler 29 ist am Gasnetz 30 angeschlossen; er öffnet bei sinkendem Gasdruck einen zusätzlichen Ölablauf aus dem Druckölsystem 24 und vermindert damit die Öffnung des Gasregelventils 9.In Fig. 1, 1 represents a part, the combustion chamber of a gas turbine plant is. A burner consisting of a fuel oil nozzle 2 and a gas burner 3 is surrounded by a swirl body 4 for swirling the incoming combustion air. the Amount of fuel oil that flows through a line 12 to the burner under constant pressure, is regulated by a nozzle needle 7, which is via a spring-loaded oil pressure power piston 5 and a lever 6 is operated. The amount of fuel oil injected is included good approximation to the pressure in the pressure oil control system 25 proportional. The gas burner 3 receives the gas to be burned through line 13 via an oil pressure power piston 8 actuated gas control valve 9 from the gas network 30. This control valve is designed in such a way that that the amount of fuel gas is proportional to the pressure in the pressurized oil system 24. A pressure regulator 29 is connected to the gas network 30; he opens when the gas pressure drops an additional oil drain from the pressure oil system 24 and thus reduces the opening of the gas control valve 9.

Die Gasturbine, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist, ist in bekannter Weise mit einem Drehzahlregler 27 ausgerüstet. Dieser öffnet bei steigender Drehzahl mittels des zugehörigen Regelventils 26 einen Ölablauf aus idem primären Druckölsystem 31 und schließt ihn bei sinkender Drehzahl. Der Oldruck im System 31 ist ein Maß für die verlangte Maschinenleistung. - Die Druckölsysteme 24, 25 und 31 werden je über eine Drosselstelle 21, 22 und 28 mit Drucköl aus der Leitung 23 versorgt.The gas turbine, which is not shown in the drawing, is equipped with a speed controller 27 in a known manner. When the speed increases, this opens an oil drain from the primary pressure oil system 31 by means of the associated control valve 26 and closes it when the speed decreases. The oil pressure in system 31 is a measure of the required machine performance. The pressurized oil systems 24, 25 and 3 1 are each supplied with pressurized oil from line 23 via a throttle point 21, 22 and 28.

Das primäre Druckölsystem 31 sowie das die Menge des gasförmigen Brennstoffes regelnde Druckölsystem 24 und das die Menge des flüssigen Brennstoffes regelnde Druckölsystem 25 sind an das Gehäuse 10 eines hydraulischen Steuergerätes 14 angeschlossen, das bei hin- und hergehender Verschiebung seines Kolbens 11 die Beziehung d -_p24 + b - p 25 = p 31 dauernd aufrechterhält. In dieser Formel bezeichnen p24, p25 und p31 den Öldruck je im betreffenden Druckölsystem 24, 25 und 31; a und b sind Proportionalitätsfaktoren, die durch die Wahl der Kolbenflächen 15,, 18 und 19 so bestimmt werden, daß eine Druckänderung im System 31 immer die gleiche Änderung der der Brennkammer zugeführten Wärmemenge ergibt, unabhängig davon, ob diese Änderung der Wärmemenge durch eine Änderung der Gas- oder der Ölmenge herbeigeführt wird.The primary pressurized oil system 31 as well as the pressurized oil system 24 regulating the amount of gaseous fuel and the pressurized oil system 25 regulating the amount of liquid fuel are connected to the housing 10 of a hydraulic control unit 14 which, when its piston 11 moves back and forth, has the relationship d -_p24 + b - p 25 = p 31 permanently maintained. In this formula, p24, p25 and p31 denote the oil pressure in the relevant pressure oil system 24, 25 and 31; a and b are proportionality factors that are determined by the selection of the piston surfaces 15, 18 and 19 so that a change in pressure in system 31 always results in the same change in the amount of heat supplied to the combustion chamber, regardless of whether this change in the amount of heat is due to a change the amount of gas or oil is brought about.

Die Fig. 2 veranschaulicht die Wirkungsweise der beschriebenen Regeleinrichtung während eines Regelvorganges. Darin sind in Funktion des Öldruckes im System 31 die Änderungen der Drücke in den Systemen 24 und 25 dargestellt. - Das Steuergerät 14 läßt bei steigendem Druck im primären System 31 zunächst immer den Druck im System 24 ansteigen. Ein Druckhalteventil 20 hält in diesem Arbeitsbereich den Druck p25 konstant auf einem einstellbaren. Mindestwert. Wenn durch den Gasdruckregler 29 der Druck im System 24 begrenzt wird, sei es beispielsweise auf einer unteren Stufe p'24 oder auf einer oberen Stufe p"24, so beginnt erst in diesem Zeitpunkt der Druck im System 25 zu steigen.Fig. 2 illustrates the mode of operation of the control device described during a control process. This shows the changes in the pressures in systems 24 and 25 as a function of the oil pressure in system 31. When the pressure in the primary system 31 rises, the control unit 14 initially always allows the pressure in the system 24 to rise. A pressure holding valve 20 keeps the pressure p25 constant at an adjustable level in this working range. Minimum value. When the pressure is limited in the system 24 by the gas pressure regulator 29, it is, for example, on a lower level p'24 or on an upper level p "24, so the pressure in the system 25 begins to rise until that time.

Das Steuergerät 14 erzielt die beschriebene Wirkung in folgender Weise: der Steuerkolben 11 hat eine vom primären Öldruck p31 beaufschlagte Kolbenfläche 15 und zwei dieser Kolbenfläche entgegengesetzt wirkende, von je einem der die beiden Brennstoffmengen regelnden Öldrücke p24 bzw. p25 beaufschlagte Kolbenflächen 18 bzw. 19; er ist ferner, wie auch das Gehäuse 10, mit Steuerkanten bei 16 und 17 versehen, die bei steigendem Druck p 31 im primären Druckölsystem nacheinander gestaffelt Öldurchlässe schließen. Die Anordnung der Steuerkanten ist so gewählt, daß diejenigen bei 17 erst zu drosseln beginnen, wenn diejenigen bei 16 schon ganz geschlossen sind; in dem Bereich, in welchem die Steuerkanten bei 16 den Ölabfluß regeln, ist der Öldürchlaß bei 17 noch weit geöffnet. Bei steigendem Druck im System 3.1 auf die Kolbenfläche 15 wird zunächst der Öldurchlaß bei 16 so weit geschlossen, daß 'der dabei ansteigende Druck p24 mit der Kolbenfläche 19 das Gleichgewicht hält. Wenn nun der Druck p24 nicht mehr weiter ansteigen kann, weil z. B. der Gasdruckregler 29 oder ein anderes den Gasverbrauch begrenzendes Organ den Druck p24 begrenzt, so kann er auch das Kräftegleichgewicht am Kolben 11 nicht mehr herstellen. Der Steuerkolben verschiebt sich nach links, bis die Steuerkanten bei 17 zu drosseln beginnen und der steigende Druck p 25 auf die Fläche 18 das Gleichgewicht wiederherstellt.The control unit 14 achieves the described effect in the following way: the control piston 11 has a piston surface 15 acted upon by the primary oil pressure p31 and two piston surfaces 18 and 19 which act in opposite directions and are acted upon by one of the oil pressures p24 or p25 which regulate the two fuel quantities; it is also, like the housing 10, provided with control edges at 16 and 17 which, when the pressure p 31 in the primary pressure oil system rises, close oil passages one after the other. The arrangement of the control edges is chosen so that those at 17 only begin to throttle when those at 16 are already completely closed; in the area in which the control edges at 16 regulate the oil drain, the oil door at 17 is still wide open. When the pressure in system 3.1 on the piston surface 15 rises, the oil passage at 16 is initially closed to such an extent that the pressure p24, which rises in the process, maintains the equilibrium with the piston surface 19. If now the pressure p24 can no longer increase, because z. If, for example, the gas pressure regulator 29 or another organ limiting the gas consumption limits the pressure p24, then it can no longer establish the equilibrium of forces on the piston 11. The control piston moves to the left until the control edges begin to throttle at 17 and the increasing pressure p 25 on the surface 18 restores equilibrium.

Die Druckänderungen in den Systemen 24 und 25 bewirken Änderungen der beiden Brennstoffmengen, durch die das gewünschte Ziel erreicht wird: die dem Brenner zugeführte Gasmenge wird also dem Gasanfall selbständig angepaßt, und zudem wird die Summe beider Brennstoffmengen dem gewünschten Leistungsbedarf entsprechend eingestellt.The changes in pressure in systems 24 and 25 cause changes of the two quantities of fuel that achieve the desired goal: the dem The amount of gas supplied to the burner is therefore automatically adapted to the amount of gas produced, and moreover the sum of both fuel quantities will correspond to the desired power requirement set.

Claims

PATENT CLAIM: Control device for the burner of a gas turbine combustion chamber for the simultaneous combustion of a gaseous and a liquid fuel, in which the quantities of both fuels are regulated by oil pressure by a control unit (14), the housing (10) of which is connected to a primary pressure oil system (31) as well as one regulating the amount of gaseous and liquid fuel Pressure oil system (24, 25) is connected and its piston (11) is one of the primary Oil pressure applied piston surface (15) and two of these piston surfaces opposite acting, acted upon by one of the two fuel quantities regulating oil pressures Has piston surfaces (18, 19) and further, like the housing, with control edges (16, 17) is provided, which with increasing pressure in the primary pressure oil system (31) close oil passages in succession so that the pressure in the pressure oil system (24) regulating the amount of gaseous fuel and afterwards the pressure in the pressure oil system (25) regulating the amount of liquid fuel is increased in the same ratio as in the primary pressure oil system (31). Into consideration Drawn pamphlets: French Patent No. 877,398; BBC-Mitt., Vol. 40 (1g53), p. 157.