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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Brenner zur Verwendung mit einer Gasturbinenmaschine und eine Gasturbinenmaschine.
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Hintergrund
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Mit Bezug auf Gasturbinenmaschinen wurde ein strenger Umweltstandard hinsichtlich eines Anteils von Stickoxid (im Folgenden als „NOx” bezeichnet) aufgestellt, das in einem von der Gasturbinenmaschine abgegebenen Gas enthalten ist.
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Der Anmelder diese Anmeldung hat einen Brenner zur Verwendung mit einer Gasturbinenmaschine vorgeschlagen, die eine Anzahl von Hauptbrennern vom Vormischungsverbrennungstyp aufweist, die an einer stromauf liegenden Seite (d. h. einem ersten Verbrennungsbereich) einer Verbrennungskammer angeordnet sind, und eine Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern vom Diffusionsverbrennungstyp, die jeweils an einer stromab liegenden Seite (d. h. einem zweiten Verbrennungsbereich) der Verbrennungskammer angeordnet sind, um gegenüber einer zugeordneten Verdünnungsluft-Zufuhröffnung zu liegen, um eine Verbrennungsluft in die Verbrennungskammer einzubringen (vergleiche beispielsweise Patentdokument 1).
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Dokument zum Stand der Technik
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Patent Dokument
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- Patentdokument 1: JP 8-210 641 A
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Zusammenfassung der Erfindung
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Technisches Problem
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Vorteilhafterweise hat der Gasturbinenbrenner, der in Patentdokument 1 beschrieben ist, ein vermindertes Risiko von Fehlzündung aufgrund des Einsatzes von Wiederaufheizungsbrennern vom die Diffusionsverbrennungstyp. Der Anstieg der Brennstoff-Flussrate kann jedoch die Brennstoffkonzentration in dem Verbrennungsbereich für die Wiederaufheizungsbrenner und die resultierende Verbrennungstemperatur erhöhen, was nachteilig den Anteil von NOx-Emission steigert.
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Somit liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, den Anteil von NOx-Emission von dem Wiederaufheizungsbrenner vom Diffusionsverbrennungstyp in dem Gasturbinenbrenner und der Gasturbine mit der oben beschriebenen Struktur zu vermindern.
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Ein Brenner zur Verwendung mit einer Gasturbinenmaschine der vorliegenden Erfindung ist ein Gasturbinenbrenner zur Vermischung und Verbrennung eines Brennstoffs mit einer Druckluft, die von einem Kompressor eingebracht wird, und zur Lieferung eines erzeugten Verbrennungsabgases an eine Gasturbine mit einem Verbrennungszylinder, der darin eine Verbrennungskammer bildet, einem Hauptbrenner vom Vormischungstyp, der an einer stromauf liegenden Seite des Verbrennungszylinders liegt, und einer Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern vom Diffusionsverbrennungstyp, die an einer stromab liegenden Seite des Hauptbrenners liegen, um sich durch eine Umfangswand des Verbrennungszylinders zum Einspritzen eines Brennstoffs von einer Umfangswand in die Verbrennungskammer zu erstrecken, wobei die Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern in einer Umfangsrichtung und einer Axialrichtung des Verbrennungszylinders ausgerichtet sind.
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Da bei dieser Anordnung der Hauptbrenner vom Vormischungsverbrennungstyp ist, ist ein Anteil von NOx in dem Hochtemperatur-Verbrennungsgas, das in einem primären Verbrennungsbereich auf der stromauf liegenden Seite der Verbrennungskammer erzeugt wird, reduziert. Da die Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern in der Umfangsrichtung und in der Axialrichtung des Verbrennungszylinders ausgerichtet sind und der Wiederaufheizungsbrennstoff den Wiederaufheizungsbrennern zu der Verbrennungskammer verteilt und zugeführt wird, ist eine Flussrate pro Wiederaufheizungsbrenner im Vergleich dazu, wenn die Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern in Ausrichtung mit der Umfangsrichtung angeordnet sind, reduziert. Somit wird die Brennstoffkonzentration in dem Verbrennungsbereich der Wiederaufheizungsbrenner dünner, sodass die Verbrennungstemperatur der Wiederaufheizungsbrenner allgemein niedriger gehalten wird, und der Anteil von NOx in dem Verbrennungsgas kann folglich reduziert werden.
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Die Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern in benachbarten Anordnungen kann in gestaffelter Weise in der Umfangsrichtung angeordnet sein.
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Durch Anordnung der Wiederaufheizungsbrenner in gestaffelter Weise in der Umfangsrichtung wird bei diesem Aufbau die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner, die an der stromab liegenden Seite angeordnet sind, kaum durch die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner beeinflusst, die an der stromauf liegenden Seite angeordnet sind, und die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner an der stromab liegenden Seite kann stabilisiert werden.
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Der Brenner kann einen Brennstoffkopf aufweisen, der zur Verteilung des Brennstoffs an die Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern ausgebildet ist.
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Bei diesem Aufbau kann der Brennstoff gleichmäßig mit einem einfachen Aufbau an die Anzahl von Wiederaufheizungsbrenner verteilt werden.
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Der Brenner kann einen ersten Brennstoffkopf aufweisen, der zur Verteilung eines ersten Brennstoffs, der hauptsächlich aus Methan besteht, an eine vorgegebene Zahl von Wiederaufheizungsbrennern unter der Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern ausgebildet ist, und einen zweiten Brennstoffkopf, der einen zweiten Brennstoff, der aus einem Wasserstoffgas oder einem Wasserstoff enthaltenden Glas besteht, an die verbleibende vorgegebene Zahl von Wiederaufheizungsbrennern ausgebildet ist.
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Bei diesem Aufbau kann der Brennstoff mit einer einfachen Struktur an die Anzahl von Wiederaufheizungsbrenner verteilt werden.
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Eine Gasturbinenmaschine der vorliegenden Erfindung umfasst irgendeinen der oben beschriebenen Brenner. Bei diesem Aufbau kann eine Gasturbinenmaschine, die mit einem Brenner ausgestattet ist, der einen Anteil von NOx-Emission unterdrücken kann, geschaffen werden.
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erfindungsgemäß können der Brenner und die Gasturbinenmaschine den Anteil von NOx-Emission reduzieren.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist ein Diagramm, das schematisch einen allgemeinen Aufbau einer Gasturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist eine Längsschnittdarstellung eines Brenners gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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3A ist eine axiale Querschnittsdarstellung des Brenners entlang der Linien A-A in 2.
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3B ist eine axiale Querschnittsdarstellung entlang der Linien B-B in 2.
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3C ist eine axiale Querschnittsdarstellung des Brenners entlang der Linien C-D in 2.
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3D ist eine axiale Querschnittsdarstellung entlang der Linien D-D in 2.
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4 ist eine Querschnittsdarstellung einer Modifikation eines Wiederaufheizungsbrenners (Brennstoff-Einspritzdüse).
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen werden verschiedene Ausführungsbeispiele eines Brenners zur Verwendung mit einer Gasturbinenmaschine und eine Gasturbine gemäß der Erfindung beschrieben. Die folgende Beschreibung zeigt lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung, und es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendung zu beschränken.
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1 ist ein schematisches Diagramm eines allgemeinen Aufbaus und von Funktionen der Gasturbinenmaschine. Die Gasturbinenmaschine 1 hat einen Kompressor 2, der Atmosphärenluft aufnimmt, um Druckluft 200 zu erzeugen. Die Druckluft 200 wird zusammen mit Brennstoff in dem Brenner 3 verbrannt, um Verbrennungsgas 300 mit hoher Temperatur und hohem Druck zu erzeugen (im Folgenden als „Verbrennungsabgas” bezeichnet). Das Verbrennungsabgas 300 wird an eine Turbine 4 geliefert, wo sie zur Drehung eines Rotors 5 verwendet wird. Die Drehung des Rotors 5 wird an den Kompressor 2 übertragen, wo sie zur Erzeugung der Druckluft 200 verwendet wird (im Folgenden als „Verbrennungsluft” bezeichnet). Die Drehung des Rotors 5 wird beispielsweise an einen Generator 6 übertragen, wo sie zur Elektrizitätserzeugung verwendet wird.
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Die 2 zeigt den Brenner 3. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Brenner 3 ein Brenner vom Rückfluss-Kanister-Typ, bei dem die Druckluft 200, die von dem Kompressor geliefert wird (vergleiche 1), in einer Richtung (Abwärtsrichtung in 1) strömt, und das Verbrennungsabgas 300 in der Gegenrichtung (Aufwärtsrichtung in 1) strömt. Der Brenner kann ein Brenner vom Ringtyp sein, bei dem eine Anzahl von Brennstoff-Einspritzdüsen in Intervallen in einer Umfangsrichtung des Brenners vorgesehen sind.
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Der Brenner 3 umfasst einen Verbrennungszylinder 34 und ein Gehäuse 35, die beide koaxial auf einer Mittelachse 302 angeordnet sind. Eine Brennereinheit 30 ist an dem Oberteil des Verbrennungszylinders 34 montiert. Der Verbrennungszylinder 34 definiert in sich eine Brennkammer 32 zur Verbrennung von Brennstoff, der von der Brennereinheit 30 eingespritzt wird. Der Verbrennungszylinder 34 ist durch ein zylindrisches Gehäuse 35 umgeben, um zwischen dem Verbrennungszylinder 34 und dem Gehäuse 35 einen ringförmigen Verbrennungsluft-Strömungsweg 37 zu bilden, durch den die Verbrennungsluft 200, die vom Kompressor geliefert wird, strömt. Das Gehäuse 35 und der Verbrennungszylinder 34 tragen eine Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern 36 an einer stromab liegenden Seite der Brennereinheit 30.
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In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Brennereinheit 30 einen Hauptbrenner 31 vom Vormischungstyp, der entlang der Mittelachse 302 zur Einspritzung eines vorgemischten Gases angeordnet ist, das durch Mischung eines Brennstoffs und der Verbrennungsluft 200 in der Verbrennungskammer 33 erzeugt wird, und einen Pilotbrenner 32 vom Diffusionsverbrennungstyp zum direkten Einspritzen eines Brennstoffs in die Verbrennungskammer 33. Der Hauptbrenner 31 ist koaxial um den Pilotbrenner 32 angeordnet. Der Hauptbrenner 31 und der Pilotbrenner 32 kommunizieren mit einer ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 durch Leitungen 304.
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In diesem Ausführungsbeispiel hat der Hauptbrenner 31 einen Außenzylinder 310 und einen Innenzylinder 312, die koaxial entlang der Mittelachse 302 angeordnet sind. Wie dargestellt ist, dient der Innenzylinder 312 auch als ein Verbrennungsluft-Einspritzzylinder 322b des Pilotbrenners 32, der später beschrieben wird. Ein Ringraum zwischen dem Außenzylinder 310 und dem Innenzylinder 312 wird als ein Vormischungsströmungsweg 314 zur Vermischung des Brennstoffs und der Verbrennungsluft verwendet. Der Pilotbrenner 32 umfasst einen Brennstoff-Einspritzzylinder 322a, der sich entlang der Mittelachse 302 erstreckt, und den Verbrennungsluft-Einspritzzylinder 322b, der koaxial auf dem Brennstoff-Einspritzzylinder 322a montiert ist, und ein Brennstoff-Einspritzweg (nicht dargestellt), der in dem Brennstoff-Einspritzzylinder 322a gebildet ist, ist mit der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 durch die Leitung 304b einschließlich eines Fluss-Regulierungsventils verbunden, sodass durch Öffnen des Fluss-Regulierungsventils bei dem Anfahrvorgang ein Erdgas, das von der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 geliefert wird, in die Brennkammer 33 eingespritzt wird. Ein ringförmiger Luftströmungsweg 324, der zwischen dem Brennstoff-Einspritzzylinder 322a und dem Verbrennungsluft-Einspritzzylinder 322b gebildet ist, ist an seinem einen Ende mit dem Verbrennungsluft-Strömungsweg 37 und an seinem anderen Ende mit der Brennkammer 33 verbunden, sodass die Verbrennungsluft 200, die von dem Kompressor zugeführt wird, in die Brennkammer 33 eingespritzt wird.
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Der Vormischungsströmungsweg 314 hat ein Ende, das zur Brennkammer 33 geöffnet ist, und das andere Ende ist radial nach außen orientiert und über eine Anzahl von Luft-Einführungsöffnungen 315 zu dem Verbrennungsluft-Strömungsweg 37 geöffnet. Eine Anzahl von primären Brennstoffdüsen 316, die einen ersten Brennstoff einspritzen, ist radial außerhalb der Luft-Einführungsöffnungen 315 angeordnet. Obwohl es nicht dargestellt ist, sind vorzugsweise die Luft-Einführungsöffnungen 315 und die zugeordneten primären Brennstoffdüsen 316 in regulären Intervallen in der Umfangsrichtung um die Mittelachse 302 angeordnet.
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Die primären Brennstoffdüsen 316, die jeweils eine Anzahl von Brennstoff-Einspritzlöchern (nicht dargestellt) haben, die in einer Position angeordnet sind, die zu der Luft-Einführungsöffnung 315 gerichtet ist, um so den ersten Brennstoff zu der Luft-Einführungsöffnung 315 einzuspritzen, sind mit der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 über die Leitungen 304a mit einem Strömungsregelventil verbunden. Dies erlaubt es, dass, wenn das Strömungsregelventil in der normalen Position geöffnet ist, der Brennstoff von der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 von den Luft-Einführungsöffnungen 315 zu dem Vormischungsströmungsweg 314 geliefert wird, wo der Brennstoff mit der Verbrennungsluft 200 gemischt wird, die von dem Verbrennungsluft-Strömungsweg 37 zugeführt wird, und dann in die Brennkammer 33 eingespritzt wird. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine Anzahl von Verwirbelungsflügelelementen oder Verwirbeler 315 in den Luft-Einführungsöffnungen 315 angeordnet, um eine Verwirbelungskraft auf die Verbrennungsluft 200 auszuüben, die in dem Vormischungsströmungsweg 314 strömt, um so das Vormischen mit dem ersten Brennstoff zu fördern.
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Die Wiederaufheizungsbrenner 36, die Brenner vom Diffusionsverbrennungstyp sind, umfassen zylindrische Brennstoff-Einspritzdüsen 38 und Luftlöcher 340. Wie in 3 dargestellt ist, sind die Brennstoff-Einspritzdüsen 38 sowohl an Gehäuse 35 als auch am Verbrennungszylinder 34 entlang von acht axialen Mitten 360 befestigt, die auf jeweiligen Ebenen orthogonal zu der Mittelachse 302 eingeschlossen sind und in regulären Winkeln von 45° in der Umfangsrichtung angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel bilden acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8 jeweilige Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen, und vier Einspritzdüsenanordnungen 38a, 38b, 38c, 38d sind in vorgegebenen Intervallen entlang der Richtung der Mittelachse 302 angeordnet (vergleiche 2).
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Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, sind in diesem Ausführungsbeispiel stromauf liegende Endteile der Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38c-1 bis 38c-8, die die Brennstoff-Einspritzdüseanordnungen 38a, 38c bilden, mit ersten Brennstoffköpfen 39a, 39c verbunden, die den ersten Brennstoff an die ersten Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38c-1 bis 38c-8 verteilen. Die ersten Brennstoffköpfe 39a, 39c sind mit der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 über eine Leitung 306 mit einem Strömungsregelventil verbunden.
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Ferner sind stromauf liegende Endteile der Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, 38d-1 bis 38d-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38b, 38d bilden, mit zweiten Brennstoffköpfen 39b, 39d verbunden, die einen zweiten Brennstoff an die Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1, 38b-8, 38d-1 bis 38d-8 verteilen. Die zweiten Brennstoffköpfe 39b, 39d sind mit einer zweiten Brennstoff-Zufuhrquelle 307 über eine Leitung 308 mit einem Strömungsregelventil verbunden, sodass der erste Brennstoff und der zweite Brennstoff durch Öffnen des Strömungsregelventils in einem Hochbelastungsbetrieb in die Brennkammer 33 eingespritzt werden können. Der erste Brennstoff ist ein Gas, das 60 Volumenprozent oder mehr Kohlenwasserstoff mit Wasserstoffgas gleich oder weniger als 10 Volumenprozent enthält, oder eine Flüssigkeit, die 60 Volumenprozent oder mehr Kohlenwasserstoff enthält. Der zweite Brennstoff ist ein Gas, das 50 Volumenprozent oder mehr Wasserstoff enthält. In diesem Ausführungsbeispiel kann ein Erdgas ein Beispiel für den ersten Brennstoff sein, und ein Wasserstoffgas kann ein Beispiel für den zweiten Brennstoff sein.
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Der erste und der zweite Brennstoffkopf 39a, 39c, 39b und 39d erstrecken sich ringförmig um das äußere Gehäuse 35. Der Verbrennungszylinder 34 hat Luftlöcher 340, die den Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8 und 38d-1 bis 38d-8 zugeordnet sind, sodass ein Teil der Druckluft 200 als Verbrennungsluft in die Brennkammer 33 um die Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8 und 38d-1 bis 38d-8 eingebracht wird (vergleiche 2 und 3).
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Die Merkmale des Brenners 3 dieses Ausführungsbeispiels werden hier beschrieben. Die 3A bis 3D zeigen Querschnitte entlang der Linien A-A, B-B, C-C und D-D und in der Richtung der Pfeile der 2 gesehen. Wie in den 3A und 3C dargestellt ist, stimmen die Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38a bilden, mit den Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38c-1 bis 38c-8 überein, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38c bilden.
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Wie in 3B dargestellt ist, sind die Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsen Anordnung 38b bilden, um einen Halbversatzwinkel (22,5°) relativ zu den Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38c-1 bis 38c-8 jeder der darauf gerichteten Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38a, 38c versetzt.
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Wie in 3D dargestellt ist, sind Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38d-1 bis 38d-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38d bilden, um den Halbversatzwinkel (22,5°) relativ zu den Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38c-1 bis 38c-8 der gerichteten Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38c versetzt. Somit sind die Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8, die in den benachbarten Anordnungen angeordnet sind, in einer gestaffelten Anordnung.
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Ein Betrieb des so aufgebauten Brenners 3 wird im Folgenden mit Bezug auf 2 beschrieben. Wenn, wie in der Zeichnung dargestellt ist, eine Gasturbine (nicht dargestellt) gestartet wird, wird das Strömungsregelventil geöffnet, sodass der erste Brennstoff (Erdgas), der von der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 über die Leitung 304b an den Pilotbrenner 32 geliefert wird, in die Brennkammer 33 eingespritzt wird. Anschließend wird der erste Brennstoff diffus in der Brennkammer 33 mit der Verbrennungsluft 200 gemischt, die von dem ringförmigen Luftströmungsweg 324 in die Brennkammer 33 eingespritzt wird. Die Mischung wird dann durch eine Zündquelle, die nicht dargestellt ist, gezündet, um eine Pilotflamme aus diffuser Verbrennung zu bilden.
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Wenn die Gasturbine zu einem normalen Betrieb wechselt, werden der erste Brennstoff von der ersten Brennstoff-Zufuhrquelle 305 durch die Leitungen 304 zu den primären Brennstoffdüsen 360 und die Verbrennungsluft 200, die von dem Luft-Einlassöffnungen 315 strömt, miteinander in dem Vormischungsströmungsweg 314 gemischt, um ein vorgemischtes Gas zu erzeugen. Anschließend wird das vorgemischte Gas von dem Vormischungsströmungsweg 314 eingespritzt und dann durch die Pilot flamme in der Brennkammer 33 gezündet und in einem primären Verbrennungsbereich S1 auf der proximalen Seite der Brennkammer 33 verbrannt. Wie oben beschrieben wurde, wird das dünne vorgemischte Gas verbrannt, was dazu führt, dass eine Verbrennungsflammentemperatur in der Brennkammer 33 reduziert wird und somit ein Anteil von NOx in dem Verbrennungsabgas des Hauptbrenners 31 minimiert ist.
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Wenn eine Hochlastverbrennung erforderlich ist, um die Ausgabe der Gasturbine zu erhöhen, werden die Wiederaufheizungsbrenner 36 betrieben. Insbesondere wird der erste Brennstoff an die ersten Brennstoffköpfe 39a und 39c geliefert. Der zugeführte erste Brennstoff wird gleichmäßig an die acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, die die erste Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38a bilden, und an die acht Brennstoff Einspritzdüsen 38c-1 bis 38c-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38c bilden, verteilt und dann in die Strömung des Verbrennungsabgases 300 von seiner Außenseite eingespritzt.
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In entsprechender Weise wird der zweite Brennstoff (Wasserstoffgas), der den zweiten Brennstoffköpfen 39b, 39d zugeführt wird, gleichmäßig an die acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38b bilden, und an die acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38d-1 bis 38d-8 verteilt, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung 38d bilden, und dann in die Strömung des Verbrennungsabgases 300 von seiner Außenseite eingespritzt. Der Anteil und das Verhältnis des ersten Brennstoffs (Erdgas) und des zweiten Brennstoffs (Wasserstoffgas), die zugeführt werden, sind angemessen in Übereinstimmung mit den Verbrennungsbedingungen bestimmt.
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Wie oben beschrieben wurde, erlaubt es die Anordnung der ersten Brennstoffköpfe 39a, 39c und der zweiten Brennstoffköpfen 39b, 39d, dass der beabsichtigte Brennstoff mit einer einfachen Struktur gleichmäßig an die acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8 verteilt werden kann.
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Der erste Brennstoff, der von den Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38c-1 bis 38c-8 eingespritzt wird, und der zweite Brennstoff, der von den Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, 38d-1 bis 38d-8 eingespritzt wird, werden diffus mit einem Teil der Verbrennungsluft 200 vermischt, die in die Brennkammer 33 durch die Luftlöcher 340 von den Umfängen der Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8 strömt. Da die Wiederaufheizungsbrennstoffe (das Erdgas und das Wasserstoffgas) von den Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8 verteilt und der Brennkammer 33 zugeführt werden, ist die Brennstoff-Strömungsrate jeder der Wiederaufheizungsbrenner 36 reduziert. Somit wird die Brennstoffkonzentration in dem Verbrennungsbereich der Wiederaufheizungsbrenner 36 im Vergleich dazu dünner, dass eine Anzahl von Wiederaufheizungsbrennern 36 nur in der Umfangsrichtung angeordnet ist, sodass die gesamte Verbrennungstemperatur niedriger gehalten wird, und als Ergebnis ist der Anteil von NOx in dem Verbrennungsgas 300, der abhängig von der Verbrennungstemperatur sein kann, minimiert.
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Wie oben beschrieben wurde, sind bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8 in benachbarten Anordnungen des Brenners 3 in gestaffelter Weise mit Bezug auf die Umfangsrichtung angeordnet. Bei dieser Anordnung wird die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner, die an der stromab liegenden Seite angeordnet sind, kaum durch die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner beeinträchtigt, die an der stromauf liegenden Seite angeordnet sind, was die Verbrennung der Wiederaufheizungsbrenner an der stromab liegenden Seite stabilisiert. Die Winkelpositionen der acht Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8, 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8, die jede der vier Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38a, 38b, 38c und 38d bilden, kann die gleiche sein.
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Das Verbrennungsabgas 300, das durch die Verbrennung des ersten und des zweiten Brennstoffs, das durch die Wiederaufheizungsbrenner 36 eingebracht wird, erhöht wird, wird in die Gasturbine gefördert und wird für eine Ausgabeeinstellung der Gasturbine verwendet.
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Das oben beschriebenen Ausführungsbeispiel kann in verschiedenen Weisen modifiziert werden. Beispielsweise wird in dem obigen Ausführungsbeispiel Wasserstoffgas als der zweite Brennstoff von den Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, 38d-1 bis 38d-8 eingespritzt. Da das Wasserstoffgas eine Masse aufweist, die deutlich geringer ist als die Masse von Luft (Mischung von Sauerstoff und Stickstoff), kann Wasserstoffgas, das einfach der Strömung des Verbrennungsabgases 300 von seiner Seite zugeführt wird, die Hauptströmung (Mittelteil) der Strömung in dem Verbrennungsabgas 300 nicht erreichen. Dementsprechend kann, wie in den 4A und 4B dargestellt ist, ein Drosselteil 400 an einer Öffnung in einem stromab liegenden Endteil jeder der Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8 (38d-1 bis 38d-8) ausgebildet sein, um die kinetische Energie bei der Einspritzung des Wasserstoffgases zu erhöhen. Bei dieser Anordnung kann das Wasserstoffgas zweckmäßig in die Hauptströmung (Mittelteil) der Strömung des Verbrennungs-Produktgases gefördert werden. Als Ergebnis kann eine Verbrennungsflamme mit einer gleichmäßigen Konzentrationsverteilung als Ganzes in einem sekundären Verbrennungsbereich S2 ausgebildet werden.
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Obwohl bei dem Aufbau, der in dem Ausführungsbeispiel beispielhaft beschrieben ist, der erste Brennstoff an die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38a, 38c geliefert wird und der zweite Brennstoff an die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38b, 38d geliefert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Brennstoffköpfe können in einer geeigneten Struktur hergestellt werden, um beispielsweise eine derartige Konfiguration einzusetzen, dass der erste Brennstoff von den Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-1, 38a-3, 38a-5, 38a-7 unter den Brennstoff Einspritzdüsen 38a-1 bis 38a-8 eingespritzt wird, während der zweite Brennstoff von den verbleibenden Brennstoff-Einspritzdüsen 38a-2, 38a-4, 38a-6, 38a-8 eingespritzt wird (dasselbe gilt für die Brennstoff-Einspritzdüsen 38b-1 bis 38b-8, 38c-1 bis 38c-8, 38d-1 bis 38d-8, die die Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38b, 38c, 38d bilden)
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Obwohl die vier Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen 38a, 38b, 38c, 38d in vorgegebenen Intervallen entlang der Richtung der Mittelachse 302 in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel angeordnet sind, kann die Anzahl von Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen mindestens zwei oder mehr betragen, und die Anzahl kann nach Bedarf geändert werden. Obwohl die Brennstoff-Einspritzdüsen 38 in acht Positionen an dem Gehäuse 35 an der Außenseite in regulären Intervallen (Intervalle von 45°) in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel getragen sind, kann die Zahl der Brennstoff-Einspritzdüsen 38 mindestens zwei oder mehr betragen, und die Anzahl kann nach Bedarf geändert werden. Der Versatzwinkel, der die Winkelpositionen der Brennstoff-Einspritzdüsen in den gerichteten Brennstoff-Einspritzdüsenanordnungen verschiebt, kann auch in Übereinstimmung mit der Zahl der Brennstoff-Einspritzdüsen 38 geändert werden.
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Obwohl in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiele der erste Brennstoff den ersten Brennstoffköpfen 39a, 39c zugeführt wird und der zweite Brennstoff den zweiten Brennstoffköpfen 39b, 39d zugeführt wird, kann der erste Brennstoff oder der zweite Brennstoff in Übereinstimmung mit der Erfindung an alle, die ersten Brennstoffköpfe 39a, 39c und die zweiten Brennstoffköpfe 39b, 39d, zugeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gasturbine
- 2
- Kompressor
- 3
- Brenner
- 4
- Turbine
- 5
- Rotor
- 6
- Generator
- 31
- Hauptbrenner
- 32
- Pilotbrenner
- 33
- Brennkammer
- 34
- Verbrennungszylinder
- 36
- Wiederaufheizungsbrenner
- 37
- Verbrennungsluft-Strömungsweg (Luftströmungsweg)
- 38
- Brennstoff-Einspritzdüse
- 38a bis 38d
- Brennstoff-Einspritzdüsenanordnung
- 39a, 39c
- erster Brennstoffkopf
- 39c, 39d
- zweiter Brennstoffkopf
- 40
- Drosselteil
- 200
- Druckluft (Verbrennungsluft)
- 300
- Verbrennungsabgas
- 302
- Mittelachse
- 360
- axiale Mitte
