DE19654061A1 - Fuel line for gas turbine unit - Google Patents

Fuel line for gas turbine unit

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DE19654061A1 DE1996154061 DE19654061A DE19654061A1 DE 19654061 A1 DE19654061 A1 DE 19654061A1 DE 1996154061 DE1996154061 DE 1996154061 DE 19654061 A DE19654061 A DE 19654061A DE 19654061 A1 DE19654061 A1 DE 19654061A1
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Franz Dr Joos
Philipp Brunner
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Asea Brown Boveri AG Switzerland
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Abstract

The fuel line consists of a fuel pipe (2) with an outer wall (3) and an inner wall (4). The inner wall is at least partly covered with a catalytic layer (5). The catalytic layer is catalytically active in the temperature range of 150-600 deg C. The surface (6) of the catalytic layer is made as small as possible and the layer may consist of palladium or of a palladium-platinum alloy. The fuel tube is heated after flushing with air, so that catalytic combustion of the fuel remaining in it takes place.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die Erfindung betrifft Brennstoffleitungen für thermisch hoch belastete Anlagen, insbesondere für solche von Gasturbinenanlagen.The invention relates to fuel lines for thermally highly stressed systems, especially for those of gas turbine plants.

Stand der TechnikState of the art

Besonders Brennstoffleitungen für flüssige Brennstoffe neigen dazu, nach Unter­ brechung bzw. Abschaltung der Brennstoffzufuhr Brennstoffrückstände anzuset­ zen. Dabei setzen sich hauptsächlich die schwerer flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes an den Wänden der jeweiligen Brennstoffleitungen ab. Dieser als sogenannte Gum-Bildung bezeichnete Vorgang findet deshalb statt, weil sich die während des Betriebs durch den Brennstoff gekühlten Brennstoffleitungen nach dem Verschließen der Brennstoffzufuhr aufgrund der heißen Umgebung stark aufheizen. Ab einer Wandtemperatur von ca. 200°C werden die leichtsiedenden Bestandteile des Brennstoffs verdampft, während sich die schwer siedenden Be­ standteile an der Wand festsetzen. Dies ist an engen Querschnitten, wie Blenden und Brennstoffdüsen besonders schädlich und kann im Extremfall bis zur Verstop­ fung der Brennstoffleitungen führen. Betroffen sind die Leitungen und Düsen von Brennern, die während des Betriebs nur zeitweise mit Brennstoff beaufschlagt werden. Da jedoch auch die nach dem Abstellen der Gasturbinenanlage noch vorhandene Nachwärme zur Belagbildung ausreicht, sind die ständig benutzten Leitungen gleichermaßen gefährdet.Fuel lines for liquid fuels in particular tend to lower breaking or switching off the fuel supply to set fuel residues Zen. The less volatile constituents of the Fuel on the walls of the respective fuel lines. This as So-called gum formation takes place because the fuel lines cooled by the fuel during operation closing the fuel supply due to the hot environment Warm up. From a wall temperature of approx. 200 ° C, the low-boiling Components of the fuel evaporate while the heavy boiling be fix components on the wall. This is on narrow cross sections, such as panels and fuel nozzles are particularly harmful and can, in extreme cases, even stop the fuel lines. The lines and nozzles are affected by Burners that are only temporarily exposed to fuel during operation will. However, since the gas turbine system has been turned off Existing residual heat is sufficient for the formation of deposits Pipes at risk.

Zur Vermeidung oder zumindest zur Verminderung der Belagbildung ist es be­ kannt, die Leitungen mit Wasser oder mit Luft zu reinigen, wobei der restliche Brennstoff hinausgespült wird. Die EP 0 724 115 A2 zeigt eine Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren zum Spülen von Brennstoffleitungen mit Luft.To avoid or at least to reduce the formation of deposits, it is be knows to clean the pipes with water or with air, the rest Fuel is flushed out. EP 0 724 115 A2 shows a device and a corresponding method for purging fuel lines with air.

Trotz des zur Reinigung erforderlichen Aufwandes bleibt sowohl bei Verwendung von Luft als auch von Wasser stets ein Restfilm des Brennstoffes an der Innen­ wand der Brennstoffleitungen zurück. Somit kann auch bei einer gründlichen Rei­ nigung die Belagbildung nicht vollständig vermieden werden. Despite the effort required for cleaning, both remains in use A residual film of the fuel on the inside of both air and water wall of the fuel lines back. Thus, even with a thorough cleaning deposit formation cannot be completely avoided.  

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Die Erfindung versucht, alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, die Reinigung von Brennstoffleitungen sowohl zu vereinfachen als auch zu verbessern.The invention tries to avoid all of these disadvantages. You have the task based on both simplifying the cleaning of fuel lines and also improve.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Innenwand des Brennstoffrohres zumindest teilweise mit einer katalytischen Schicht versehen ist.According to the invention this is achieved in that according to a device the preamble of claim 1, the inner wall of the fuel tube at least is partially provided with a catalytic layer.

Beim Betrieb der Brennstoffleitung ist das Brennstoffrohr mit Flüssigbrennstoff ge­ füllt. In Abwesenheit von freiem Sauerstoff kann daher keine chemische Umset­ zung des Flüssigbrennstoffs stattfinden. Nach Unterbrechung bzw. Abschaltung der Brennstoffzufuhr wird das Brennstoffrohr, wie bisher bekannt, mit Wasser oder mit Luft gereinigt und dabei der meiste Brennstoff ausgespült. In Verbindung mit dem sich aufgrund der hohen Nachwärme aufheizenden Brennstoffrohr wird die anschließend einströmende oder noch vom Spülvorgang stammende Luft zur katalytischen Verbrennung der Brennstoffreste im Brennstoffrohr genutzt. Damit kann eine Gum-Bildung in der Brennstoffleitung wirksam verhindert werden.When operating the fuel line, the fuel pipe with liquid fuel is ge fills. In the absence of free oxygen, there can be no chemical conversion liquid fuel take place. After an interruption or shutdown the fuel supply, the fuel pipe, as previously known, with water or cleaned with air and thereby flushed out most of the fuel. In connection with the fuel pipe heating up due to the high amount of residual heat the air then flowing in or coming from the flushing process used catalytic combustion of the fuel residues in the fuel pipe. In order to formation of gum in the fuel line can be effectively prevented.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn die katalytische Schicht in einem Tempera­ turbereich T von 150°C ≦ T ≦ 600°C katalytisch aktiv ist. Da die Nachwärme bei den derzeit bekannten, thermisch hoch belasteten Anlagen in diesem Bereich liegt und unter 150°C keine Belagbildung stattfindet, ist jeder dieser Definition entsprechende, katalytisch wirksame Stoff zur Beschichtung des Brennstoffrohres geeignet.It is particularly useful if the catalytic layer is in a tempera door range T of 150 ° C ≦ T ≦ 600 ° C is catalytically active. Because the reheat at the currently known, thermally highly stressed systems in this area is and there is no deposit formation below 150 ° C, each of these definitions corresponding, catalytically active substance for coating the fuel pipe suitable.

Schließlich wird mit Vorteil Palladium als katalytische Schicht eingesetzt. Dieser Stoff ist aufgrund des günstigen Beschaffungspreises und seiner Zündeigenschaf­ ten im Bereich von ca. 200-300°C Gemischtemperatur besonders geeignet. Um eine relativ langsame Reaktion zu gewährleisten und damit ein Überhitzen des Katalysators zu vermeiden, wird die katalytische Schicht mit einer kleinstmög­ lichen Oberfläche auf der Innenwand des Brennstoffrohres aufgebracht. Zudem kann die katalytische Schicht dadurch nicht zu viel Brennstoff aufsaugen.Finally, palladium is advantageously used as the catalytic layer. This Material is due to the low procurement price and its ignition properties Particularly suitable in the range of approx. 200-300 ° C mixture temperature. Around to ensure a relatively slow reaction and thus overheating the To avoid catalyst, the catalytic layer is as small as possible Lichen surface applied to the inner wall of the fuel pipe. In addition the catalytic layer cannot absorb too much fuel as a result.

Alternativ zu reinem Palladium wird vorteilhaft auch Palladium-Platin als katalyti­ sche Schicht eingesetzt.As an alternative to pure palladium, palladium-platinum is also advantageously used as catalytic cal layer used.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer der Brennstoffleitungen für eine Gasturbinenanlage dargestellt. Die einzige Figur zeigt einen Teillängsschnitt durch die Brennstoffleitung.In the drawing, an embodiment of the invention is based on one of the Fuel lines shown for a gas turbine plant. The only figure shows a partial longitudinal section through the fuel line.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise alle weiteren Bauteile der Gasturbinenanla­ ge. Die Strömungsrichtung des Arbeitsmittel ist mit einem Pfeil bezeichnet.Only the elements essential for understanding the invention are shown. All other components of the gas turbine system are not shown, for example ge. The direction of flow of the working fluid is indicated by an arrow.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Die nicht dargestellte Gasturbinenanlage weist eine Vielzahl von Brennstofflei­ tungen 1 auf. Jede Brennstoffleitung 1 besteht aus einem Brennstoffrohr 2 mit ei­ ner Außen- und einer Innenwand 3, 4. Auf der Innenwand 4 ist eine katalytischen Schicht 5 aufgebracht, welche aus Palladium besteht. Natürlich werden insbeson­ dere auch die nicht dargestellten kritischen Querschnitte der Brennstoffleitung 1, wie Blenden, Düsen und deren Nachlaufgebiete mit der katalytischen Schicht 5 versehen. Wenn sie unbeschichtet sind neigen diese Bereiche besonders des­ halb zur Belagbildung, weil sich in ihnen Brennstoffreste sammeln können.The gas turbine system, not shown, has a variety of fuel lines 1 . Each fuel line 1 consists of a fuel tube 2 with egg ner outer and an inner wall 3 , 4th A catalytic layer 5 , which consists of palladium, is applied to the inner wall 4 . Of course, in particular the critical cross sections, not shown, of the fuel line 1 , such as orifices, nozzles and their trailing areas, are provided with the catalytic layer 5 . If they are uncoated, these areas are particularly prone to build up deposits because fuel residues can collect in them.

Zur Beschichtung der Innenwand 4 wird das Brennstoffrohr 2 in Bädern mit einer palladiumhaltigen Lösung gespült. Dabei wird eine katalytischen Schicht 5 mit ei­ ner kleinstmöglichen Oberfläche 6 ausgebildet. Im Gegensatz zu anderen kataly­ tisch aktiven Schichten, bei denen die Oberfläche des mit einer solchen Schicht versehenen Bauteils zur Erhöhung des Umsatzes im Katalysator vergrößert wird, beispielsweise durch Einbau einer Wabenstruktur, soll hier eine relativ langsame Reaktion erfolgen. Dadurch läßt sich ein Oberhitzen der katalytischen Schicht 5 vermeiden. Natürlich kann die katalytische Schicht 5 auch aufgedampft werden.To coat the inner wall 4 , the fuel pipe 2 is rinsed in baths with a palladium-containing solution. A catalytic layer 5 is formed with the smallest possible surface 6 . In contrast to other catalytically active layers, in which the surface of the component provided with such a layer is increased to increase the conversion in the catalyst, for example by incorporating a honeycomb structure, a relatively slow reaction is to take place here. This prevents the catalytic layer 5 from overheating. Of course, the catalytic layer 5 can also be evaporated.

Während dem Betrieb der Gasturbinenanlage werden die Brennstoffleitungen 1 mit Flüssigbrennstoff 7 beaufschlagt. Da das Brennstoffrohr 2 zu diesem Zeit­ punkt durch den Flüssigbrennstoff 7 gekühlt wird und zudem kein freier Sauerstoff verfügbar ist, kommt es nicht zu einer chemischen Umsetzung des Flüssigbrenn­ stoffs 7. Nach Unterbrechung der Brennstoffzufuhr wird das Brennstoffrohr 2 mit Luft gereinigt und dabei der meiste Flüssigbrennstoff 7 ausgespült. Anschließend heizt sich das Brennstoffrohr 2 aufgrund der hohen Nachwärme soweit auf, daß es zu einer katalytischen Verbrennung der im Brennstoffrohr 2 verbliebenen Brennstoffreste kommt. Bei Zündtemperaturen von über 200°C bis 300°C läuft die heterogene Katalyse selbständig ab. Damit kann eine Belagbildung in der Brenn­ stoffleitung 1 wirksam verhindert werden.During the operation of the gas turbine system, the fuel lines 1 are supplied with liquid fuel 7 . Since the fuel pipe 2 is cooled at this time by the liquid fuel 7 and also no free oxygen is available, there is no chemical conversion of the liquid fuel 7 . After the fuel supply has been interrupted, the fuel pipe 2 is cleaned with air and most of the liquid fuel 7 is flushed out. Subsequently, the fuel pipe 2 heats up to such an extent that the residual fuel remaining in the fuel pipe 2 is catalytically burned. At ignition temperatures of over 200 ° C to 300 ° C, heterogeneous catalysis takes place automatically. This can effectively prevent the formation of deposits in the fuel line 1 .

Mit dem gleichen Effekt können die Brennstoffleitungen 1 zunächst auch mit Was­ ser gespült werden, wobei die danach in das Brennstoffrohr 2 eindringende Luft den Sauerstoff für die katalytische Verbrennung der Brennstoffreste liefert.With the same effect, the fuel lines 1 can also first be flushed with water, the air subsequently penetrating into the fuel tube 2 supplying the oxygen for the catalytic combustion of the fuel residues.

Natürlich können auch andere geeignete Stoffe, wie beispielsweise Palladium-Platin als katalytischen Schicht 5 eingesetzt werden.Of course, other suitable substances, such as palladium-platinum, can also be used as the catalytic layer 5 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Brennstoffleitung
Fuel line

22nd

Brennstoffrohr
Fuel pipe

33rd

Außenwand
Outer wall

44th

Innenwand
Interior wall

55

katalytische Schicht
catalytic layer

66

Oberfläche
surface

77

Flüssigbrennstoff
Liquid fuel

Claims (5)

1. Brennstoffleitung für thermisch hoch belastete, mit Flüssigbrennstoff (7) betriebene Anlagen, bestehen aus einem Brennstoffrohr (2) mit einer Auß­ en- und einer Innenwand (3, 4), dadurch gekennzeichnet, daß die Innen­ wand (4) zumindest teilweise mit einer katalytischen Schicht (5) versehen ist.1. Fuel line for thermally highly loaded, operated with liquid fuel ( 7 ) systems consist of a fuel tube ( 2 ) with an outer and an inner wall ( 3 , 4 ), characterized in that the inner wall ( 4 ) at least partially with a catalytic layer ( 5 ) is provided. 2. Brennstoffleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ka­ talytische Schicht (5) in einem Temperaturbereich (T) von 150°C ≦ T ≦ 600°C katalytisch aktiv ist.2. Fuel line according to claim 1, characterized in that the catalytic layer ( 5 ) is catalytically active in a temperature range (T) of 150 ° C ≦ T ≦ 600 ° C. 3. Brennstoffleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Schicht (5) eine Oberfläche (6) aufweist, welche kleinst­ möglich ausgebildet ist.3. Fuel line according to claim 1 or 2, characterized in that the catalytic layer ( 5 ) has a surface ( 6 ) which is made as small as possible. 4. Brennstoffleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ka­ talytische Schicht (5) aus Palladium besteht.4. Fuel line according to claim 3, characterized in that the catalytic layer ( 5 ) consists of palladium. 5. Brennstoffleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ka­ talytische Schicht (5) aus Palladium-Platin besteht.5. Fuel line according to claim 3, characterized in that the catalytic layer ( 5 ) consists of palladium-platinum.
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