DE19812834A1 - Verfahren zum Zünden der Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanlagen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Brenner (10) von Brennkammern in Gasturbinenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme, wobei die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit wenigstens einem einer Brennkammer zugeordneten gasgespeisten Zündbrenner (10), an welchen eine Speiseleitung (18) zur Speisung von Arbeitsgas anschließt, die unmittelbar vor dem Zündbrenner (10) mit einer Zündgaszuführung (34) verbunden ist, die durch ein Absperrventil (36, 40) absperrbar ist, wobei die Zündgaszuführung (34) von der Speiseleitung (18) abgezweigt ist, als Bypassleitung zum Zündbrenner (10) geführt ist und wenigstens je ein Drosselventil (38) und ein Absperrventil (40) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, daß die Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanla­ gen mit Hilfe einer Pilotflamme gezündet werden, die im Hinblick auf dessen gute Zündwilligkeit mit Propan gespeist wird, während als Arbeitsgas für den Betrieb der Brennkammer statt dessen Erdgas verwendet wird.

Diese Verfahrensweise, die praktisch überall praktiziert wird, hat den Nachteil, daß neben dem Arbeitsgas zusätzlich ein zweites Gas bereitgestellt werden muß, wel­ ches ein nicht unbeträchtlichen Aufwand an Material und Kosten impliziert. Die an sich naheliegende Verwendung des Arbeitsgases, das heißt von Erdgas, zur Spei­ sung der Pilotflamme ist bisher unterblieben, da sich gezeigt hatte, daß dies nicht mit einem vernünftigen Aufwand möglich war.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfah­ ren der eingangs genannten Art anzugeben, welches zuverlässig ist und mit ver­ tretbarem Aufwand durchgeführt werden kann, so daß der Mehraufwand, der aus der Verwendung von speziellem Zündgas resultiert, vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Entsprechend der Erfindung ist daher vorgesehen, daß die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird. Dies wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung da­ durch ermöglicht, daß zur Speisung der Pilotflamme eine Teilmenge des zugeführ­ ten Arbeitsgases abgezweigt wird und mit niedrigem Druck der Pilotflamme zuge­ führt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei in einem ersten Schritt das Arbeitsgas der Pilotflamme zu­ nächst mit niedrigem Druck zugeführt. In einem zweiten Schritt wird nach einem Zeitintervall von 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 4 Sekunden, der Gasdruck er­ höht, wodurch die Pilotflamme vergrößert und stabilisiert wird. In einem dritten Schritt schließlich erfolgt die Zündung der von dem unter dem hohen Arbeitsdruck zuströmenden Arbeitsgas gespeisten Arbeitsflamme des Brenners.

Im einzelnen werden diese unterschiedlichen Verfahrensschritte vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Arbeitsgas beim ersten Schritt über eine erste Zündgas­ zuführung mit einem ersten Drosselventil mit niedrigem Druck zugeführt wird und beim zweiten Schritt über eine zweite Zündgaszuführung mit einem zweiten Dros­ selventil mit höherem Druck zugeführt wird, wobei die Zündgaszuführung nach Zünden der Arbeitsflamme abgesperrt wird.

Eine weitere der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht darin, eine Vorrich­ tung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben. Eine bekannte Vorrichtung be­ sitzt wenigstens einen einer Brennkammer zugeordneten gasgespeisten Zündbren­ ner, an welchen eine Speiseleitung zur Speisung von Arbeitsgas anschließt. Diese Speiseleitung ist unmittelbar vor dem Zündbrenner mit einer Zündgaszuführung verbunden, die durch ein Absperrventil absperrbar ist. Hierbei wird bislang Propan­ gas aus einem entsprechenden Reservoir entnommen und zur Zündung des mit hohem Druck zuströmenden Arbeitsgases verwendet.

Aus den zuvor geschilderten Gründen, insbesondere aber um die Versorgung mit unterschiedlichen Gasen zu vermeiden wird eine deutlich vereinfachte Lösung an­ gestrebt, die mit vertretbarem Aufwand realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 5. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren hierauf rückbezogenen Unteransprüchen gekenn­ zeichnet.

Entsprechend der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Zündgaszuführung von der Speiseleitung abgezweigt ist und als Bypassleitung zum Zündbrenner geführt ist und wenigstens je ein Drosselventil und ein Absperrventil aufweist. Hierbei dient das Drosselventil zur Druckverminderung des erfindungsgemäß als Zündgas be­ nutzten Arbeitsgases, so daß eine problemlose Zündung einer Pilotflamme möglich ist, während mit dem Absperrventil der Zustrom des Zündgases unterbrochen wer­ den kann, damit über die normale Speiseleitung ein ungestörter Betrieb erfolgen kann.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß die Zündgaszuführung redundant mit einer ersten und einer hierzu parallelen zweiten Bypassleitung ausgeführt ist, die jeweils wenigstens je ein Drosselventil und ein Absperrventil aufweisen. Hierbei übernehmen die genannten Ventile die gleichen Funktionen wie zuvor erläutert. Der wesentliche Vorteil dieser etwas auf­ wendigeren Gestaltung beruht jedoch darauf, daß die beiden Leitungswege mit unterschiedlichem Austrittsgasdruck arbeiten, wodurch die Zündungswilligkeit und damit die Zündsicherheit weiter gesteigert werden kann.

Wie zuvor bereits im Zusammenhang mit der Verfahrensbeschreibung ausführlich erläutert, wird das Zündgas zunächst über die erste Bypassleitung bei niedrigem Druck dem Brenner zur Speisung einer Pilotflamme zugeführt. Nachdem ein be­ stimmtes Zeitintervall verstrichen ist, wird über die zweite Bypassleitung ebenfalls Zündgas, jedoch mit höherem Druck der Pilotflamme zugeführt. Hierdurch wird die Pilotflamme stabilisiert, so daß sie so groß eingestellt werden kann, daß eine pro­ blemlose Zündung des Arbeitsgases möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Drosselventil als Nadelventil aus­ gebildet ist, wobei vorteilhafterweise vorgesehen ist, daß jedes Drosselventil ma­ nuell einstellbar ausgebildet ist, so daß es entsprechend den jeweiligen Erforder­ nissen eingestellt und eingesetzt werden kann. Dies erweist sich insbesondere da­ durch als vorteilhaft, daß so ein unterschiedlicher Gasdruck einstellbar ist.

Hierdurch ist in Weiterbildung der Erfindung vorteilhafterweise gewährleistet, daß der Gasaustrittsdruck der ersten Bypassleitung niedriger ist als der Gasaustritts­ druck der zweiten Bypassleitung und daß der Gasdruck des zuströmenden Arbeits­ gases höher ist als der des Zündgases, wobei die zweckmäßige Druckdifferenz genau eingehalten wird.

Zur störungsfreien Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner je­ des Absperrventil in jeder Bypassleitung als Magnetventil ausgeführt. Hierdurch kann die gewünschte Zufuhr des Zündgases exakt ferngesteuert werden bezie­ hungsweise unterbrochen werden, ohne daß unmittelbar vor Ort, das heißt an der betreffenden Brennkammer, eingegriffen werden muß.

Ein wesentlicher Vorteil, den die Erfindung mit sich bringt, beruht darauf, daß Erd­ gas zur Verwendung als Zündgas und als Arbeitsgas vorgesehen ist, welches aus­ reichend verfügbar ist.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie be­ sondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

Es zeigt die einzige Figur ein Schaltschema für die erfindungsgemäße Anordnung der Zündgasleitungen.

In der einzigen Figur ist ein einfaches Schaltschema für Versorgung von Brennern 10 einer nicht näher gezeigten Brennkammer für eine ebenfalls nicht näher darge­ stellte Gasturbinenanlage wiedergegeben. Darin ist gezeigt, daß das Arbeitsgas (Pfeil "P"), welches vorzugsweise Erdgas ist, in einer Sammelleitung 12 zugeführt wird bis zu einem Druckminderventil 14 und von dort zu einem ersten Brenner 10.1.

Strömungsmäßig hinter dem Druckminderventil 14 ist ein erster Abzweig 16 ange­ ordnet, ab welchem ein Teil des Arbeitsgases über eine erste Speiseleitung 18.1 dem ersten Brenner 10.1 zuströmt und das restliche Arbeitsgas aufgeteilt wird auf weitere Brenner 10.2 bis 10.n, denen es über eine Hauptleitung 20 und weitere Speiseleitungen 18.2 bis 18.n zuströmt.

In der Hauptleitung 20 ist unmittelbar nach dem ersten Abzweig 16 ein Dreiwege­ ventil 22 mit Magnetantrieb angeordnet, dessen einer Austrittsstutzen mit einer Entlüftung 24 verbunden ist, während über den anderen Austrittsstutzen die Hauptleitung 20 weitergeführt ist.

Im weiteren Verlauf der Hauptleitung 20 sind ein zweiter Abzweig 26 und strö­ mungsmäßig dahinter ein magnetbetriebenes Absperrventil 28 sowie eine soge­ nannte Zündblende 30 vorgesehen, hinter denen sich weitere Abzweige 32 an­ schließen, die mit den weiteren Brennern 10.2 bis 10.n verbunden sind.

Die erste Speiseleitung 18.1 weist ein magnetbetriebenes Absperrventil 28.1 sowie einen Durchgangshahn 19.1 auf, mittels welcher der Zustrom an Arbeitsgas zu dem ersten Brenner 10.1 unterbrochen werden kann.

Die im zweiten Abzweig 26 abzweigende Leitung bildet eine Zündgasleitung 34, welche erfindungsgemäß aufgeteilt ist in eine erste Bypassleitung 34.1 und in eine hierzu parallel geschaltete zweite Bypassleitung 34.2, die wieder in einer gemein­ samen Zündgasleitung 34 vereinigt sind, welche ein Rückschlagventil 36 aufweist und an dem ersten Brenner 10.1 anschließt.

Jede der beiden Bypassleitungen 34.1 und 34.2 ist mit je einem Druckregelventil 38.1 und 38.2 und einem Absperrventil 40.1 und 40.2 versehen. Die Druckregel­ ventile 38.1 und 38.2 sind auf unterschiedliche Drücke eingestellt, so daß in der ersten Bypassleitung 34.1 ein geringerer Gasdruck vorherrscht als in der zweiten Bypassleitung 34.2.

Entsprechend der Erfindung ist dabei vorgesehen, daß die Zündgaszuführung von der Speiseleitung abgezweigt ist und als Bypassleitung zum Zündbrenner 10 ge­ führt ist. Mit Hilfe des Druckregelventils 38 und des Absperrventils 38 kann Zünd­ gaszufuhr sowohl hinsichtlich des Zuströmdrucks des Zündgases eingestellt wer­ den als auch bedarfsweise unterbrochen. Demgemäß dient das Drosselventil 38 zur Druckverminderung des erfindungsgemäß als Zündgas benutzten Arbeitsgases, so daß eine problemlose Zündung einer Pilotflamme möglich ist, während mit dem Absperrventil 40 der Zustrom des Zündgases unterbrochen werden kann, damit über die normale Speiseleitung 18 ein ungestörter Betrieb des Zündbrenners 10 erfolgen kann.

Vorteilhafterweise ist die Zündgaszuführung redundant mit einer ersten und einer hierzu parallelen zweiten Bypassleitung 34.1 und 34.2 ausgeführt ist, die jeweils je ein Drosselventil 38 und ein Absperrventil 40 aufweisen. Hierbei übernehmen die genannten Ventile die Funktionen wie zuvor erläutert. Der wesentliche Vorteil die­ ser etwas aufwendigeren Gestaltung beruht darauf, daß die beiden Leitungswege mit unterschiedlichem Austrittsgasdruck arbeiten, wodurch die Zündungswilligkeit und damit die Zündsicherheit der Anordnung weiter gesteigert werden kann.

Claims (11)

1. Verfahren zum Zünden der Brenner (10) von Brennkammern in Gasturbi­ nenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speisung der Pilotflamme eine Teilmenge des zugeführten Arbeitsgases abgezweigt und mit niedrigem Druck der Pilotflamme zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in ei­ nem ersten Schritt das Arbeitsgas der Pilotflamme zunächst mit niedrigem Druck zugeführt wird, daß in einem zweiten Schritt nach einem Zeitintervall von 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 4 Sekunden, der Gasdruck erhöht wird, wodurch die Pi­ lotflamme vergrößert und stabilisiert wird, und daß in einem dritten Schritt die Zün­ dung der von dem unter Arbeitsdruck zu strömenden Arbeitsgas gespeisten Arbeits­ flamme des Brenners (10) erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das Arbeitsgas beim ersten Schritt über eine erste Zündgaszuführung (34.1) mit einem ersten Drosselventil (38.1) mit niedrigem Druck zugeführt wird, daß das Arbeitsgas beim zweiten Schritt über eine zweite Zündgaszuführung (34.2) mit einem zweiten Drosselventil (38.2) mit höherem Druck zugeführt wird und daß die Zündgaszuführung (34) nach Zünden der Arbeitsflamme abgesperrt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit wenigstens einem einer Brennkammer zugeordneten gasgespeisten Zündbrenner (10), an welchen eine Speiseleitung (18) zur Speisung von Arbeitsgas anschließt, die unmittelbar vor dem Zündbrenner (10) mit einer Zündgaszuführung (34) verbunden ist, die durch ein Absperrventil (36, 40) absperrbar ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zündgaszuführung (34) von der Speiseleitung (18) abge­ zweigt ist, als Bypassleitung zum Zündbrenner (10) geführt ist und wenigstens je ein Drosselventil (38) und ein Absperrventil (40) aufweist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündgas­ zuführung redundant mit einer ersten und einer hierzu parallelen zweiten Bypasslei­ tung (34.1, 34.2) ausgeführt ist, die jeweils wenigstens je ein Drosselventil (38.1, 38.2) und ein Absperrventil (40.1, 40.2) aufweisen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drosselventil (38) als Nadelventil ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Drosselventil (38) manuell einstellbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Absperrventil (40) in jeder Bypassleitung (34.1, 34.2) als Magnetventil ausgeführt ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasaustrittsdruck der ersten Bypassleitung (34.1) niedriger ist als der Gasaustrittsdruck der zweiten Bypassleitung (34.2) und daß der Gasdruck des zu­ strömenden Arbeitsgases höher ist als der des Zündgases.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß Erdgas zur Verwendung als Zündgas und als Arbeitsgas vorgesehen ist.