DE19812834B4

DE19812834B4 - Verfahren zum Zünden der Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanlagen

Info

Publication number: DE19812834B4
Application number: DE1998112834
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Just; Michael Dipl.-Ing. Pfaff; Ung-Lap Dr.-Ing. Ngo-Beelmann; Solaf Dipl.-Ing. Sulta
Original assignee: Alstom SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1998-03-24
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: DE19812834A1; GB2339599A; GB9906304D0; CN1230630A

Abstract

Verfahren zum Zünden der Brenner (10) von Brennkammern in Gasturbinenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird, und dass zur Speisung der Pilotflamme eine Teilmenge des zugeführten Arbeitsgases abgezweigt und mit niedrigem Druck der Pilotflamme zugeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zünden der Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Es ist allgemein bekannt, dass die Brenner von Brennkammern in Gasturbinenanlagen 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 stattdessen Erdgas verwendet wird.

Eine solche Gasturbinenanlage ist bspw. aus der DE 43 20 429 A1 bekannt. Bei dieser Gasturbinenanlage wird auch vorgeschlagen, Acetylen als Gas für die Zündfackel einzusetzen.

Diese Verfahrensweise, die praktisch überall praktiziert wird, weist das Problem auf, dass neben dem Arbeitsgas zusätzlich ein zweites Gas bereitgestellt werden muss, welches einen nicht unbeträchtlichen Aufwand an Material und Kosten impliziert. Die an sich nahe liegende Verwendung des Arbeitsgases, d. h. von Erdgas, zur Speisung der Pilotflamme ist bisher unterblieben, da sich gezeigt hatte, dass dies nicht mit einem vernünftigen Aufwand möglich war.

Aus der DE 295 18 366 U1 und der DE 195 09 797 C1 sind Zündvorrichtungen für Brenneranlagen, bspw. für Durchlauferhitzer oder andere Anwendungen im Haushalt, bekannt, bei denen eine Pilotflamme mit Arbeitsgas betrieben wird. Dies ist insofern unproblematisch als bei den genannten Gasbrennern die Druck- und Strömungsverhältnisse unkritisch sind, so dass ein sicheres Zünden der Pilotflamme durch einen elektrischen Funkenüberschlag möglich ist. Sobald die Pilotflamme stabil brennt, kann die Hauptflamme von der Pilotflamme gezündet werden.

Bekannte Vorrichtungen besitzen wenigstens einen einer Brennkammer zugeordneten gasgespeisten Zündbrenner, 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 Propangas aus einem entsprechenden Reservoir entnommen und zur Zündung des mit hohem Druck zuströmenden Arbeitsgases verwendet.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche zuverlässig sind und mit vertretbarem Aufwand arbeiten, so dass der Mehraufwand, der aus der Verwendung von speziellem Zündgas resultiert, vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden Unteransprüchen angegeben.

Entsprechend der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird und dass zur Speisung der Pilotflamme eine Teilmenge des zugeführten Arbeitsgases abgezweigt wird und mit niedrigem Druck der Pilotflamme zugeführt wird.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei in einem ersten Schritt das Arbeitsgas der Pilotflamme zunächst mit niedrigem Druck zugeführt. In einem zweiten Schritt wird nach einem Zeitintervall von 2 bis 10 Sekunden, vorzugsweise 4 Sekunden, der Gasdruck erhöht, 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 Zündgaszuführung mit einem ersten Drosselventil mit niedrigem Druck zugeführt wird und beim zweiten Schritt über eine zweite Zündgaszuführung mit einem zweiten Drosselventil mit höherem Druck zugeführt wird, wobei die Zündgaszuführung nach Zünden der Arbeitsflamme abgesperrt wird.

Bei der Vorrichtung entsprechend der Erfindung ist 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 benutzten Arbeitsgases, so dass eine problemlose Zündung einer Pilotflamme möglich ist, während mit dem Absperrventil der Zustrom des Zündgases unterbrochen werden 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 aufwendigeren 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 bestimmtes 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 problemlose Zündung des Arbeitsgases möglich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist jedes Drosselventil als Nadelventil ausgebildet, wobei vorteilhafterweise vorgesehen ist, dass jedes Drosselventil manuell einstellbar ausgebildet ist, so dass es entsprechend den jeweiligen Erfordernissen eingestellt und eingesetzt werden kann. Dies erweist sich insbesondere dadurch 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 Gasaustrittsdruck der zweiten Bypassleitung und dass der Gasdruck des zuströmenden Arbeitsgases höher ist als der des Zündgases, wobei die zweckmäßige Druckdifferenz genau eingehalten wird.

Zur störungsfreien Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner jedes Absperrventil in jeder Bypassleitung als Magnetventil ausgeführt. Hierdurch kann die gewünschte Zufuhr des Zündgases exakt ferngesteuert werden bzw. unterbrochen werden, ohne dass unmittelbar vor Ort, d. h. an der betreffenden Brennkammer, eingegriffen werden muss.

Ein wesentlicher Vorteil, den die Erfindung mit sich bringt, beruht darauf, dass Erdgas zur Verwendung als Zündgas und als Arbeitsgas vorgesehen ist, welches ausreichend verfügbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt 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 dargestellte Gasturbinenanlage wiedergegeben. Darin ist gezeigt, dass das Arbeitsgas

Claims

Verfahren zum Zünden der Brenner (10) von Brennkammern in Gasturbinenanlagen unter Verwendung einer gasbetriebenen Pilotflamme, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilotflamme mit dem Arbeitsgas betrieben wird, und dass zur Speisung der Pilotflamme eine Teilmenge des zugeführten Arbeitsgases abgezweigt und mit niedrigem Druck der Pilotflamme zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem 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 Pilotflamme vergrößert und stabilisiert wird, und dass in einem dritten Schritt die Zündung der von dem unter Arbeitsdruck zuströmenden Arbeitsgas gespeisten Arbeitsflamme des Brenners (10) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.
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 gekennzeichnet, dass 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.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündgaszuführung (34) redundant mit einer ersten und einer hierzu parallelen zweiten Bypassleitung (34.1, 34.2) ausgeführt ist, die jeweils wenigstens je ein Drosselventil (38.1, 38.2) und ein Absperrventil (40.1, 40.2) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Drosselventil (38) als Nadelventil ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Drosselventil (38) manuell einstellbar ausgebildet ist.
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.
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 zuströmenden Arbeitsgases höher ist als der des Zündgases.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Erdgas zur Verwendung als Zündgas und als Arbeitsgas vorgesehen ist.