DE19855034A1 - Verfahren zum Beschicken eines Brenners für Gasturbinen mit Pilotgas - Google Patents

Abstract

Bei derartigen Brennern wird bisher das Pilotgas durch eine Lanze in der Mitte des Brennermundes zugeführt. Dadurch wird aber der Wirbelkern der einströmenden Verbrennungsluft gestört. Zur Vermeidung von instationären Verbrennungen innerhalb des Brennerkegels beim Umschaltbereich Pilot-Premix und von Pulsationen wird das Pilotgas am Ende des Brennerkegels in wenigstens zwei verschiedene Strömungsrichtungen zugeführt. Dazu sind wenigstens zwei Pilotgasleitungen (9) vorgesehen, die außerhalb der Brennerwand verlaufen. Die Pilotgasleitungen (9) sind an ihrem freien Ende entsprechend der gewählten Pilotgasströmungsrichtung nach innen gebogen. Sie durchsetzen den der Verbrennungszone zugewandten Endbereich der Brennerwand.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschicken eines Brenners für Gasturbinen mit Pilotgas, wobei der Brenner mit Premix-Gas und/oder Pilotgas betrieben wird und wo­ bei das Premixgas in einem Brennerkegel aufbereitet wird und die Verbrennungszone von Premix- und Pilotgas außerhalb des Brennerkegels angeordnet ist sowie einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige allgemein bekannte Brenner von Gasturbinen werden beim Start und im unte­ ren Lastbereich mit Pilotgas betrieben. Anschließend erfolgt eine Pilot-Premix-Umschal­ tung. Das Pilotgas wird dabei durch eine Lanze in der Mitte des Brennermundes zuge­ führt. Dadurch wird aber der Wirbelkern der einströmenden Verbrennungsluft gestört. Bei der Umschaltung auf Premixbetrieb bzw. bei Mischbetrieb mit Pilot- und Premixgas ereignen sich so hohe Pulsationen, die die Lebensdauer der Gasturbine deutlich redu­ zieren. Eine weitere Ursache für die hohen Pulsationen ist der lange Weg, den das Premixgas innerhalb des Brenners zurücklegen muß, bis es außerhalb des Brennerke­ gels verbrennt. Bei Strömungsänderungen kommt es dabei auch zu periodischen spontanen heftigen Verbrennungen innerhalb des Brennerkegels. Bereits ein kurzfristi­ ger Betrieb in diesem Zustand kann die betroffenen Brenner vollständig zerstören, was einen Ausfall der Gesamtmaschine bedeutet.

Es stellt sich die Aufgabe, ein Verfahren der eingangsgenannten Art und einen Brenner zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, mit dem die Pilotgasverbrennung sicher außerhalb des Brennerkegels erfolgt.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch in den Ansprüchen 1 und 3 ange­ gebenen Merkmale.

Danach wird das Pilotgas am Ende des Brennerkegels zugeleitet und nicht wie bisher zentrisch am Anfang des Brennerkegels. Das Zuleitungssystem für das Pilotgas ist mit wenigstens zwei Pilotgasleitungen verbunden, die außerhalb der Brennerwand verlaufen. Die an ihrem freien Ende entsprechend der gewählten Pilotgas­ strömungsrichtung nach innen gebogenen Zuleitungsrohre durchsetzen die Brennerwand an ihrem der Verbrennungszone zugewandten Endbereich. Das Pilotgas wird in wenigstens zwei verschiedenen vorgebbaren Strömungsrichtungen zugeführt.

Mit den erfindungsgemäßen Maßnahmen entfällt bei einer reinen gasgefeuerten Turbine die zentral angeordnete Pilotgaslanze, was zu einer erheblichen Material­ einsparung führt. Das von außerhalb des Brenners in schräg gerichteter Pilotgas­ strömung herangeführte Pilotgas führt zu einem pulsationsarmen Betrieb und gewährleistet eine hohe Zündsicherheit durch mindestens zwei stabile Pilotflammen pro Brenner. Nach dem Zünden der Gasturbine im Pilotbetrieb kann ohne negativen Einfluß auf die Pulsation sofort ein Premixgasanteil zugeschaltet werden. Durch die frühzeitig Zuschaltung des Premixgases wird bei gleichzeitiger Reduzierung der Pilotflamme die zyklische thermische Belastung der Turbinenbeschaufelung reduziert. Mit der stabilen Pilotflamme außerhalb des Brennerkegels wird ferner ein vorzeitiges Zünden des Premixgases innerhalb des Brennerkegels verhindert.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Brenners sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Anhand eines Ausführungsbeispieles und einer schematischen Figur wird das erfin­ dungsgemäße Verfahren und ein Brenner zur Durchführung des Verfahrens beschrie­ ben.

Die einzige Figur zeigt einen Brenner 1 einer nicht weiter dargestellten Gasturbine. Eine Vielzahl der Brenner 1 sind zu einem Ringbrenner zusammengefaßt. Ein Zulei­ tungssystem 2 führt Gas für den Premixbetrieb heran, während ein anderes Zuleitungs­ system 3 zur Bereitstellung von Pilotgas dient. Über einen Gaskanal 4 und dessen Dü­ sen 5 strömt Gas in den als Brennerkegel 6 bezeichneten Innenraum des Brenners und vermischt sich dort mit zugeführter Verbrennungsluft zum Premixgas.

Vom Zuleitungssystem 3 gelangt das Pilotgas über eine Verbindungsleitung 7 in eine Ringleitung 8, die in den ganzen Bereich entlang des Brennerkegels positioniert werden kann. In Längserstreckung der Brennerwand verlaufen vorteilhafter Weise diametral gegenüberliegend zwei Pilotgasleitungen 9. An ihrem der Ringleitung 8 abgewandten Ende ist jede Pilotgasleitung 9 nach innen gebogen. Nach dem Zünden der Pilotgas­ ströme entstehen zwei stabile Pilotflammen pro Brenner, die eine hohe Zündsicherheit für das aus dem Brennerkegel 8 ausströmende Premixgas darstellen. Das in gegen­ läufiger Richtung von außerhalb der Brennkammerwand herangeführte Pilotgas ist in seiner Strömungsrichtung sowohl in Umfangsrichtung als auch in Hauptströmungs­ richtung der Gasturbine geneigt. Es kann auch eine Radialkomponente zur Brenner­ achse enthalten. Die Größe der Neigung ist den Gegebenheiten anpaßbar. Zur Vermeidung von Rückströmung innerhalb der Pilotleitung 9 ist unmittelbar vor der Pilotgasaustrittsmündung eine Querschnittsverengung 10 vorgesehen. Die Pfeilrichtung 11 symbolisiert eine mögliche Strömungsrichtung des Pilotgases zur Verbrennungszone.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschicken eines Brenners (1) für Gasturbinen mit Pi­ lotgas, wobei der Brenner mit Premixgas und/oder Pilotgas betrieben wird und wobei das Premixgas in einem Brennerkegel (6) aufbereitet wird und die Ver­ brennungszone von Premix- und Pilotgas außerhalb des Brennerkegels (6) an­ geordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotgas am der Verbrennungs­ zone zugewandten Ende des Brennerkegels zugeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotgas in wenigstens zwei verschiedenen Strömungsrichtungen, die den Gegeben­ heiten anpaßbar sind, zugeführt wird.

3. Brenner zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer den Brennerkegel (6) begrenzenden Brennerwand und mit je einem Zulei­ tungssystem (2, 3) für Premix- und Pilotgas, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungssystem (3) für Pilotgas mit wenigstens zwei Pilotgasleitungen (9) verbunden ist, die außerhalb der Brennerwand angeordnet sind, an ihrem freien Ende entsprechend der gewählten Pilotgasströmungsrichtung nach innen gebogen sind und der der Verbrennungszone zugewandte Endbereich der Brennerwand von den Pilotgasleitungen (9) durchsetzt ist.

4. Brenner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nach innen gebogene Teil der Pilotgasleitung vor der Austrittsmündung des Pilot­ gases eine Querschnittsverengung (14) aufweist.

5. Brenner nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuleitungssystem (3) für das Pilotgas mit einer Ringleitung (8) über eine Verbindungsleitung (7) verbunden ist, von der eine vorgebbare Anzahl von Zuleitungen (9) für das Pilotgas wegführen.