Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb
einer Feuerungsanlage oder einer Brennkammer einer Gasturbo
gruppe gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Stand der Technik
Am Beispiel einer Brennkammer einer Gasturbogruppe, wie dies
beispielsweise aus DE-OS-28 36 539 hervorgeht, gelangt die von
einem Verdichter komprimierte Luft durch einen Luftkanal in
einen Zwischenraum, von wo ein Teil dieser komprimierten Luft
als Primärluft über einen Verbrennungslufteintritt in den
Brennraum der Brennkammer einströmt, während ein weiterer Teil
der komprimierten Luft als Kühlluft durch Kühllufteintritts
öffnungen in den Brennraum strömt. Bei einer solchen Konstel
lation, die für den Vollastbetrieb der Brennkammer ausgelegt
ist, ergibt sich bei jedem Teillastbetrieb der Brennkammer ein
Überschuß an Verdichterluft, welche die zugrundegelegte Stö
chiometrie im Flammbereich außer Kraft setzt. Im Leerlauf
herrscht ein Druck von ca. 3/4 des Vollastdruckes; die Druck
differenz verändert sich nach einem bestimmten Gradientenver
lauf mit dem Brennkammerdruck. Die hiervon entstehenden Nach
teile, insbesondere hinsichtlich Schadstoffemissionen oder
Flammenstabilität, sind evident. Zwar sind hiergegen verschie
dene Vorschläge bereits ergangen, die zum Ziel hatten, die
Luftmischung zwischen Leerlauf, Teillast und Vollast der
Gasturbogruppe zu regeln. Soweit ersichtlich umschreiben diese
Vorschläge Regelungseingriffe, die sich im Betrieb insbeson
dere einer Brennkammer einer Gasturbogruppe als zu aufwendig
erwiesen haben.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie
sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe
zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine
Regelung vorzuschlagen, welche brennkammerinhärent dafür
sorgt, daß es im Brennbereich der jeweiligen Anlage, entspre
chend dem dort vorherrschenden Lastbereich, zu keinem übermäßigen
Luftüberschuß kommt.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß
der vorherrschende Differenzdruck zwischen Brennraum und dem
stromab des Verdichters gelegenen Zuströmungskanal als Rege
lungsparameter dient. Sobald diese Regelung anspricht, wird
ein Teil des Verdichterluftmassenstromes direkt in die Brenn
kammer eingeleitet, d. h., der Verbrennungslufteintritt der
Brennkammer wird bygepaßt, wobei diese Einleitung eines Tei
les des Luftmassenstromes an einer stelle der Brennkammer ge
schieht, die stromab des eigentlichen Flammenbereiches liegt.
Diese Druckregelung, im Sinne einer Mischluftdüsenregelung für
den Brennraum, spricht invers zum Brennkammermanteldruck oder
zum absoluten Druck der Brennkammer an. Anstatt dem Brennkam
merdruck an irgend einer Stelle der Brennkammer abzunehmen,
kann eine strömungsmäßig aufgebaute und strömungsbedingte
Druckdifferenz als Signal dienen. Selbstverständlich wird man
die jeweilige Außentemperatur am Verdichtereintritt berück
sichtigen müssen, dies im Sinne einer Regelungskorrektur be
züglich des Druckparameters, denn die Liefermenge an Verdich
terluft aus dem Kompressor stellt eine konstante Größe dar.
Mit dieser Vorkehrung wird ein weiterer wesentlicher Vorteil
der Erfindung erzielt, der darin besteht, daß es zu einer
großen Flammenstabilität bei minimierten Schadstoffemissionen
kommt.
Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen
Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen ge
kennzeichnet.
Im folgenden wird anhand der einzigen Figur ein Ausführungs
beispiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel
bare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente
sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung des Mediums ist mit
Pfeilen angegeben.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die einzige Figur zeigt eine Brennkammer mit einer schemati
sierten Differenzdruckregelung.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Anwendbarkeit
Die einzige Figur zeigt eine typische Brennkammer 1, welche
zwischen dem Verdichteraustritt und dem Turbineneintritt ihre
Wirkung entfaltet. Bei der hier vorliegenden Brennkammer han
delt es sich um eine Gleichdruckbrennkammer, wobei von der
Ausgestaltung her ohne weiteres eine Ringbrennkammer zugrunde
gelegt werden kann, ohne dabei irgendwelche Einschränkung auf
die hier postulierte Differenzdruckregelung zu erhalten. Diese
Brennkammer weist nur seine typischen Elemente auf, die zu ih
rer Wirkungsweise unabdingbar sind. Zunächst strömt die ver
dichtete Luft 4 aus dem Verdichter über einen ringförmigen Ka
nal 2 zum Eintritt in die eigentliche Brennzone 5 der Brenn
kammer 1. Dieser Kanal 2 erstreckt sich in Längsrichtung der
Brennkammer 1 zwischen einer Außenhülle und einer Innenhülle
derselben. Vorteilhaft bei dieser Konfiguration ist die Mög
lichkeit, daß ein Teil der verdichteten Luft 2 zu Kühlzwecken
der Innenhülle herangezogen werden kann. Vorzugsweise sollen
zu diesem Zweck Vorkehrungen für eine Prallkühlung vorgesehen
werden, bei welcher der kapazitive Kühlungswirkungsgrad sehr
groß ist. Selbstverständlich eignet sich der Kanal 2 auch für
andere Kühlungsdispositive. Die verdichtete Luft 4 strömt dann
kopfseitig der Brennkammer 1 in einen Vorraum 9, an dessen
Ende vor dem eigentlichen Eintritt in die Brennkammer Mittel 7
wirken, welche ein intensiver Mischprozeß mit dem zugeführten
Brennstoff 6 bewerkstelligen. Die hier gezeigten Mittel 7 sind
Drallerzeuger, welche eine Wirbelbewegung auslösen, d. h. eine
Verwirbelung des sich dort bildenden Luft/Brennstoff-Gemi
sches, dies mit dem finalen Zweck, eine Intensivierung des Mi
schungsprozesses zwischen Brennstoff 6 und Luft 4 zu erhalten.
Selbstverständlich kann vor dem Eintritt der Brennkammer auch
eine Vormischzone oder ein entsprechender Vormischbrenner vor
gesehen werden, in welchen sich, insbesondere bei flüssigen
Brennstoffen, vor der Flammenbildung die Bereitstellung eines
homogenen Luft/Brennstoff-Gemisches erreichen läßt, was sich
äußerst positiv auf eine Minimierung der Schadstoffemissionen
niederschlägt. Weil eine Gasturboanlage nicht immer auf
Vollast fährt, müssen, wie eingangs erläutert, Vorkehrungen
getroffen werden, daß bei Teillast die Brennzone 5 nicht mit
zuviel Luft gespeist wird. Weil des weiteren der Druck bei
Leerlauf deutlich kleiner z. B. 3/4 desjenigen bei Vollast be
trägt, wird diese Ausgangslage dazu benutzt, die luftmäßige
Beherrschung dieser Zustande über eine Differenzdruckregelung
einzuleiten. Sobald die Gasturbogruppe auf Teillast geht, ent
steht zwischen Brennraum 5 und luftführendem Kanal 2 eine gut
aktivierbare Druckdifferenz, welche die Differenzdruckmittel 3
in Aktion treten läßt. Diese Mittel 3 reagieren auf den Dif
ferenzdruck insoweit, als sie aufmachen, in dem Sinne, daß
ein Teil der verdichteten Luft 4 direkt in den unteren Teil
des Brennraumes, in eine sogenannte Mischzone 10, oberhalb der
Ausgangsöffnung der Brennkammer 1, einströmen kann, worauf die
Flammenzone 5 durch einen schädlichen Luftüberschuß nicht
tangiert wird, d. h., im Grunde genommen wird diese Flammenzone
5 mit einem Teil der verdichteten Luft bypaßt, so daß die
Heißgase 9 eine Mischtemperatur aufweisen werden. Diese Mit
tel 3 bestehen vorzugsweise aus einem einfachen Federbalgsy
stem, das seinerseits vorzugsweise mit einem Rückschlagventil
gekoppelt ist. Bei entsprechendem Druck zwischen Brennraum 5
und luftführendem Kanal 2, z. B. bei Vollast, ist das Ventilsy
stem zu, so daß die ganze verdichtete Luft 4 dem Brennprozeß
in der Brennzone 5 zugeleitet wird. Beispielsweise bei Teil
last stellt sich eine Veränderung der Federlänge ein, welche
in die Öffnungsrichtung des Rückschlagventils zur Entfaltung
kommt. Je nach Öffnungsrichtung des Rückschlagventils gegen
über der Bypassöffnung zur Mischzone 10 greift eine entspre
chend gerichtete Kraft auf die vorgespannte Feder ein. Der
Differenzdruck bei Teillast muß nicht unbedingt aus der un
mittelbar vorherrschenden Druckdifferenz zwischen Brennraum
und dem ringförmigen Kanal 2 festgestellt werden, sondern er
kann als Signal bei einer strömungsbedingten Druckdifferenz an
anderer Stelle der Brennkammer 1 oder des Systems abgeleitet
werden, wobei bei einer solchen Konstellation zusätzliche Re
gelungshilfen vorgesehen werden müssen. Allgemein läßt sich
sagen, daß eine direkte druckabhängige Regelung sehr an
sprechfreudig ist, dergestalt, daß nur eine Bypassströmung
entsteht, wenn auch ein entsprechender Differenzdruck an un
mittelbarem Ort vorhanden ist, d. h. wenn die resultierende
Kraft aus diesem Differenzdruck die Vorspannkraft der Feder zu
überbrücken vermag.