DE69223126T2 - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

Gasturbinenbrennkammer

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    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf die Minimierung von NOx Erzeugung in Gasturbinen-Brennkammern und sie betrifft insbesondere die Verringerung von NOx Emissionen, indem ein kleiner Teil von Verbrennungsluft stromaufwärts von dem Vormischerabschnitt der Brenukammer in die Brennstoffleitungen gemischt wird. Das Dokument Patent Abstracts von Japan, Vol 14, Nr. 198 (M-965), 23. April 1990, beschreibt einen Gasturbinenbrenner, bei dem ein kleiner Teil der Verbrennungsluft stromaufwärts von der Brenukammer in die Brennstoffleitung vorgemischt wird.
  • Kohlenwasserstoffe werden in weitem Umfang als Brennstoffe in Gasturbinenbrennern verwendet. Aufgrund seiner geplanten, weitverbreiteten Verfügbarkeit ist Erdgas ein besonders attraktiver Brennstoff für stationäre Krafterzeugungssysteme. Jedoch führen die Emissionen von der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen zu vielen Umweltproblemen, wie beispielsweise saurem Regen, Ozonverarmung und dem "Treibhaus"-Effekt. Nebenprodukte der Verbrennung, die die Atmosphäre verschmutzen, müssen minimiert werden als Teil eines wachsenden Interesses für die Qualität der Umgebung. Oxide von Stickstoff (NOx) sind besonders unerwünschte Nebenprodukte.
  • Während der Verbrennung wird NOx teilweise durch Reaktionen gebildet, die zwischen Atomen von atmosphärischem Stickstoff und Sauerstoff auftreten. Aufgrund der hohen Aktivierungsenergie dieser Reaktionen ist die NOx Bildung nicht signifikant bei Temperaturen unter etwa 1800 K bis 1900 K. Das Erfordernis hoher Temperaturen hat zu einer Wasser- oder Dampfinjektion für die NOx Steuerung in konventionellen (nicht vorgemischten) Brennern geführt. Bei dieser Lösung absorbiert das injizierte Wasser oder der Dampf Wärme, senkt die Spitzentemperaturen unter den Schwellenwert für die NOx Bildung und verringert so die NOx Bildung. Jedoch ist diese Lösung teuer in bezug auf Wasser oder Dampf, kann Korrosion bewirken und kann die Emissionswerte von Kohlenmonoxid erhöhen. Eine andere übliche Lösung, das Injizieren von thermischem Denox (deNOx) auf Ammoniakbasis in die Abgasströmung, minimiert NOx, aber dieses Verfahren ist sehr teuer in bezug auf Kapitalausrüstung und Prozessammoniak.
  • Die magere vorgemischte Verbrennung von gasförmigen Kohlewasserstoffen ist eine attraktive Lösung, weil sie eine relativ saubere Verbrennung bietet ohne das Erfordernis für eine Nachverbrennungsbehandlung der Abgase. Üblicherweise wird eine magere vorgemischte Verbrennung erreicht durch Vormischen von Brennstoff und Luft unmittelbar stromaufwärts von der Flammenstabilisierung (in einem Abschnitt der Brennkammer, der Vormischerabschnitt genannt wird), um ein Gemisch auf der mageren Seite des stöchiometrischen Verhältnisses zu bilden. Die Wirkung der Vormischung besteht darin, die Temperatur, bei der das Gemisch brennt, zu senken und hoffentlich zu minimieren, wodurch die NOx Erzeugung verringert wird, die temperaturempfindlich ist. Allgemein gilt, je magerer das Gemisch, desto kleiner wird die Verbrennungstemperatur sein.
  • Die Vormischerabschnitte von Brennkammern, die in der Industrie verwendet werden, erreichen üblicherweise kein vollständiges Mischen des gasförmigen Brennstoffes und der Luft, wodurch höhere Werte von NOx entstehen. Es sind Bemühungen versucht worden, die "Vermischtheit" von Brennstoff und Luft in dem Vormischer zu verbessern, indem Geometrien und Strömungsmuster verändert wurden. Praktische Konstruktionen sind jedoch eingeschränkt durch Faktoren, wie zulässige Druckabfallgrenzen und räumliche Begrenzungen. Trotz Verbesserungen in Vormischerkonstruktionen besteht im allgemeinen ein gewisses unvollständiges Mischen. Unvollständiges Mischen führt zu Ungleichförmigkeiten und Fluktuationen in Brennstoffkonzentrationswerten während einer mageren vorgemischten Verbrennung. Derartige Ungleichförmigkeiten und Fluktuationen bewirken eine erhöhte NOx Erzeugung, weil die NOx Erzeugung nicht-linear mit der Brennstoffkonzentration zunimmt.
  • Beispielsweise fügt eine Fluktuation oberhalb der durchschnittlichen Brennstoffkonzentration mehr NOx hinzu als eine gleiche Fluktuation unterhalb der durchschnittlichen Brennstoffkonzentration wegnimmt. Die resultierende Wirkung ist, daß Fluktuationen mehr NOx er zeugen als wenn die Verbrennung bei einer konstanten Brennstoffkonzentration durchgeführt würde. In ähnlicher Weise tragen ungleichförmige mittlere Profile zu mehr NOx bei.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, NOx Emissionen zu verringern, indem Fluktuationen und Ungleichförmigkeiten in den Brennstoffkonzentrationswerten von Brennstoff/Luft-Verbrennungsgemischen minimiert werden.
  • Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, NOx Emissionen in einer mageren vorgemischten Verbrennung zu verringern, indem ein kleiner Teil der Luft mit dem Brennstoff stromaufwärts von der Vormischstufe gemischt wird.
  • Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine NOx Verringerung in einer mageren vorgemischten Verbrennung zu schaffen, die unabhängig von der Brennkammerkonstruktion ist und keine größere Umgestaltung der Brennkammer erfordert.
  • Gemäß einen ersten Aspekt der Erfindung wird eine Gasturbineneinrichtung geschaffen enthaltend eine Brennkammer mit einen Verbrennungsabschnitt und einem Vormischabschnitt stromaufwärts von dem Verbrennungsabschnitt und getrennt von dem Verbrennungsabschnitt durch einen Flammstabilisierer; einen Lufteinlaß und eine Brennstoffleitung, wobei der Vormischabschnitt erste und zweite Einlässe aufweist und die Brennstoffleitung mit dem ersten Einlaß und der Lufteinlaß mit dem zweiten Einlaß verbunden sind; und eine Einrichtung zum Ableiten eines Teils der Lufteinströmung von dem Lufteinlaß und zum Injizieren der Luft in die Brennstoffleitung stromaufwärts von dem Vormischabschnitt, wodurch vor der Injektion in den Vormischabschnitt der Brennkammer Luft mit Brennstoff gemischt wird, um die Erzeugung von NOx zu verkleinem.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Verringern von NOx Emissionen aus einer Gasturbinen-Brennkammer mit einem Vormischabschnitt, in den vorgemischter Brennstoff und Luft und verbleibende Luft für eine weitere Mischung injiziert werden, dadurch gekennzeichnet, daß etwa eins bis zehn Prozent der gesamten Luftmenge in den Brennstoff vorgemischt werden vor einer Injektion des Brennstoffes in den Vormischerabschnitt.
  • Somit verwendet die Erfindung ein Verfahren, das als "Vorsprung-Teilvormischen" bezeichnet wird. Vorsprung (head start)-Teilvormischen verringert NOx Emissionswerte von einer Gasturbinen-Brennkammer, indem ein kleiner Teil von Luft (üblicherweise etwa eins bis zehn Prozent der gesamten Verbrennungsluftversorgung) vor der Injektion in die Brennkammer in die Brennstoffleitung gemischt wird. Obwohl eine nichtvormischende Brennkammer möglich ist, stellt die Erfindung vorzugsweise eine Gasturbineneinrichtung bereit, die eine Brennkammer mit einem Vormischerabschnitt zum Mischen von Brennstoff und Luft aufweist. Eine Brennstoffleitung ist mit einem ersten Einlaß für eine Zufuhr von Brennstoff in den Vormischerabschnitt verbunden, und eine Quelle für Luft ist mit einem zweiten Einlaß des Vormischerabschnittes verbunden. Eine Einrichtung zum Injizieren von Luft in die Brennstoffleitung stromaufwärts von dem Vormischerabschnitt weist eine Einrichtung auf zum Ableiten eines kleinen Teils der Luft von der Luftquelle zu der Brennstoffleitung.
  • Die Erfindung ist mit jeder Brennkammer verwendbar, die ein nicht perfektes Mischen hat, unabhängig von ihrer Konstruktion. Weiterhin erfordert die Erfindung keine teuren Abwandlungen der Brennkammer. Die Erfindung stellt kein Sicherheitsproblem dar, weil das Vorsprung-Teilvormischen relativ weit stromaufwärts von der Brennkammer auftritt und das Brennstoff/Luft-Gemisch in der Brennstoffleitung sehr fett (jenseits der Entflammbarkeitsgrenze) gehalten wird und deshalb nicht brennbar ist.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird nun mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • Figur 1 eine schematische Ansicht von einer üblichen Brennkammer mit vorgemischter Verbrennung ist;
  • Figur 2 eine schematische Ansicht von der Brennkammer gemäß der Erfindung ist;
  • Figur 3 ein Kurvenbild ist und experimentelle mitt lere Brennstoffkonzentrationen vergleicht;
  • Figur 4 ein Kurvenbild ist, das experimentelle "Unvermischtheits"-Werte vergleicht; und
  • Figur 5 ein Kurvenbild ist, das experimentelle NOx Emissionswerte vergleicht.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung basiert auf dem Konzept, daß ein Mischen eines kleinen Teils der Luft mit Brennstoff vor der Injektion in den Vormischabschnitt von einer Brenukammer die NOx Erzeugung minimiert, indem Fluktuationen und Ungleichförmigkeiten in dem resultierenden mittleren Brennstoffkonzentrationswert des Gemisches des Vormischerabschnittes gesenkt werden. Die hinter diesem Konzept stehende Theorie wird dadurch aufgezeigt, daß eine typische Vormisch-Brennkammer mit der Brennkammer gemäß der Erfindung verglichen wird.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung von einer üblichen Brennkammer 10 zum Ausführen einer mageren vorgemischten Verbrennung. Die Brennkammer 10 hat einen Vormischerabschnitt 11, wo injizierter Brennstoff und Luft gemischt werden, und einen Verbrennungsabschnitt 12, wo das Brennstoff/Luft-Gemisch verbrannt wird. Ein Flammstabilisierer 13 trennt die Verbrennungs- und Vormischerabschnitte. Zwei Eingangsöffnungen 14 und 15 bilden Einlässe zu dem Vormischerabschnitt 11. Diese Öffnungen können in irgendeiner bekannten Weise konfiguriert sein. Eine Brennstoffleitung 16 ist mit der zweiten Eingangsöffnung 15 verbunden, um dem Vormischerabschnitt Brennstoff zuzuführen. Eine zweite Leitung 17 ist mit der ersten Eingangsöffnung 14 verbunden. Die zweite Leitung 17 liefert Luft an den Vormischerabschnitt 11 durch die erste Eingangsöffnung.
  • Die volumetrische Brennstoffkonzentration von einer Strömung, die durch die erste Eingangsöffnung 14 geliefert wird, ist durch C&sub1; gegeben, und die volumetrische Brennstoffkonzentration von einer Strömung, die durch die zweite Eingangs-ffnung 15 geliefert wird, ist durch C&sub2; gegeben. Da die Strömung durch die erste Eingangsöffnung 14 vollständig Luft ist und die Strömung durch die zweite Eingangsöffnung vollständig Brennstoff ist, ist C&sub1; = 0 und C&sub2; = 1. Die resultierende mittlere Brennstoffkonzentration des Gemisches der zwei Strömungen ist durch C gegeben, wobei
  • C&sub1; ≤ C ≤ C&sub2;.
  • Die maximale Abweichung (Varianz) ²max in der resutierenden mittleren Brennstoffkonzentration C des Gemisches des Vormischerabschnitts ist gegeben durch:
  • ²max (C&sub2; - C) (C - C&sub1;). (1)
  • Die Varianz ist eine Anzeige für die Größe der Fluktuationen in der Brennstoff-Luft-Konzentration. Als ein Beispiel sei ein Verbrennungsprozeß betrachtet, wo der Brennstoff Methan ist. Für Methan ist die mittlere Nettobrennstoffkonzentration gegeben durch:
  • wobei φ das Brennstoff-Luft-Äquivalenzverhältnis ist. Für den Fall, wo das Brennstoff-Luft-Äquivalenzverhältnis 0,5 beträgt, wird C etwa 0,05 betragen und die Lösung von Gleichung 1 ergibt ²max = 0,0475.
  • In Figur 2 ist die Brennkammer 20 gemäß der Erfindung schematisch gezeigt. Wie die Brennkammer 10 gemäß Figur 1 hat die Brennkammer 20 einen Vormischerabschnitt 21, wo injizierter Brennstoff und Luft gemischt werden, und einen Verbrennungsabschnitt 22, wo das Brennstoff/Luft-Gemisch verbrannt wird. Ein Flammstabilisierer 23 trennt die Verbrennungs- und Vormischerabschnitte. Zwei Eingangsöffnungen 24 und 25 bilden Einlässe zu dem Vormischerabschnitt 21. Eine Brennstoffleitung 26 ist mit der zweiten Eingangsöffnung 25 verbunden, um dem Vormischerabschnitt Brennstoff zuzuführen. Eine zweite Leitung 27 ist mit der ersten Eingangsöffnung 24 verbunden. Die zweite Leitung 27 ist in zwei Zweige 28 und 29 geteilt. Der erste Zweig 28 liefert einen kleinen Prozentsatz X von der gesamten Luft aus der Leitung 27 zu der Brennstoffleitung 26, wodurch der kleine Luftanteil mit dem Brennstoff vor der Injektion in den Vormischerabschnitt 21 gemischt wird. Der Rest der Luft aus der Leitung 27 wird dem Vormischerabschnitt direkt zugeführt über den zweiten Zweig 29, der mit der ersten Eingangsöffnung 24 verbunden ist.
  • Es wird nun wieder das obige Beispiel des Verbrennens von Methan bei einem Brennstoff-Luft-Äquivalenzverhältnis von 0,5 betrachtet, wobei ein Vorsprung-Vormischen in der Brennkammer 20 verwendet wird. Es sei angenommen, daß das Luftvolumen, das von der zweiten Leitung 27 zu der Brennstoffleitung 26 abgeleitet wird, fünf Prozent der Gesamtmenge beträgt. Nun ist die Strömung durch die erste Eingangsöffnung 24 weiterhin vollständig Luft, aber die Strömung durch die zweite Eingangsöffnung ist ein Gemisch von Brennstoff und Luft. Da für ein Äquivalenzverhältnis von 0,5 die mittlere Nettobrennstoffkonzentration C etwa 0,05 beträgt, ist das Gemisch von Brennstoff und Luft, das durch die zweite Eingangsöffnung 25 injiziert wird, halb Brennstoff und halb Luft. Somit sind C&sub1; = 0 und C&sub2; = 0,5 und Gleichung 1 ergibt nun ²max = 0,0225. Aus diesem Vergleich kann gesehen werden, daß das Vorsprung-Teilvormischen die maximale Varianz um mehr als 50 Prozent gesenkt hat, was bedeutet, daß Fluktuationen und Ungleichförmigkeiten vermindert worden sind.
  • Die Luftmenge, die in die Brennstoffleitung injiziert wird, ist teilweise durch Sicherheitsüberlegungen eingeschränkt. Idealerweise wird möglichst viel Luft hinzugefügt, da mehr Luft den Wert der Brennstoffkonzentration C&sub2; durch die zweite Eingangszöffnung senkt, und die maximal mögliche Varianz steht in direkter Beziehung zu dem Wert von C&sub2;. Jedoch muß das Brennstoff/Luft-Gemisch in der Brennstoffleitung 26 sehr fett gehalten werden, jenseits seiner Entflammbarkeitsgrenze, oder anderenfalls konnte in der Brennstoffleitung eine Verbrennung auftreten; das Hinzufügen von zu viel Luft zu der Brennstoffleitung könnte ein entflammbares Gemisch erzeugen. Andere Überlegungen enthalten praktische Aspekte der Systemkonstruktion, wie beispielsweise erforderliche Änderungen in Brennstoffleitungen und Brennstoffinjektoren und irgendeine zusätzliche Luftkompression, die vor dem Injizieren abgeleiteter Luft in die Brennstoffleitung erforderlich ist. Im allgemeinen wird eine Menge in dem Bereich von etwa eins bis 10 Prozent der gesamten Luftmenge für praktikabel gehalten.
  • Der erste Zweig 28 sollte so angeordnet sein, daß der kleine Teil von Luft in die Brennstoffleitung 26 an einem Punkt weit stromaufwärts von der Brennkammer 20 injiziert wird. Der Abstand von der Brennkammer hilft nicht nur eine Verbrennung in der Brennstoffleitung zu verhindern, sondern die wesentliche Strecke, die das Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Brennstoffleitung wandern muß, hat auch ein inniges Mischen zur Folge.
  • Figuren 3 - 5 zeigen die Ergebnisse von Experimenten, die ausgeführt wurden, um das Konzept der Erfindung zu testen. Ein erstes Experiment wurde mit einer Vorrichtung im Labor-Maßstab ausgeführt, die aus einer Vormischerröhre und einer Verbrennungsröhre besteht, die an entsprechenden Enden miteinander verbunden sind. Ein zentraler Strahl war koaxial in dem entfernten Ende von dem Vormischerrohr angeordnet. Eine Zufuhr von Luft zu dem Vormischerrohr war an einem Punkt stromaufwärts von dem zentralen Strahl vorgesehen. Die Verbindungsstelle der zwei Röhren diente als der Flammstabilisierungsort. Während des Betriebs wurden die mittleren und fluktuierenden Brennstoffkonzentrationen an der Ausgangsebene von dem Vormischer gemessen, und NOx Emissionsdaten wurden mit einem Beckman NOx Analysierer genommen, der stromabwärts in dem Verbrennungsrohr angeordnet war.
  • Es wurden zwei Verbrennungsprozesse durchgeführt. In beiden Fällen wurde Methan für den Brennstoff verwendet, und das Äquivalenzverhältnis betrug 0,5. In der ersten Versuchsreihe wurde Methan durch den zentralen Strahl injiziert, und in dem Vormischerrohr wurde eine Luftströmung geleifert. Als nächstes wurden fünf Volumenprozent der Luftströmung von dem Vormischerrohr in den Strahl abgeleitet. Der zentrale Strahl war dann im wesentlichen ein 50-50 Gemisch von Luft und Methan. Dies stellt das Vorsprung-Teilvormischkonzept gemäß der Erfindung dar. Für eine Referenz wurden Daten gesammelt, die einen im wesentlichen perfekt gemischten Fall darstellen. (Es sei darauf hingewiesen, daß die Labortechnik, die zum Erzeugen der idealen Vormischdaten verwendet wurde, in einer tatsächlichen Gasturbineneinrichtung nicht realisiert werden konnten.) In den Figuren 3 - 5 entsprechen Kreise Daten für den idealen vorgemischten Fall, Quadrate entsprechen Daten von der ersten Versuchsreihe und Dreiecke entsprechen Daten aus der Versuchsreihe, die das Vorsprung-Teilvormischen verwendet.
  • Figur 3 zeigt eine Kurvendarstellung, in der die volumetrische mittlere Brennstoffkonzentration ab Ende der Vormischerröhre über dem radialen Abstand z von der Längsachse der Vormischerröhre darstellt, dimensionslos gemacht durch den Durchmesser der Vormischerröhre Dp. Das Konzentrationsprofil, wo ein Brennstoff/Luft-Gemisch durch den Mittelstrahl injiziert wurde, war gleichförmiger und näher an dem gemischten Idealfall als das Konzentrationsprofil, wo nur Brennstoff durch den Mittelstrahl injiziert wurde.
  • Figur 4 zeigt ein Kurvenbild, in dem der "Unvermischtheits"-Wert über dem radialen Abstand z von der Längsachse der Vormischerröhre aufgetragen ist, dimensionslos gemacht durch den Durchmesser der Vormischerröhre Dp. Der "Unvermischtheits"-Wert ist definiert als die Varianz der Brennstoff-Luft-Konzentration, dimensionslos gemacht durch den Wert (1-C)C. (Es sei darauf hingewiesen, daß der am stärksten ungemischte Fall derjenige ist, daß die Varianz gleich (1-C)C ist. Deshalb würde eine Unvermischtheit von 1 dem stärksten ungemischten Fall entsprechen, und eine Unvermischtheit von 0 würde dem am stärksten gemischten Fall entsprechen.) Das Kurvenbild zeigt, daß die Verbrennungsreihe unter Verwendung des Vorsprung-Teilvormischens einen kleineren Unvermischtheitswert hatte als die Verbrennung ohne Vorsprung-Teilvormischen.
  • Figur 5 stellt in einem Kurvenbild die NOx Erzeugung in Teilen pro Millionen über der radialen Sondenposition Zp dar, dimensionslos gemacht durch den Durchmesser der Verbrennungsröhre Dc. Hier zeigt das Kurvenbild, daß die Verwendung des Vorsprung-Teilvormischens für eine wesentliche Verbesserung bei den NOx Emissionen sorgt.
  • Ein zweites Testverfahren wurde mit einer Einbecher-Brennkammer wahrer Größe durchgeführt. Der verwendete Brennstoff war Erdgas; das Luft-Brennstoff-Massenverhältnis betrug etwa 1 (Volumenverhältnis von etwa 0,56), entsprechend einer Ableitung von etwa zwei Prozent der Verbrennungsluftströmung. Die Ergebnisse zeigten, daß Verkleinerungen der NOx Emissionen von etwa 20 - 25 Prozent von einem Anfangswert von 30 Teilen pro Million möglich waren.
  • Vorstehend wurde die Verringerung der NOx Erzeugung in Gasturbinen-Brennkammern beschrieben, indem ein kleiner Teil der Luft vor der Injektion in den Vormischerabschnitt der Brennkammer in die Brennstoffversorgung injiziert wird. Die Erfindung kann ohne signifikante Modifikation an der Brennkammer implementiert werden und ist unabhängig von der Brennkammerkonstruktion verwendbar.

Claims (3)

1. Gasturbineneinrichtung enthaltend eine Brennkammer (20) mit einem Verbrennungsabschnitt (22) und einem Vormischabschnitt (21) stromaufwärts von dem Verbren nungsabschnitt und getrennt von dem Verbrennungsabschnitt durch einen Flammstabilisierer (13, 23), einen Lufteinlaß (27) und eine Brennstoffleitung (26), wobei der Vormischabschnitt erste und zweite Einlässe (25, 24) aufweist und die Brennstoffleitung (26) mit dem ersten Einlaß (25) und der Lufteinlaß (27) mit dem zweiten Einlaß (24) verbunden sind, und
eine Einrichtung (28) zum Ableiten eines Teils der Lufteinströmung von dem Lufteinlaß (27) und zum Injizieren der Luft in die Brennstoffleitung (26) stromaufwärts von dem Vormischabschnitt (21), wodurch vor der Injektion in den Vormischabschnitt der Brennkammer Luft mit Brennstoff gemischt wird, um die Erzeugung von NOx zu verkleinern.
2. Gasturbineneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinströmung erste und zweite Zweige (28, 29) aufweist, wobei der erste Zweig die Injektionseinrichtung (28) ist, die zwischen dem Lufteinlaß (27) und der Brennstoffleitung (26) verbunden ist zum Injizieren eines Teils der Luft aus dem Lufteinlaß (27) in die Brennstoffleitung (26), und
der zweite Zweig (29) mit dem zweiten Einlaß (24) verbunden ist zum Liefern des verbleibenden Teils der Luft aus dem Lufteinlaß (27) in den zweiten Einlaß (24) des Vormischabschnittes.
3. Verfahren zum Verringern von NOx Emissionen aus einer Gasturbineneinrichtung nach Anspruch 1, in die vorgemischter Brennstoff und Luft (26) und verbleibende Luft (27) für eine weitere Mischung injiziert werden, wobei etwa eins bis zehn Prozent der gesamten Luftmenge in den Brennstoff vorgemischt werden vor einer Injektion des Brennstoffes in den Vormischabschnitt (21).
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NO (1) NO302540B1 (de)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5518395A (en) * 1993-04-30 1996-05-21 General Electric Company Entrainment fuel nozzle for partial premixing of gaseous fuel and air to reduce emissions
US5572862A (en) * 1993-07-07 1996-11-12 Mowill Rolf Jan Convectively cooled, single stage, fully premixed fuel/air combustor for gas turbine engine modules
DE4412315B4 (de) * 1994-04-11 2005-12-15 Alstom Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben der Brennkammer einer Gasturbine
EP1199454A3 (de) * 1998-05-08 2003-01-22 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Steuersystem für das Brennstoffverteilungssystem einer Gasturbine
US6253538B1 (en) 1999-09-27 2001-07-03 Pratt & Whitney Canada Corp. Variable premix-lean burn combustor
US6609380B2 (en) * 2001-12-28 2003-08-26 General Electric Company Liquid fuel nozzle apparatus with passive protective purge
NO20070649L (no) * 2007-02-05 2008-08-06 Ntnu Technology Transfer As Gassturbin
US8171716B2 (en) * 2007-08-28 2012-05-08 General Electric Company System and method for fuel and air mixing in a gas turbine
US9140454B2 (en) * 2009-01-23 2015-09-22 General Electric Company Bundled multi-tube nozzle for a turbomachine
US8539773B2 (en) * 2009-02-04 2013-09-24 General Electric Company Premixed direct injection nozzle for highly reactive fuels
US9086018B2 (en) 2010-04-23 2015-07-21 Hamilton Sundstrand Corporation Starting a gas turbine engine to maintain a dwelling speed after light-off
US11015808B2 (en) 2011-12-13 2021-05-25 General Electric Company Aerodynamically enhanced premixer with purge slots for reduced emissions
US9267690B2 (en) 2012-05-29 2016-02-23 General Electric Company Turbomachine combustor nozzle including a monolithic nozzle component and method of forming the same
CN105157060A (zh) * 2014-05-30 2015-12-16 胡晋青 一种透平燃烧室

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3743258A (en) * 1971-11-03 1973-07-03 F Florentine Fuel converter
DE2246625C3 (de) * 1972-09-22 1982-02-18 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Kraftstoffzumeßanlage
US3940460A (en) * 1974-02-14 1976-02-24 Graybill Clinton L Air-valve type carburetor
JPS5248732A (en) * 1975-10-15 1977-04-19 Toyota Motor Corp Exhaust gas purification device of an internal combustion engine
US4090485A (en) * 1977-03-28 1978-05-23 Antonio LaCreta Fuel systems for internal combustion engines
US4223615A (en) * 1978-08-07 1980-09-23 Kvb, Inc. Low nox coal burner
US4320731A (en) * 1980-01-04 1982-03-23 Ford Motor Company Carburetor air bleed control system
US4835962A (en) * 1986-07-11 1989-06-06 Avco Corporation Fuel atomization apparatus for gas turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
NO302540B1 (no) 1998-03-16
NO924975D0 (no) 1992-12-22
DE69223126D1 (de) 1997-12-18
KR100304392B1 (ko) 2001-11-30
CN1044516C (zh) 1999-08-04
NO924975L (no) 1993-06-24
JPH05248261A (ja) 1993-09-24
US5247797A (en) 1993-09-28
EP0549191B1 (de) 1997-11-12
CN1075189A (zh) 1993-08-11
EP0549191A1 (de) 1993-06-30
KR930013444A (ko) 1993-07-21
JP3348111B2 (ja) 2002-11-20

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