DE69412572T2

DE69412572T2 - Hybridbrenner einer Gasturbine

Info

Publication number: DE69412572T2
Application number: DE69412572T
Authority: DE
Inventors: David Thomas Winter Park Florida 32792 Foss; Diane Marie Casselberry Florida 32707 Marshall
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1993-12-03
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1999-04-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: US5408825A; JPH07190372A; EP0656512A1; KR950019073A; DE69412572D1; CA2137200A1; EP0656512B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenbrennkammer zum Brennen von flüssigem und gasförmigem Brennstoff in Druckluft. Insbesonders bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine geringe NOx-Brennkammer mit der Fähigkeit, magere Mischungen von flüsigem und gasförmigem Brennstoffzu brennen.
In einer Gasturbine wird Brennstoff in Druckluft gebrannt, die von einem Kompressor in einer oder mehreren Brennkammern hergestellt wird. Solche Brennkammern hatten gewöhnlicherweise eine primäre Verbrennungszone, in der eine ungefähr stöchiometrische Mischung aus Brennstoff und Luft gebildet und in einem diffusionsartigen Verbrennungsprozess gebrannt wurde. Brennstoff wurde durch eine zentral angeordnete Brennstoffdüse in die primäre Verbrennungszone eingeführt. Wenn sie mit flüssigem Brennstoff arbeiteten, dann konnten solche Düsen Brennstoff in die Verbrennungsluft sprühen, so dass der Brennstoff atomisiert wurde, bevor er in die primäre Verbrennungszone eintrat. Zusätzliche Luft wurde in die Brennkammer stromab von der primären Verbrennungszone eingeführt, so dass das gesamte Brennstoff/Luftverhältnis beträchtlich geringer als stöchiometrisch war - d. h., mager. Dennoch wurde die Brennstoff/Luftmischung trotz der Benutzung von mageren Brennstoff/Luftmischungen leicht beim Anlass gezündet und eine gute Flammenstabilität wurde wegen des örtlich reicheren Wesens der Brennstoff/Luftmischung in der primären Verbrennungszone über einem weiten Bereich von Feuerungstemperaturen erreicht.
Leider ergab Benutzung von reichen Brennstoff/Luftmischungen in der primären Verbrennungszone sehr hohe Temperaturen. Solche hohen Temperaturen förderten die Bildung von Oxiden von Stickstoff ("NOx"), die als ein atmosphärischer Schadstoff angesehen werden. Es ist bekannt, dass Verbrennung bei mageren Brennstoff/Luftmischungen die NOx-Bildung verringert. Erreichen solcher Mischungen erfordert aber, dass der Brennstoff in der Verbrennungskammer weit verteilt und sehr gut gemischt wird. Dieses kann durch Vormischen des Brennstoffs in die Verbrennungsluft vor seiner Einführung in die Verbrennungszone vervollständigt werden.
In dem Fall von gasförmigem Brennstoff kann dieses Vormischen durch Einführen des Brennstoffs in primäre und sekundäre ringförmige Durchgänge vervollständigt werden, die den Brennstoff und die Luft vormischen und den vorgemischten Brennstoff dann jeweils in primäre und sekundäre Verbrennungszonen richten. Der gasförmige Brennstoff wird in diese primären und sekundären Vormischungsdurchgänge mit Benutzung von Brennstoffsprührohren eingeführt, die um die Peripherie von jedem Durchgang verteilt sind. Eine Brennkammer dieser Art wird in "Industrial RB211 Dry Low Emission Combustion" von J. Willis et al., American Society of Mechanical Engineers (Mai 1993) beschrieben.
Leider können solche Brennkammern nur mit gasförmigem Brennstoff arbeiten, da die Brennstoffsprührohre nicht angepasst sind, um flüssigen Brennstoff in die Brennkammer zu atomisieren. Sprühdüsen für flüssigen Brennstoff wie die, die in gewöhnlichen reich brennenden Brennkammern benutzt werden, sind bekannt. Ausreichendes Mischen des Brennstoffs und der Luft, um genügend magere Brennstoff/Luftverhältnisse zu erreichen, kann nicht dadurch erreicht werden, dass einfach eine solche Düse in den Vormischungsdurchgang eingebaut wird. Dieses ist deswegen, da solche Sprühdüsen für flüssigen Brennstoff den Brennstoff nicht vollständig atomisieren, was die Bildung von großen Brennstofftröpfchen und örtlich reiche Brennstoff/Luftmischungen ergibt. Das Dokument des Standes der Technik EP-A-0276696 beschreibt einen Hybridbrenner für eine Verbrennungsturbine, die mit Gas- oder Ölbrennstoff arbeitet. Der Brenner hat aber nicht die geringen Schadsstoffmerkmale der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung besteht aus einer Gasturbine (1), die einen Kompressorabschnitt (2) zum Herstellen von Druckluft (8) umfasst; eine Brennkammer (4) zum Erwärmen der Druckluft, wobei die Brennkammer eine Verbrennungszone (36, 37) hat, erste (40) und zweite (42) konzentrisch angeordnete zylindrische Auskleidungen, die wenigstens ein Teil (36) der Verbrennungszone umkreisen, wobei die erste Auskleidung die zweite Auskleidung umschließt und einen ringförmigen Durchgang (68) mit einem Durchgangsauslass dazwischen bildet, der zu der Verbrennungszone führt, und einen Durchgangseinlass in Strömungsverbindung mit dem Kompressorabschnitt, ein erstes Brennstoffeinführungsmittel (76) zum Einführen eines gasförmigen Brennstoffs (16''') in den ringförmigen Durchgang, wobei der gasförmige Brennstoff sich mit der Druckluft mischt und durch den Durchgangsauslass in die Verbrennungszone eintritt, und ein zweites Brennstoffeinführungsmittel (84, 96) zum Einführen eines flüssigen Brennstoffs (14") in den ringförmigen Durchgang, wobei der flüssige Brennstoff sich mit der Druckluft mischt und durch den Durchgangsauslass in die Verbrennungszone eintritt, wobei das zweite Brennstoffeinführungsmittel ein Mittel (84) umfasst, um den flüssigen Brennstoff (14") in einer Spruhung zu entlassen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Brennstoffeinführungsmittel ein Mittel (96) umfasst, um die flüssige Brennstoffsprühung vor der Einführung des flüssigen Brennstoffs in den ringförmigen Durchgang (68) auszudehnen.
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Gasturbine, die die Brennkammer der vorliegenden Erfindung benutzt.
Fig. 2 ist ein Längsquerschnitt durch den Verbrennungsabschnitt der in Fig. 1 gezeigten Gasturbine.
Fig. 3 ist ein Längsquerschnitt durch die in Fig. 2 gezeigte Brennkammer, wobei der Querschnitt durch die in Fig. 4 gezeigten Linien III-III ist.
Fig. 4 ist ein transversaler Querschnitt durch die in Fig. 3 gezeigten Linien IV-IV.
Fig. 5 ist eine Ansicht des in Fig. 3 und 4 gezeigten fächerförmigen Kanals und der Brennstoffsprühdüse entlang der in Fig. 4 gezeigten Linie V-V.
Fig. 6 ist eine isometrische Ansicht des in Fig. 5 gezeigten fächerförmigen Kanals. Wenn man auf die Zeichnungen Bezug nimmt, dann wird in Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer Gasturbine 1 gezeigt. Die Gasturbine 1 umfasst einen Kompressor 2, der über eine Welle 26 von einer Turbine 6 angetrieben wird. Umgebungsluft 12 wird in den Kompressor 2 gezogen und verdichtet. Die von dem Kompressor 2 hergestellte Druckluft 8 wird auf ein Verbrennungssystem gerichtet, das eine oder mehrere Brennkammern 4 einschließt, und eine Brennstoffdüse 18, die gasförmigen Brennstoff 16 und Ölbrennstoff 14 in die Brennkammer einführt. Wie üblich ist, kann der gasförmige Brennstoff 16 Naturgas sein, und der flüssige Brennstoff 14 kann Dieselöl Nr. 2 sein, obwohl auch andere gasförmige oder flüssige Brennstoffe benutzt werden könnten. Der Brennstoff wird in den Brennkammern 4 in der Druckluft 8 gebrannt, wobei ein heißes verdichtetes Gas 20 hergestellt wird.
Das von der Brennkammer 4 hergestellte heiße verdichtete Gas 20 wird auf die Turbine 6 gerichtet, wo es ausgedehnt wird, wobei eine Wellenpferdestärke hergestellt wird, um den Kompressor 2 anzutreiben, und auch eine Last wie einen elektrischen Generator 22. Das von der Turbine 6 hergestellte ausgedehnte Gas 24 wird abgelassen, entweder direkt zur Atmosphäre oder, in einer kombinierten Kreislaufanlage, zu einem Wärmewiedergewinnungsdampfgenerator und dann zur Atmosphäre.
Fig. 2 zeigt den Verbrennungsabschnitt der Gasturbine 1. Eine periphere Anordnung von Brennkammern 4, von denen nur eine gezeigt wird, wird von in Fig. 3 gezeigten Querflammenrohren 82 verbunden und in einer von einer Schale 22 gebildeten Kammer 7 angeordnet. Jede Brennkammer hat einen primären Abschnitt 30 und einen sekundären Abschnitt 32. Das von dem sekundären Abschnitt austretende heiße Gas 20 wird von einer Röhre 5 auf den Turbinenabschnitt 6 gerichtet. Der primäre Abschnitt 30 der Brennkammer 4 wird von einer Tragplatte 28 getragen. Die Tragplatte 28 ist an einem Zylinder 13 befestigt, der sich von der Schale 22 erstreckt und den primären Abschnitt 30 umschließt. Der sekundäre Abschritt 32 wird von acht Armen (nicht gezeigt) getragen, die sich von der Tragplatte 28 erstrecken. Getrenntes Tragen jeweils der primären und sekundären Abschnitte 30 und 32 verringert thermische Beanspruchungen wegen differentialer thermischer Ausdehnung.
Die Brennkammer 4 hat eine Verbrennungszone mit primären und sekundären Teilen. Wenn man auf Fig. 3 Bezug nimmt, dann ist das primäre Verbrennungszonenteil 36 der Verbrennungszone, in dem eine magere Mischung von Brennstoff und Luft gebrannt wird, in dem primären Abschnitt 30 der Brennkammer 4 angeordnet. Insbesonders wird die primäre Verbrennungszone 36 von einem zylindrischen inneren Auskleidungs(44)teil des primären Abschnitts 30 umschlossen. Die innere Auskleidung 44 wird von einer zylindrischen mittleren Auskleidung 42 umkreist, die ihrerseits von einer zylindrischen äußeren Auskleidung 40 umkreist wird. Die Auskleidungen 40, 42 und 44 sind konzentrisch um eine axiale Mittellinie 71 angeordnet, so dass ein innerer ringförmiger Durchgang 70 jeweils zwischen den inneren und mittleren Auskleidungen 44 und 42 gebildet wird, und ein äußerer ringförmiger Durchgang 68 jeweils zwischen den mittleren und äußeren Auskleidungen 44 und 42 gebildet wird. Querflammenrohre 82, von denen eine in Fig. 3 gezeigt wird, erstrecken sich durch die Auskleidungen 40, 42 und 44, und verbinden die primären Verbrennungszonen 36 von benachbarten Brennkammern 4, um Zündung zu ermöglichen.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist nach der vorliegenden Erfindung eine Zweibrennstoffdüse 18 zentral in dem primären Abschnitt 30 angeordnet. Die Brennstoffdüse 18 umfasst eine zylindrische äußere Hülse 48, die einen äußeren ringförmigen Durchgang 56 mit einer zylindrischen mittleren Hülse 49 bildet, und eine zylindrische innere Hülse 51, die einen inneren ringförmigen Durchgang 58 mit der mittleren Hülse 49 bildet. Ein Ölbrennstofflieferrohr 60 ist in der inneren Hülse 51 angeordnet und liefert Ölbrennstoff 14' an eine Ölbrennstoffsprühdüse 54. Der Ölbrennstoff 14' von der Sprühdüse 54 tritt über eine Ölbrennstoffentlassungsöffnung 52, die in der äußeren Hülse 48 gebildet ist, in die primäre Verbrennungszone 36 ein. Gasbrennstoff 16' strömt durch den äußeren ringförmigen Durchgang 56 und wird über eine Vielzahl von Gasbrennstofföfhnungen 50, die in der äußeren Hülse 48 gebildet sind, in die primäre Verbrennungzone 36 entlassen. Zusätzlich strömt Kühlluft 38 durch den inneren ringförmigen Durchgang 58.
Vormischen von gasförmigem Brennstoff 16" und Druckluft von dem Kompressor 2 für die primäre Verbrennungszone 36 wird von einem primären Vormischungsdurchgang vervollständigt, der in dem vorderen Ende des primären Abschnitts 30 gebildet ist. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, wird der primäre Vormischungsdurchgang von ersten und zweiten Durchgängen 90 und 92 gebildet, die die einkommende Luft in zwei Ströme 8' und 8" aufteilen. Der erste Durchgang 90 hat ein stromauf gehendes radiales Teil und ein stromab gehendes axiales Teil. Das stromauf gehende Teil des ersten Durchgangs 90 ist zwischen einem sich radial erstreckenden runden Flansch 88 und dem sich radial erstreckenden Teil einer Strömungsführung 46 gebildet. Das stromab gehende Teil ist zwischen der Strömungsführung 46 und der äußeren Hülse 48 der Brennstoffdüse 18 gebildet und wird von dem zweiten Durchgang 92 umkreist.
Der zweite Durchgang 92 hat auch ein stromauf gehendes radiales Teil und ein stromab gehendes axiales Teil. Das stromauf gehende Teil des zweiten Durchgangs 92 ist zwischen dem sich radial erstreckenden Teil der Strömungsführung 46 und einem sich radial erstreckenden Teil der inneren Auskleidung 44 gebildet. Das stromab gehende Teil des zweiten Durchgangs 92 ist zwischen dem axialen Teil der Strömungsführung 46 und einem sich axial erstreckenden Teil der inneren Auskleidung 44 gebildet, und wird von dem stromauf gehenden Teil des Durchgangs 92 umkreist. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist das stromauf gehende Teil des zweiten Durchgangs 92 axial stromab von dem stromauf gehende Teil des ersten Durchgangs 90 angeordnet, und das stromab gehende Teil des zweiten Durchgangs 92 umkreist das stromab gehende Teil des ersten Durchgangs 90. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, ist eine Anzahl von axial ausgerichteten, rohrförmigen primären Brennstoffsprühstiften 62 um die Peripherie des primären Vormischungsdurchgangs angeordnet, um sich durch die stromauf gehenden Teile der ersten und zweiten Durchgänge 90 und 92 zu erstrecken. Zwei Reihen von Gasbrennstoflbfinungen 64, von denen eine in Fig. 3 gezeigt wird, sind entlang der Länge von jedem der primären Brennstoffstifte 62 verteilt, um Gasbrennstoff 16" in die Luftströme 8' und 8" zu richten, die durch die Durchgänge 90 und 92 strömen. Die Gasbrennstoffentlassungsöffnungen 64 sind so ausgerichtet, dass sie den Gasbrennstoff 16" peripher in Richtungen im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn entlassen.
Wie auch in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, ist eine Anzahl von Wirbelblechen 85 und 86 um die Peripherie der stromauf gehenden Teile der Durchgänge 90 und 92 verteilt. In der bevorzugten Ausführungsform ist ein Wirbelblech zwischen jedem der primären Brennstoffstifte 62 angeordnet. Wie in Fig. 4 gezeigt wird, geben die Wirbelbleche 85 eine Drehung gegen den Uhrzeigersinn (wenn in die Richtung der axialen Strömung geschaut wird) an den Luftstrom 8' ab, während die Wirbelbleche 86 eine Drehung im Uhrzeigersinn an den Luftstrom 8" abgeben. Die von den Blechen 85 und 86 an die Luftströme 8' und 8" abgegebene Wirbelung hilft dabei, eine gute Mischung zwischen dem Gasbrennstoff 16" und der Luft sicherzustellen, wobei örtlich brennstoffreiche Mischungen und die zugeordneten hohen Temperaturen beseitigt werden, die NOx- Erzeugung erhöhen.
Wie in Fig. 3 gezeigt wird, ist das sekundäre Verbrennungszonenteil 37 der Verbrennungszone in einer Auskleidung 45 in dem sekundären Abschnitt 32 der Brennkammer 2 gebildet. Der äußere ringförmige Durchgang 68 entlässt in die sekundäre Verbrennungszone 3 7 und bildet nach der vorliegenden Erfindung einen Vormischungsdurchgang für flüssigen und gasförmigen Brennstoff für die sekundäre Verbrennungszone. Der Durchgang 68 definiert eine Mittellinie, die mit der axialen Mittellinie 71 zusammenfällt. Ein Teil 8''' der Druckluft 8 von dem Kompressorabschnitt 2 strömt in den Durchgang 68.
Eine Anzahl von radial ausgerichteten sekundären Gasbrennstoffsprühstiften 76 ist peripher um den sekundären Vormischungsdurchgang 68 verteilt. Die sekundären Gasbrennstoffstifte 76 werden mit Brennstoff 16''' von einer sich peripher erstreckenden Rohrleitung 74 beliefert. Sich axial erstreckende Brennstofflieferungsrohre 73 richten den Brennstoff 16''' zu der Rohrleitung 74. Zwei Reihen von Gasbrennstoffentlassungsöffnungen 78 sind entlang der Länge von jeder der sekundären Brennstoffstifte 76 verteilt, um Gasbrennstoff 16" in den sekundären Luftstrom 8''' zu richten, der durch den sekundären Vormischungsdurchgang 68 strömt. Wie am besten in Fig. 4 gezeigt wird, sind die Gasbrennstoffentlassungsöffnungen 78 so ausgerichtet, um den Gasbrennstoff 16''' peripher in die Richtung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu entlassen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird der sekundäre Vormischungskanal 68 auch benutzt, um Vormischen von flüssigem Brennstoff 14" und der Druckluft 8''' zu liefern. Wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird, wird dieses Vormischen von sechs Sprühdüsen 84 für flüssigen Brennstoff vervollständigt, die peripher um die Mittellinie 71 angeordnet sind, obwohl einer höhere oder tiefere Anzahl von Sprühdüsen für flüssigen Brennstoff auch benutzt werden könnte. Jede Sprühdüse 84 wird mit flüssigem Brennstoff 14" von einem sich axial erstreckenden Brennstoffrohr 72 beliefert, das auch benutzt werden kann, um die Wirbelbleche 85 und 86 zu tragen, wie in Fig. 3 und 4 gezeigt wird.
In der bevorzugten Ausführungsform hat jede der Sprühdüsen 84 eine Öffnung 59, in Fig. 5 gezeigt, die verursacht, dass sie eine flache Sprühung 53 von flüssigem Brennstoff 14" entlässt. Solche Düsen sind von Parker-Hannifin aus Andover, Ohio erhältlich. Das Sprühen des flüssigen Brennstoffs 14" in dieser Weise schafft einen bestimmten Grad der Atomisierung, die bei dem Mischen des Brennstoffs und der Luft hilft. Wie in Fig. 3 gezeigt wird, sind die Sprühdüsen 84 so ausgerichtet, dass die Brennstoffsprühung 53 in den sekundären Vormischungsdurchgang 68 entlang einer Linie 88 gerichtet wird, die mit einem Winkel A zu der Mittellinie 71 des Durchgangs -- das heißt, mit einem Winkel A zu der Strömungsrichtung der Druckluft 8''' angeordnet ist, um weitere Mischung des flüssigen Brennstoffs 14" und Luft 8''' zu fördern. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Winkel A ungefähr 60º.
Nach einem wichtigen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung sind die Sprühdüsen 84 für flüssigen Brennstoff in fächerförmigen Kanälen 96 angeordnet, die am besten in Fig. 5 und 6 gezeigt werden. Die sechs Kanäle 96 sind in einer peripheren Anordnung um die Mittellinie 71 angeordnet. Zusätzlich erstrecken sich die Kanäle 96 in die radial nach außen und axial stromab gehenden Richtungen, so dass sie wie die flüssige Brennstoffsprühung 53 mit dem Winkel A zu der Mittellinie 71 ausgerichtet sind.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, sind die Kanäle 96 von Seitenwänden 100 und 101 gebildet, und auch von Vorder- und Hinterwänden 102 und 103. Die vier Wände von jedem Kanal 96 laufen an einem Teil 97 des Kanals zusammen, der im folgenden seine "Spitze" genannt wird. Ein Auslass 98 ist gegenüber der Spitze 97 gebildet und verbindet sich mit dem sekundären ringförmigen Durchgang 68, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Wenn man zu Fig. 6 zurückkehrt, dann sind die Seitenwände 100 und 101 mit einem schrägen Winkel zueinander angeordnet, so dass der Kanal sich in der peripheren Richtung von der Spitze 97 zu dem Auslass 98 ausdehnt. Zusätzlich sind jeweils die Vorder- und Hinterwände mit einem spitzen Winkel zueinander ausgerichtet, so dass der Kanal sich auch von der Spitze 97 zu dem Auslass 98 in die axiale Richtung ausdehnt. So dehnen sich die Kanäle in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in zwei Richtungen von der Spitze 97 zu dem Auslass 98 aus.
Jede Sprühdüse 84 für flüssigen Brennstoff ist in dem Spitzenteil 97 von ihrem Kanal 96 angeordnet und ist so ausgerichtet, um die Brennstoffsprühung 53 auf den Kanalauslass 98 zu richten. Als Ergebnis der Ausdehnung in dem Strömungsgebiet des Kanals 96 von der Spitze 97 zu dem Auslass 98 macht die flüssige Brennstoffsprühung 53 auf ihrem Weg zu dem sekundären Vormischungsdurchgang 68 auch eine Ausdehnung durch. Diese Ausdehung hilft dabei, den flüssigen Brennstoff 14" weiter in der Verbrennungsluft 8''' zu atomisieren. Als Ergebnis dieser Ausdehung in Verbindung mit der peripheren Anordnung von Sprühdüsen 84 wird der flüssige Brennstoff 14" in den sekundären Vormischungsdurchgang 68 in einer gut atomisierten Form eingeführt, die relativ gleichförmig um die Peripherie des Durchgangs verteilt ist. Die Länge des zweiten Vormischungsdurchgangs 68 gestattet, dass der atomisierte Brennstoff 14" und die Luft 8''' gut in dem Durchgang gemischt werden, so dass ein mageres BrennstofffLuftverhältnis in der sekundären Verbrennungszone 37 geschaffen wird, wobei die Bildung von NOx minimiert wird.
Während des Gasbrennstoffbetriebs wird anfänglich eine Flamme in der primären Verbrennungszone 36 durch Einführung von Gasbrennstoff 16' über die mittlere Brennstoffdüse 18 etabliert. Da eine sich erhöhende Last auf die Turbine 6 höhere Feuerungstemperauren erfordert, wird zusätzlicher Brennstoff durch Einführen von Gasbrennstoff 16" über die primären Brennstoffstifte 62 zugegeben. Da die primären Breennstoffstifte 62 eine viel bessere Verteilung des Brennstoffs in der Luft ergeben, stellen sie eine magerere Brennstoff/Luftmischung als die mittlere Düse 18 her, und daher geringeres NOx. So kann, wenn Zündung in der primären Verbrennungszone etabliert ist, der Brennstoff zu der mittleren Düse 18 abgeschaltet werden. Weiterer Bedarf an Brennstoffströmung über denjenigen hinaus, der von den primären Brennstoffstiften 62 geliefert wird, kann dann durch Liefern von zusätzlichem Brennstoff 16" ' über die sekundären Brennstoffstifte 76 befriedigt werden.
Während des flüssigen Brennstoftbetriebs wird eine Flamme anfänglich in der primären. Verbrennungszone 36 durch die Einführung von flüssigem Brennstoff 14' über die mittlere Brennstoffdüse 18 etabliert, wie in dem Fall des gasförmigen Brennstoftbetriebs. Zusätzlicher Brennstoff wird durch Einführen von flüssigem Brennstoff 14" in die sekundäre Verbrennungszone 37 über den sekundären Vormischungsdurchgang 68 zugegeben. Da die Benutzung der verteilten Sprühdüsen 84 für Brennstoff und die fächerförmigen Kanäle 96 eine viel bessere Verteilung des Brennstoffs in der Luft als die mittlere Düse 18 ergibt, stellt die Verbrennung des flüssigen Brennstoffs 14", der durch den sekundären Vormischungsdurchgang 68 eingeführt wird, eine magerere Brennstoff/Luftmischung und daher geringeren NOx als die Verbrennung des Brennstoffs 14' durch die mittlere Düse 18 her. So braucht der Brennstoff 14' zu der mittleren Düse 18 nicht weiterhin erhöht werden, wenn die Zündung etabliert ist, da der Bedarf an einer zusätzlichen Breiinstoffströmung durch Liefern von Brennstoff 14" zu den Sprühdüsen 84 befriedigt werden kann.
Da die Sprühdüsen 84 für flüssigen Brennstoff in eine relativ nahen Nähe zu der primaren Verbrennungszone 36 sind, ist es wichtig, die Düsen abzukühlen, um Verkoken des flüssigen Brennstoffs 14" zu verhindern. Nach der vorliegenden Erfindung wird dieses dadurch vervollständigt, indem eine Anzahl von Löchern 94 in dem sich radial erstreckenden Teil der inneren Auskleidung 44 gebildet wird, wie in Fig. 3 gezeigt wird. Diese Löcher 94 gestatten, dass ein Teil 66 der Druckluft 8 von dem Kompressorabschnitt 2 in den ringförmigen Durchgang 70 eintritt, der zwischen der inneren Auskleidung 44 und der mittleren Auskleidung 42 gebildet ist.
Eine ungefähr zylindrische Leitwand 80 ist an dem Auslass des Durchgangs 70 angeordnet und erstreckt sich zwischen der inneren Auskleidung 44 und der mittleren Auskleidung 42. Eine Anzahl von Löchern ist um die Peripherie der Leitwand 80 verteilt, und sie teilen die Kühlluft 66 in eine Anzahl von Strahlen auf, die auf die äußere Oberfläche der inneren Auskleidung 44 treffen, sie dabei abkühlen. Die Luft 66 strömt so durch den Durchgang 70 und entlässt sich in die sekundäre Verbrennungszone 37. Beim Durchführen hiervon strömt die Luft über die Brennstoffrohre 72 für flüssigen Brennstoff und die Kanäle 96, was die Erwärmung der flüssigen Sprühdüsen 84 minimiert.

Claims

1. Gasturbine (1), die einen Kompressorabschnitt (2) zum Herstellen von Druckluft (8) umfasst; eine Brennkammer (4) zum Erwärmen der Druckluft, wobei die Brennkammer eine Verbrennungszone (36, 37) hat, erste (40) und zweite (42) konzentrisch angeordnete zylindrische Auskleidungen, die wenigstens ein Teil (36) der Verbrennungszone umkreisen, wobei die erste Auskleidung die zweite Auskleidung umschließt und einen ringförmigen Durchgang (68) mit einem Durchgangsauslass dazwischen bildet, der zu der Verbrennungszone führt, und einen Durchgangseinlass in Strömungsverbindung mit dem Kompressorabschnitt, ein erstes Brennstoffeinführungsmittel (76) zum Einführen eines gasförmigen Brennstoffs (16''') in den ringförmigen Durchgang, wobei der gasförmige Brennstoff sich mit der Druckluft mischt und durch den Durchgangsauslass in die Verbrennungszone eintritt, und ein zweites Brennstoffeinführungsmittel (84, 96) zum Einführen eines flüssigen Brennstoffs (14") in den ringförmigen Durchgang, wobei der flüssige Brennstoff sich mit der Druckluft mischt und durch den Durchgangsauslass in die Verbrennungszone eintritt, wobei das zweite Brennstoffeinführungsmittel ein Mittel (84) umfasst, um den flüssigen Brennstoff (14") in einer Sprühung zu entlassen, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Brennstoffeinführungsmittel ein Mittel (96) umfasst, um die flüssige Brennstoffsprühung vor der Einführung des flüssigen Brennstoffs in den ringförmigen Durchgang (68) auszudehnen.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, in der das Sprühungsausdehnungsmittel einen Kanal (96) mit einem ersten Teil (97) umfasst, in dem das Mittel (84) zum Entlassen des flüssigen Brennstoffs in einer Sprühung (53) angeordnet ist, und ein zweites Teil (98), das mit dem ringförmigen Durchgang (68) verbunden ist.

3. Gasturbine nach Anspruch 2, in der der Kanal (96) sich von dem ersten Teil (97) zu dem zweiten Teil (98) ausdehnt.

4. Gasturbine nach Anspruch 3, in der die Ausdehnung in den Kanal von dem ersten Teil (97) zu dem zweiten Teil (98) in zwei Richtungen auftritt.

5. Gasturbine nach Anspruch 2, in der der Kanal (96) fächerförmig ist.

6. Gasturbine nach Anspruch 5, in der der fächerförmige Kanal (96) eine Spitze hat, die das erste Teil (97) bildet.

7. Gasturbine nach Anspruch 2, in der der ringförmige Durchgang (68) eine Mittellinie (71) davon definiert, und in der der Kanal ein Mittel hat, um die ausgedehnte flüssige Brennstoffsprühung (53) in den ringförmigen Durchgang mit einem Winkel zu der Mittellinie zu richten.

8. Gasturbine nach Anspruch 1, in der das flüssige Brennstoffentlassungssprühmittel ein Mittel (84) umfasst, um den flüssigen Brennstoff in einer im wesentlichen flachen Sprühung zu entlassen.

9. Gasturbine nach Anspruch 1, in der die Brennkammer (4) eine dritte Auskleidung (44) hat, die wenigstens ein Teil (36) der Verbrennungszone umschließt, wobei die zweite Auskleidung (42) die dritte Auskleidung umschließt; und das zweite Brennstoffeinführungsmittel (84, 96) ein Teil davon zwischen den zweiten und dritten Auskleidungen angeordnet hat.

10. Gasturbine nach Anspruch 9, in der die Brennkammer (4) weiterhin ein Mittel (94) umfasst, um Kühlluft (66) auf das zweite Brennstoffeinführungsmittel (84, 96) zu richten.

11. Gasturbine nach Anspruch 10, in der die zweiten (42) und dritten (44) Auskleidungen einen zweiten ringförmigen Durchgang (70) dazwischen bilden; und das Mittel zum Richten von Kühlluft auf das zweite Brennstoffeinführungsmittel (84, 96) ein Mittel (66) umfasst, um den zweiten ringförmigen Durchgang in Strömungsverbindung mit dem Kompressorabschnitt (2) zu bringen, wobei ein Teil (66) der Druckluft (8) von dem Kompressorabschnitt auf das zweite Brennstoffeinführungsmittel gerichtet wird.

12. Gasturbine nach Anspruch 1, in der: das Teil der Verbrennungszone, das von den ersten (40) und zweiten (42) Auskleidungen umkreist wird, eine primäre Verbrennungszone (36) bildet; die Verbrennungszone ein anderes Teil hat, das eine sekundäre Verbrennungszone (37) bildet, der Durchgangs(68)auslass in die sekundäre Verbrennungszone führt; und die Brennkammer (4) weiterhin ein drittes Brennstoffeinführungsmittel (12) umfasst, um einen flüssigen Brennstoff (14') in die primäre Verbrennungszone einzuführen.