DE69517611T2 - Mittel zur Minderung der unverbrannten Werkstoffen in einer Gasturbinenbrennkammer - Google Patents
Mittel zur Minderung der unverbrannten Werkstoffen in einer GasturbinenbrennkammerInfo
- Publication number
- DE69517611T2 DE69517611T2 DE69517611T DE69517611T DE69517611T2 DE 69517611 T2 DE69517611 T2 DE 69517611T2 DE 69517611 T DE69517611 T DE 69517611T DE 69517611 T DE69517611 T DE 69517611T DE 69517611 T2 DE69517611 T2 DE 69517611T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- flow
- dilution
- combustion chamber
- cooling air
- gases
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims description 38
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 79
- 238000010790 dilution Methods 0.000 claims description 78
- 239000012895 dilution Substances 0.000 claims description 78
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 48
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 claims description 38
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 24
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 15
- 238000010791 quenching Methods 0.000 claims description 11
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 9
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 42
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 29
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 description 29
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 21
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 2
- 239000000809 air pollutant Substances 0.000 description 1
- 231100001243 air pollutant Toxicity 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
- F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
- F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
- F23R3/04—Air inlet arrangements
- F23R3/045—Air inlet arrangements using pipes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Description
- Die Erfindung bezieht sich auf Brennkammern für Turbinen und insbesondere auf Einrichtungen und Verfahren zum Verringern von Luftverschmutzungen, wie beispielsweise NOx, CO und unverbrannte Kohlenwasserstoffe aus dem Verbrennungsprozess.
- In einem Typ von einem trockenen NOx-armen Brenner bzw. Brennkammer für eine Gasturbine ist ein Brennkammerkörper vorgesehen, der mehrere primäre Brennstoffdüsen, die um eine zentrale sekundäre Brennstoffdüse an dem einen Ende von dem Brennkammerkörper angeordnet sind, eine Venturi-Anordnung stromabwärts von den Düsen, eine Verbrennungsauskleidung, die ein Reaktionsvolumen bildet, eine Verdünnungsebene für den Eintritt von Verdünnungsluft und eine Kühlluftströmung aufweist, die um die Venturi-Wände angeordnet ist, um die Venturi-Anordnung zu kühlen, wobei die Kühlluft in das Reaktionsvolumen der Brennkammer stromabwärts von der Venturi-Anordnung strömt. Weiterhin sind häufig Verdünnungslöcher in der Auskleidung der Brennkammer in einer Verdünnungszone angeordnet zu dem Zweck, das Gastemperaturprofil zu formen, das das Verbrennungssystem verlässt, und einen Bereich für eine CO Verbrennung zu bilden. In dem Reaktionsvolumen der Brennkammer reagiert Kohlenstoff-Monoxid (CO), - ein unerwünschtes Verschmutzungsmittel und eine Emission aus den Gasturbinen-Verbrennungssystem, bei hoher Temperatur mit Luft in dem System, um Kohlenstoff-Dioxid (CO&sub2;) zu bilden. Beispielsweise reagiert CO zu CO&sub2; bei einer Temperatur oberhalb etwa 980ºC (1800ºF), aber im allgemeinen nicht unter dieser Temperatur. Üblicherweise strömen die heißen Verbrennungsgase in axialer Richtung in der Brennkammer in einer Kernströmung, die eine Temperatur von etwa 1315ºC (2400ºF) erreicht. Somit tritt die Reaktion von CO nach CO&sub2; in der Kernströmung als ein natürliches Ergebnis ihrer erhöhten Temperatur auf.
- Üblicherweise wird Verdichterausgangsluft als eine Quelle von Kühlluft für die Brennkammer und auch für die Verdünnungsluftströmung verwendet und hat eine Brennkammer-Einlasstemperatur von etwa 316ºC-371ºC (600-700ºF). Die Kühlluft zum Kühlen der Wände der Venturi-Anordnung um den Flammhalter herum strömt üblicherweise in die Verbrennungsauskleidung in Form einer ringförmigen Strömung. Infolgedessen gibt es einen ringförmigen Bereich mit einer relativ kälteren Luftströmung um die zentral angeordnete Kernströmung der heißen Verbrennungsgase herum, wenn die Gase in Richtung auf die Düse der ersten Stufe strömen. Darüber hinaus senkt zwar die eingelassene Kühlluft, die durch Verdünnungslöcher oder -öffnungen in der Brennkammerauskleidung eingelassen wird, in vorteilhafter Weise die Ausgangstemperatur der Brennkammer, aber sie verbleibt üblicherweise in den kälteren Bereichen der Strömung, ohne sich mit den eine höhere Temperatur aufweisenden Gasen der Strömung vollständig zu mischen. Infolgedessen gibt es Bereiche oder Streifen in dem Reaktionsvolumen, wo die Kühl- und/oder Verdünnungsluft einen Strömungsbereich mit einer unzureichenden Temperatur bildet, damit das Kohlenstoff-Monoxid mit dem Sauerstoff in der Gasströmung reagiert, um die wünschenswerteren Kohlenstoffdioxid-Emissionen zu bilden. Kurz gesagt, gibt es ein Abkühlen (Löschen) der CO-zu-CO&sub2;-Reaktionen in der kälteren Strömung, weil das CO in diesem kälteres Gas führenden Strömungsbereich oder -streifen nicht die erhöhte Temperatur erreicht, die notwendig ist, damit die Reaktion auftritt.
- GB-A-2003989 zeigt ein gekühltes Lufteinlassrohr für einen Gasturbinenbrenner, der Verbrennungsluft zu der primären Zone von einer Gasturbine-Brennkammer richtet, eine abgestufte Konfiguration hat, die durch eine verkürzte Wand gebildet wird, die im Abstand außen von der stromabwärts gerichteten Wand von dem Hauptluft-Einlassrohr angeordnet ist, um einen Schlitz zu bilden, um eine Luftschicht über die nach innen vorstehende stromabwärtige Wand des Rohrs zu richten, um diesen Abschnitt und den verwundbaren stromabwärtigen Rand von dem Rohr vor ei nem Kontakt mit den heißen Gasen in der Brennkammer zu schützen.
- Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Brennkammer für eine Turbine geschaffen, enthaltend einen Brennkammerkörper und eine Düse zum Liefern von Brennstoff in den Brennkammerkörper, wobei der Brennkammerkörper eine Brennkammerauskleidung stromabwärts von der Brennstoffdüse aufweist, die ein Reaktionsvolumen bildet zum Einschließen einer im allgemeinen axial verlaufenden Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen, wobei das Reaktionsvolumen erste und zweite Reaktionszonen und eine Verdünnungszone dazwischen aufweist und die erste Reaktionszone stromaufwärts von der Verdünnungszone angeordnet ist zum Einschließen einer ringförmigen Strömung von relativ ungemischter Kühlluft und der Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen, mehrere Strömungshülsen, die an auf dem Umfang im Abstand angeordneten Stellen um die Auskleidung herum angeordnet sind und sich von der Auskleidung nach innen in das Reaktionsvolumen erstrecken, wobei die Hülsen axial entlang der Auskleidung angeordnet sind, um Verdünnungsluft in die Verdünnungszone und die Kernströmung abzugeben, um CO zu CO&sub2; Reaktionen zu erleichtern und dadurch CO Emissionen zu verringern, wobei die zweite Reaktionszone stromabwärts von der Verdünnungszone angeordnet ist zum ausreichenden Mischen der Kühlluft und der Verdünnungsluft mit der Kernströmung, um ein Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen im wesentlichen zu verhindern.
- Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Verringern von CO Emissionen aus einer Brennkammer von einer Turbine mit einem Brennkammerkörper geschaffen, der eine Brennkammerauskleidung, die ein Reaktionsvolumen mit ersten und zweiten Reaktionszonen und einer Verdünnungszone dazwischen aufweist, und eine Düse enthält zum Liefern von Brennstoff in den Brennkammerkörper, wobei das Verfahren die Schritte enthält: Liefern einer im allgemeinen ringförmigen Strömung von Kühlluft, die eine Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen umgibt, in die erste Reaktionszone stromaufwärts von der Verdünnungszone, wobei die ringförmige Kühlluftströmung und die Kernströmung von heißen Gasen relativ ungemischt sind; und Liefern von Verdünnungsluft in das Reaktionsvolumen und direkt in die Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen; Mischen der Kühlluft und der Verdünnungsluft mit der Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen in der zweiten Reaktionszone stromabwärts von der Verdünnungszone und Erhöhen der Temperatur der gemischten Kühlluft, der Verdünnungsluft und der Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen durch das Mischen, um ein Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen in der Strömung heißer Gase im wesentlichen zu verhindern.
- Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine stumpfe bzw. steile Verdünnungsluft-Körperhülse vorgesehen, die die Auskleidung nach innen durchdringt, um eine Verdünnungsluftströmung in die heißen Kernverbrennungsgase zu liefern und die auch eine strömungsmäßige Verwirbelung in die stromabwärtige Schleppe der stumpfen Körperhülse einführt, wodurch die Verdünnungsluft und die Kühlluft gut mit den heißen Verbrennungsgasen gemischt werden, um ein Abkühlen der CO zu CO&sub2; Reaktionen zu verhindern. Um den vorgenannten Vorgang zu erreichen, kann ein Brenner bzw. Brennkammer einen Brennkammerkörper mit Brennstoffdüsen an dem einen Ende des Körpers, eine Venturi- Anordnung zum Ausbilden einer Flamme und eine Auskleidung aufweisen, die ein Reaktionsvolumen und eine Verdünnungsebene stromabwärts von der Venturi-Anordnung bildet, um Verdünnungsluft in die heißen Verbrennungsgase einzuführen. Die Verdünnungsluft wird durch Hülsen eingelassen, die von der Auskleidung nach innen vorstehen, so dass die die Hülsen verlassende Verdünnungsluft den Kernbereich von heißen Verbrennungsgasen durchdringt. Auf diese Weise wird Verdünnungsluft mit den heißen Verbrennungsgasen innig gemischt. Die Mischung erhält somit eine ausreichend hohe Temperatur, um zu ermöglichen, dass die CO zu CO&sub2; Reaktionen auftreten. Das heißt, die kühlende Verdünnungsluft wird in das Reaktionsvolumen eingelassen, so dass ih re Temperatur durch den Mischvorgang ausreichend erhöht ist, um ein Löschen der CO zu CO&sub2; Reaktionen zu verhindern. Zusätzlich strömt die Kühlluft aus der Venturi-Anordnung um die Verdünnungsluft-Einlasshülsen herum und bildet Wirbel stromabwärts von den Hülsen. Diese Wirbel verbessern das Mischen der Kühlluft mit den heißen Verbrennungsgasen. Auf diese Weise sind Temperaturabstufungen in Querrichtung und innerhalb des Reaktionsvolumens minimiert, und die Temperatur der gemischten heißen Verbrennungsgase und der Kühlluft ist ausreichend hoch, damit die CO zu CO&sub2; Reaktionen weitergehen.
- Genauer gesagt, kann das Reaktionsvolumen innerhalb des Brennkammerkörpers dadurch charakterisiert werden, dass es erste und zweite Reaktionszonen aufweist, die durch die Verdünnungszone getrennt sind. In der ersten Reaktionszone stromaufwärts von der Verdünnungszone strömt ein Kern von heißen Verbrennungsgasen, die von einer kälteren ringförmigen Schicht von Kühlluft im wesentlichen umgeben sind, wobei der Kern von heißen Gasen und die Kühlluft relativ ungemischt sind. In der zweiten Reaktionszone stromabwärts von der Verdünnungszone ist das Mischen im wesentlichen innig und vollständig als eine Folge der Strömung von Verdünnungsluft durch die durchdringenden Hülsen direkt in die heißen Verbrennungsgase des Kerns und der Steilkörpereffekte der Hülsen selbst, die stromabwärtige Wirbel erzeugen. Somit wird ein primäres Mischen der ringförmigen Strömung von Kühlluft und der Verdünnungsluft durch die Wirbel und das Durchdringen der Verdünnungsluft in die Kernströmung der Verbrennungsgase herbeigeführt. In beiden Fällen hemmt und minimiert diese innige Mischwirkung die Bildung von kälteren Zonen innerhalb der Strömung, die anderenfalls niedrigere Temperaturen haben könnten als die Temperatur, die notwendig ist, damit die CO zu CO&sub2; Reaktionen auftreten können.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Brennkammer bzw. ein Brenner für eine Turbine geschaffen, die einen Brennkammerkörper, eine Düse zum Liefern von Brenn stoff in den Brennkammerkörper, wobei der Brennkammerkörper eine Verbrennungsauskleidung stromabwärts von der Brennstoffdüse aufweist, die ein Reaktionsvolumen zum Einschließen einer im allgemeinen axial verlaufenden Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen aufweist, und wenigstens eine Strömungshülse enthält, die sich von der Auskleidung nach innen in das Reaktionsvolumen erstreckt zum Liefern von Verdünnungsluft in die Kernströmung hinein, um dadurch CO zu CO&sub2; Reaktionen zu erleichtern und dadurch CO Emissionen zu minimieren.
- Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird für eine Brennkammer bzw. einen Brenner für eine Turbine mit einem Brennkammerkörper, der eine ein Reaktionsvolumen bildende Brennkammerauskleidung aufweist, und eine Düse zum Liefern von Brennstoff an den Brennkammerkörper hat, ein Verfahren geschaffen zum Verringern von CO Emissionen aus der Verbrennung innerhalb der Brennkammer, wobei die Schritte enthalten sind, dass Verdünnungsluft in das Reaktionsvolumen eingeführt und die Verdünnungsluft mit einer Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen in dem Reaktionsvolumen ausreichend gemischt wird, um die Temperatur der Verdünnungsluft zu erhöhen, um ein Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen in der Strömung der heißen Gase im wesentlichen zu verhindern.
- Demgemäß ist es eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, für eine Gasturbine Einrichtungen und Verfahren zu schaffen, um das Mischen von Kühlluft, Verdünnungsluft und heißen Verbrennungsgasen zu verbessern, um ein Abkühlen bzw. Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen zu verhindern und dadurch verbesserte Emissionswerte für die Turbine zu erzielen.
- Es wird nun ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, lediglich als Beispiel, anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung von einer Brennkammer ist, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist; und
- Fig. 2 eine Querschnittsansicht davon ist, die allgemein entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 gemacht ist.
- Es wird nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine trockene, NOX arme Brennkammer bzw. ein Brenner dargestellt ist, der allgemein mit 10 bezeichnet und gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Brennkammer 10 weist einen Brennkammerkörper 12 auf, der eine Auskleidung 14, primäre und sekundäre Brennstoffdüsen 16 bzw. 18, eine Venturi-Anordnung 20 und ein Reaktionsvolumen 22 innerhalb der Venturi-Anordnung 20 und der Auskleidung 14 hat. Es wird deutlich, dass den Düsen Brennstoff zugeführt wird und heiße Verbrennungsgase innerhalb des Reaktionsvolumens erzeugt werden für eine Strömung im allgemeinen axial stromabwärts und in die erste Stufe einer Turbine, die nicht gezeigt ist.
- Entlang der außenseitigen Wand von der Venturi-Anordnung 20 ist Kühlluft vorgesehen. Die Kühlluft wird von dem Ausgang eines Verdichters, nicht gezeigt, zugeführt und strömt in einem Ringraum um die Venturi-Anordnung 20 herum für eine Strömung in das Reaktionsvolumen in einer im allgemeinen ringförmigen Konfiguration neben den Wänden des Brennkammerkörpers 12 und der Auskleidung 14. Ein Teil der Verdichterausgangsluft wird zum Zuführen von Verdünnungsluft in eine Verdünnungsebene oder - zone in dem Reaktionsvolumen verwendet. Die Verdünnungsebene wird durch Verdünnungslufteinlässe, d. h. Hülsen, gebildet, auf deren gegenüberliegenden Seiten sich eine erste Reaktionszone 24 stromaufwärts von der Verdünnungsebene und eine zweite Reaktionszone 26 stromabwärts von der Verdünnungsebene befindet. Im allgemeinen weist die erste Reaktionszone in dem Reaktionsvolumen 22 stromaufwärts von der Verdünnungsebene einen Hochtemperaturkern von heißen Verbrennungsgasen und eine relativ kältere umgebende Ringströmung von Kühlluft aus der Venturi-Anordnung 20 auf. Diese zwei Strömungen, die zwar bis zu einem gewissen Grad gemischt sind, sind nicht genügend gemischt, um Tempera turgradienten und kalte Streifen in dieser ersten Reaktionszone zu vermeiden, die CO zu CO&sub2; Reaktionen hemmen.
- Die zweite Reaktionszone 26 stromabwärts von der Verdünnungsebene weist im allgemeinen sehr innig gemischte heiße Verbrennungsgase auf, und die Kühlluft strömt von der Venturi- Anordnung und dem Verdünnungslufteinlass zum Reaktionsvolumen. Da die Strömungen in der zweiten Reaktionszone stromabwärts von der Verdünnungszone innig gemischt sind, sind Temperaturgradienten in der Strömung in dieser Zone minimiert. Somit haben irgendwelche relativ kälteren Bereiche oder Streifen, die in den gemischten Gasen in der zweiten Reaktionszone auftreten können, im allgemeinen ausreichende Temperaturen, um ein Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen zu verhindern.
- Um die Kühlluftströmung aus der Venturi-Anordnung 20 und die Verdünnungsluftströmung mit den heißen Verbrennungsgasen in dem Reaktionsvolumen 22 innig zu mischen, sind, in diesem Ausführungsbeispiel, Einlasshülsen 28 für die Verdünnungsluftströmung vorgesehen. Die Hülsen 28 ermöglichen eine Durchdringung der Verdünnungsluft nach innen in Richtung auf die Mittelachse der Brennkammer für eine wesentliche Strecke, die ausreicht, um ein direktes Mischen mit der Verdünnungsluft und den heißen Kerngasen bei einer Mischtemperatur zu gestatten, die ausreichend erhöht ist, um ein Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen zu verhindern. Um dies zu erreichen, ragen die Hülsen 28 vorzugsweise für eine Strecke radial nach innen, so dass die Auslässe der Hülsen 28 neben Grenzen der heißen Kerngasströmung liegen und somit ermöglicht wird, dass sich die Verdünnungsluft innig mit den heißen, axial strömenden Kernverbrennungsgasen der Brennkammer mischen. Das heißt, die Verdünnungsluft wird daran gehindert, direkt neben den Wänden der Auskleidung in einer relativ kälteren Zone stromabwärts zu strömen. Es sei darauf hingewiesen, dass zwar drei im allgemeinen radial nach innen gerichtete zylindrische Hülsen dargestellt sind, die an in Umfangsrichtung im Abstand angeordneten Stellen um den Umfang des Brennkammerkörpers herum angeordnet sind, aber es kann eine größere oder kleinere Anzahl von Hülsen 28 vorgesehen sein, vorzugsweise an in gleichen Abständen um den Umfang des Brennkammerkörpers herum angeordneten Stellen, um Luft in die Verdünnungsebene zuzuführen. Die Hülsen 28 haben vorzugsweise einen zylindrischen Querschnitt, aber sie können auch mit anderen Querschnittskonfigurationen geformt sein. Sie können auch so gerichtet sein, dass die ankommende Verdünnungsluftströmung durch die Hülsen in Umfangsrichtung gerichtete und/oder axiale Komponenten haben kann. Ferner können die Hülsen an axial im Abstand angeordneten Stellen angeordnet sein, um eine breitere Verdünnungsebene zu bilden.
- Es wird deutlich, dass die Hülsen 28 einen steilen Körper in einer aerodynamischen Strömung bilden. Bekanntlich bilden zylindrische steile Körper in Querströmung Vorrkarman- Wirbelschichten in der stromabwärtigen Schleppe des Körpers. Diese Wirbel sind bei 30 dargestellt. Als eine Folge wird die im allgemeinen ringförmige Kühlströmung, die durch die Hülsen 28 entlang der Wand des Brennkammerkörpers hindurchtritt, innig gemischt mit den heißen Verbrennungsgasen stromabwärts von den Hülsen durch die Wechselwirkung der Wirbel und der heißen Strömung von Verbrennungsgasen.
- Es wird deshalb deutlich, dass die hier beschriebenen, radial durchdringenden Hülsen zum Zuführen von Verdünnungsluft in die Verdünnungsebene für ein inniges Mischen von sowohl der Kühl- als auch Verdünnungsluftströme mit den heißen Verbrennungsgasen sorgen, wodurch eine größere Gleichförmigkeit der Temperatur in den gemischten heißen Gasen in der zweiten Reaktionszone stromabwärts von der Verdünnungsebene erzielt wird, die in Richtung auf die Düse der ersten Stufe der Turbine strömen. Durch das innige Mischen der Kühlluftströmung und der Verdünnungsluftströmung mit den heißen Verbrennungsgasen werden kalte Streifen in der Strömung minimiert, und die Temperatur der innig gemischten Gase ist ausreichend und gleichförmig hoch, um ein Ab kühlen bzw. Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen im wesentlichen zu verhindern, wodurch CO Emissionen minimiert oder eliminiert werden.
- Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit dem beschrieben, was gegenwärtig als das praktischste und am stärksten bevorzugte Ausführungsbeispiel betrachtet wird, es sollte aber verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen oder äquivalente Anordnungen einschließen soll, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Claims (8)
1. Brennkammer (10) für eine Turbine, enthaltend:
einen Brennkammerkörper (12) und
eine Düse (18) zum Liefern von Brennstoff in den
Brennkammerkörper (12), wobei der Brennkammerkörper (12)
eine Brennkammerauskleidung (14) stromabwärts von der
Brennstoffdüse (18) aufweist, die ein Reaktionsvolumen
(22) bildet zum Einschließen einer im allgemeinen axial
verlaufenden Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen,
wobei das Reaktionsvolumen erste (24) und zweite (26)
Reaktionszonen und eine Verdünnungszone dazwischen
aufweist und die erste Reaktionszone (24) stromaufwärts
von der Verdünnungszone angeordnet ist zum Einschließen
einer ringförmigen Strömung von relativ ungemischter
Kühlluft und der Kernströmung von heißen
Verbrennungsgasen,
mehrere Strömungshülsen (28), die an auf dem Umfang im
Abstand angeordneten Stellen um die Auskleidung (14)
herum angeordnet sind und sich von der Auskleidung (14)
nach innen in das Reaktionsvolumen (22) erstrecken,
wobei die Hülsen (28) axial entlang der Auskleidung (14)
angeordnet sind, um Verdünnungsluft in die
Verdünnungszone und die Kernströmung abzugeben, um CO zu CO&sub2;
Reaktionen zu erleichtern und dadurch CO Emissionen zu
verringern, wobei die zweite Reaktionszone (26)
stromabwärts von der Verdünnungszone angeordnet ist zum
ausreichenden Mischen der Kühlluft und der Verdünnungsluft
mit der Kernströmung, um ein Löschen von CO zu CO&sub2;
Reaktionen im wesentlichen zu verhindern.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, wobei jede Hülse (28) in
die Reaktionszone hineinragt, um eine strömungsmäßige
Verwirbelung stromabwärts von der Hülse (28) und in der
Strömung von Gasen durch das Reaktionsvolumen (22)
hervorzurufen.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Venturi-
Einrichtung (20) stromaufwärts von der Hülse (28) und
Mittel vorgesehen sind, die für eine Strömung von
Kühlluft entlang dem Umfang von dem Brennkammerkörper (12)
zum Kühlen der Venturi-Einrichtung (20) sorgen, wobei
die Hülse (28) ein Mischen der Kühlluft und der
Kernströmung erleichtert, um CO Emissionen zu verringern.
4. Brennkammer nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Hülsen
zylindrische Hülsen sind, die radial nach innen in
Richtung auf die Achse der Strömung vorstehen.
5. Brennkammer nach Anspruch 1, wobei eine Venturi-
Einrichtung (20) stromaufwärts von den Hülsen (28) und
Mittel vorgesehen sind, die für eine Strömung von
Kühlluft entlang dem Umfang von dem Brennkammerkörper zum
Kühlen der Venturi-Einrichtung sorgen, wobei die Hülsen
ein Mischen der Kühlluft und der Kernströmung
erleichtern, um CO Emissionen zu verringern, indem sie in das
Reaktionsvolumen hineinragen, um eine strömungsmäßige
Verwirbelung der Strömung von Gasen durch das
Reaktionsvolumen hervorzurufen.
6. Verfahren zum Verringern von CO Emissionen aus einer
Brennkammer (10) von einer Turbine mit einem
Brennkammerkörper (12), der eine Brennkammerauskleidung (14),
die ein Reaktionsvolumen (22) mit ersten und zweiten
Reaktionszonen (24, 26) und einer Verdünnungszone
dazwischen aufweist, und eine Düse (18) enthält zum Liefern
von Brennstoff in den Brennkammerkörper, wobei das
Verfahren die Schritte enthält:
Liefern einer im allgemeinen ringförmigen Strömung von
Kühlluft, die eine Kernströmung von heißen
Verbren
nungsgasen umgibt, in die erste Reaktionszone (24)
stromaufwärts von der Verdünnungszone, wobei die
ringförmige Kühlluftströmung und die Kernströmung von
heißen Gasen relativ ungemischt sind,
Liefern von Verdünnungsluft (28) in das
Reaktionsvolumen (22) und direkt in die Kernströmung von heißen
Verbrennungsgasen,
Mischen der Kühlluft und der Verdünnungsluft (28) mit
der Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen in der
zweiten Reaktionszone (26) stromabwärts von der
Verdünnungszone und Erhöhen der Temperatur der gemischten
Kühlluft, der Verdünnungsluft und der Kernströmung von
heißen Verbrennungsgasen durch das Mischen, um ein
Löschen von CO zu CO&sub2; Reaktionen in der Strömung heißer
Gase im wesentlichen zu verhindern.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des
Lieferns von Verdünnungsluft (28) enthält, daß die
Strömung von heißen Verbrennungsgasen mit Hülsen
durchdrungen wird, damit Verdünnungsluft (28) direkt in die
Kernströmung von heißen Verbrennungsgasen strömt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, enthaltend ein Kühlen und
ein Strömenlassen der Kühlluft über die Hülsen, um eine
Verwirbelung zu erzeugen, um ein Mischen der Kühlluft
und der heißen Verbrennungsgase zu erleichtern.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/212,407 US5454221A (en) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | Dilution flow sleeve for reducing emissions in a gas turbine combustor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE69517611D1 DE69517611D1 (de) | 2000-08-03 |
DE69517611T2 true DE69517611T2 (de) | 2001-02-15 |
Family
ID=22790877
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE69517611T Expired - Lifetime DE69517611T2 (de) | 1994-03-14 | 1995-03-06 | Mittel zur Minderung der unverbrannten Werkstoffen in einer Gasturbinenbrennkammer |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US5454221A (de) |
EP (1) | EP0672868B1 (de) |
JP (1) | JP3866780B2 (de) |
CA (1) | CA2143231C (de) |
DE (1) | DE69517611T2 (de) |
Families Citing this family (36)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5850732A (en) * | 1997-05-13 | 1998-12-22 | Capstone Turbine Corporation | Low emissions combustion system for a gas turbine engine |
US6098397A (en) * | 1998-06-08 | 2000-08-08 | Caterpillar Inc. | Combustor for a low-emissions gas turbine engine |
US6484505B1 (en) | 2000-02-25 | 2002-11-26 | General Electric Company | Combustor liner cooling thimbles and related method |
US6331110B1 (en) | 2000-05-25 | 2001-12-18 | General Electric Company | External dilution air tuning for dry low NOx combustors and methods therefor |
US6499993B2 (en) | 2000-05-25 | 2002-12-31 | General Electric Company | External dilution air tuning for dry low NOX combustors and methods therefor |
JP3962554B2 (ja) * | 2001-04-19 | 2007-08-22 | 三菱重工業株式会社 | ガスタービン燃焼器及びガスタービン |
US6430932B1 (en) | 2001-07-19 | 2002-08-13 | Power Systems Mfg., Llc | Low NOx combustion liner with cooling air plenum recesses |
GB2399408B (en) * | 2003-03-14 | 2006-02-22 | Rolls Royce Plc | Gas turbine engine combustor |
US7716931B2 (en) * | 2006-03-01 | 2010-05-18 | General Electric Company | Method and apparatus for assembling gas turbine engine |
US7571611B2 (en) * | 2006-04-24 | 2009-08-11 | General Electric Company | Methods and system for reducing pressure losses in gas turbine engines |
US8448443B2 (en) * | 2007-10-11 | 2013-05-28 | General Electric Company | Combustion liner thimble insert and related method |
US8151570B2 (en) * | 2007-12-06 | 2012-04-10 | Alstom Technology Ltd | Transition duct cooling feed tubes |
US8096133B2 (en) * | 2008-05-13 | 2012-01-17 | General Electric Company | Method and apparatus for cooling and dilution tuning a gas turbine combustor liner and transition piece interface |
US8176739B2 (en) * | 2008-07-17 | 2012-05-15 | General Electric Company | Coanda injection system for axially staged low emission combustors |
US8516820B2 (en) * | 2008-07-28 | 2013-08-27 | Siemens Energy, Inc. | Integral flow sleeve and fuel injector assembly |
US8549859B2 (en) * | 2008-07-28 | 2013-10-08 | Siemens Energy, Inc. | Combustor apparatus in a gas turbine engine |
US8528340B2 (en) * | 2008-07-28 | 2013-09-10 | Siemens Energy, Inc. | Turbine engine flow sleeve |
US20100071377A1 (en) * | 2008-09-19 | 2010-03-25 | Fox Timothy A | Combustor Apparatus for Use in a Gas Turbine Engine |
US8375726B2 (en) | 2008-09-24 | 2013-02-19 | Siemens Energy, Inc. | Combustor assembly in a gas turbine engine |
US7712314B1 (en) | 2009-01-21 | 2010-05-11 | Gas Turbine Efficiency Sweden Ab | Venturi cooling system |
US8281594B2 (en) * | 2009-09-08 | 2012-10-09 | Siemens Energy, Inc. | Fuel injector for use in a gas turbine engine |
US8646277B2 (en) * | 2010-02-19 | 2014-02-11 | General Electric Company | Combustor liner for a turbine engine with venturi and air deflector |
US8082739B2 (en) | 2010-04-12 | 2011-12-27 | General Electric Company | Combustor exit temperature profile control via fuel staging and related method |
RU2483250C2 (ru) * | 2011-04-06 | 2013-05-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Способ комбинированного охлаждения теплонапряженных элементов (варианты) |
RU2469242C1 (ru) * | 2011-04-06 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Способ струйно-пористого охлаждения теплонапряженных элементов |
US9297534B2 (en) * | 2011-07-29 | 2016-03-29 | General Electric Company | Combustor portion for a turbomachine and method of operating a turbomachine |
JP5821553B2 (ja) * | 2011-11-11 | 2015-11-24 | 株式会社Ihi | RQL方式の低NOx燃焼器 |
US11460188B2 (en) | 2013-02-14 | 2022-10-04 | Clearsign Technologies Corporation | Ultra low emissions firetube boiler burner |
US20150174360A1 (en) * | 2013-12-23 | 2015-06-25 | 12th Man Technologies, Inc. | Device for Discharging Toxic Gases |
EP3037725B1 (de) * | 2014-12-22 | 2018-10-31 | Ansaldo Energia Switzerland AG | Mischer zur Vermischung einer Verdünnungsluft mit einem Heißgasstrom |
CN104676648B (zh) * | 2015-01-09 | 2017-02-22 | 北京航空航天大学 | 一种预燃级rql,主燃级lpp的中心分级低污染燃烧室 |
US10060629B2 (en) * | 2015-02-20 | 2018-08-28 | United Technologies Corporation | Angled radial fuel/air delivery system for combustor |
US10228135B2 (en) * | 2016-03-15 | 2019-03-12 | General Electric Company | Combustion liner cooling |
WO2018160869A1 (en) | 2017-03-02 | 2018-09-07 | Clearsign Combustion Corporation | Fuel nozzle with augmented fuel/air mixing |
US10823418B2 (en) * | 2017-03-02 | 2020-11-03 | General Electric Company | Gas turbine engine combustor comprising air inlet tubes arranged around the combustor |
CN116265810A (zh) * | 2021-12-16 | 2023-06-20 | 通用电气公司 | 利用成形冷却栅栏的旋流器反稀释 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE23149E (en) * | 1949-09-20 | Combustion burner | ||
FR2222124A1 (en) * | 1973-03-23 | 1974-10-18 | Pillard Chauffage | Combustion gases homogenizing equipment - ensures uniform temperatures for drying plants, gas turbines and jet engines |
DE2607214A1 (de) * | 1976-02-23 | 1977-09-01 | Volkswagenwerk Ag | Brennkammer fuer gasturbinen |
GB2003989A (en) * | 1977-09-09 | 1979-03-21 | Westinghouse Electric Corp | Cooled air inlet tube for a gas turbine combustor |
GB2020371B (en) * | 1978-05-04 | 1982-09-29 | Penny Turbines Ltd Noel | Gas turbine combustion chamber |
US4475344A (en) * | 1982-02-16 | 1984-10-09 | Westinghouse Electric Corp. | Low smoke combustor for land based combustion turbines |
US4984429A (en) * | 1986-11-25 | 1991-01-15 | General Electric Company | Impingement cooled liner for dry low NOx venturi combustor |
US5117636A (en) * | 1990-02-05 | 1992-06-02 | General Electric Company | Low nox emission in gas turbine system |
US5277021A (en) * | 1991-05-13 | 1994-01-11 | Sundstrand Corporation | Very high altitude turbine combustor |
-
1994
- 1994-03-14 US US08/212,407 patent/US5454221A/en not_active Expired - Lifetime
-
1995
- 1995-02-03 US US08/383,274 patent/US5575154A/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-02-23 CA CA002143231A patent/CA2143231C/en not_active Expired - Fee Related
- 1995-03-06 DE DE69517611T patent/DE69517611T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-06 EP EP95301434A patent/EP0672868B1/de not_active Expired - Lifetime
- 1995-03-07 JP JP04603295A patent/JP3866780B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0672868B1 (de) | 2000-06-28 |
JP3866780B2 (ja) | 2007-01-10 |
CA2143231A1 (en) | 1995-09-15 |
CA2143231C (en) | 2008-01-29 |
DE69517611D1 (de) | 2000-08-03 |
JPH0821626A (ja) | 1996-01-23 |
EP0672868A1 (de) | 1995-09-20 |
US5575154A (en) | 1996-11-19 |
US5454221A (en) | 1995-10-03 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69517611T2 (de) | Mittel zur Minderung der unverbrannten Werkstoffen in einer Gasturbinenbrennkammer | |
DE69724502T2 (de) | Gasturbinenbrennkammer | |
DE69828916T2 (de) | Emissionsarmes Verbrennungssystem für Gasturbinentriebwerke | |
DE69625744T2 (de) | Magervormischbrenner mit niedrigem NOx-Ausstoss für industrielle Gasturbinen | |
DE69409428T2 (de) | Zweistoffbrenner mit sehr niedrigem NOx-Ausstoss | |
DE69632214T2 (de) | Domeinrichtung für eine Gasturbinen-Brennkammer | |
DE69412484T2 (de) | Verbrennungskammer eines gasturbinenmotors | |
DE2838258C2 (de) | Ringbrennkammer für ein Strahltriebwerk | |
DE69205855T2 (de) | Luft-/Kraftstoff-Mischer für eine Gasturbinenbrennkammer. | |
DE602005001742T2 (de) | Aerodynamisches aufschäumendes Brennstoff/Luft Einspritzungssystem für eine Gasturbinenbrennkammer | |
DE69523082T2 (de) | Brennstoffdüse einer Turbine mit doppelter Möglichkeit zur Diffusions- und Vormischverbrennung und Verfahren zum Betrieb | |
DE2415036C2 (de) | Brennkammer für Gasturbinentriebwerke mit Regenerativ-Wärmetauschern | |
DE69205576T3 (de) | Gasturbinenbrennkammer. | |
DE60216168T2 (de) | Brennkammer mit niedrigen Emissionen für Gasturbinen | |
DE102012100368B4 (de) | Brennkammerdüse | |
DE60032663T2 (de) | Verkokungbeständige Kraftstoffeinspritzdüse | |
EP2156095B1 (de) | Drallfreie stabilisierung der flamme eines vormischbrenners | |
DE69011036T2 (de) | Brenner zur Reduzierung von NOx-Emissionen. | |
DE102009026379A1 (de) | Durch Prallkühlung und Effusionskühlung gekühlte Brennkammerkomponente | |
DE60120313T2 (de) | Brennkammer mit mehreren Einspritzdüsen | |
DE3007763A1 (de) | Brenneinrichtung fuer gasturbinentriebwerke | |
DE3217674A1 (de) | Combustor fuer eine gasturbine | |
DE112014004695B4 (de) | Brennstoffeinspritzvorrichtung für eine Gasturbine | |
DE102008002931A1 (de) | Vorrichtung/Verfahren zur Kühlung einer Brennkammer/Venturi-Düse in einem Brenner mit niedrigen NOx-Emissionen | |
CH680014A5 (de) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8328 | Change in the person/name/address of the agent |
Representative=s name: ROEGER UND KOLLEGEN, 73728 ESSLINGEN |