DE69926681T2

DE69926681T2 - Verbrennungskammer und deren Arbeitsweise

Info

Publication number: DE69926681T2
Application number: DE69926681T
Authority: DE
Inventors: Philip David Barrow on Trent Butler
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1998-05-02
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2019-04-29
Also published as: US6237343B1; GB9809371D0; EP0953806A3; EP0953806A2; DE69926681D1; EP0953806B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Brennkammer und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Brennkammer eines Gasturbinentriebwerks.
Um die Emissionsvorschriften für industrielle Gasturbinentriebwerke mit geringer Emission zu erfüllen, ist eine stufenweise Verbrennung erforderlich, um die Menge der erzeugten Stickoxide (NOx) zu vermindern. Die gegenwärtigen Emissionsvorschriften betragen in einigen Ländern weniger als 25 volumetrische Teile von NOx pro Million für die Abgase einer industriellen Gasturbinenanlage. Eine grundsätzliche Möglichkeit zur Verminderung der Emissionen von Stickoxiden besteht darin, die Verbrennungs-Reaktionstemperatur zu vermindern, und dies erfordert eine Vormischung des Brennstoffs und der Verbrennungsluft, bevor die Verbrennung stattfindet. Die Stickoxide (NOx) werden üblicherweise durch ein Verfahren vermindert, das eine zweistufige Brennstoffinjektion benutzt. Unser britisches Patent GB 1489339 beschreibt zwei Stufen der Brennstoffinjektion. Unsere Internationale Patentanmeldung Nr. WO92/07221 beschreibt eine zweistufige und dreistufige Brennstoffinjektion. Die stufenweise Verbrennung sucht in allen Verbrennungsstufen eine magere Verbrennung zu erreichen und demgemäß sind niedrige Verbrennungstemperaturen erforderlich, um NOx zu verringern. Der Ausdruck "magere Verbrennung" bedeutet eine Verbrennung von Brennstoff in Luft, wobei das Brennstoff zu Luft Verhältnis niedrig ist, das heißt niedriger als das stöchiometrische Verhältnis. Um die erforderlichen niedrigen Emissionen von NOx und CO zu erreichen, ist es wesentlich, den Brennstoff und die Luft gleichförmig zu vermischen.
Das industrielle Gasturbinentriebwerk, welches in unserer internationalen Patentanmeldung WO92/07221 beschrieben ist, benutzt mehrere rohrförmige Brennkammern, deren Achsen allgemein in Radialrichtung verlaufen. Die Einlässe der rohrförmigen Brennkammern befinden sich an ihren radial äußeren Enden und Verbindungskanäle verbinden die Auslässe der rohrförmigen Brennkammern mit einer Reihe von Düsenleitschaufeln, um die heißen Gase axial in die Turbinenabschnitte des Gasturbinentriebwerks zu überführen. Jede der rohrförmigen Brennkammern besitzt zwei koaxiale radiale Strömungsverwirbeler, die eine Mischung von Brennstoff und Luft in die Primär-Verbrennungszone fördern. Ein ringförmiger Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal umschließt die Primär-Verbrennungszone und liefert eine Mischung von Brennstoff und Luft in eine Sekundär-Verbrennungszone.
Ein mit Gasturbinentriebwerken verknüpftes Problem wird durch Druckfluktuationen in der Luftströmung und Gasströmung durch das Gasturbinentriebwerk verursacht. Druckfluktuationen in der Luftströmung oder Gasströmung durch das Gasturbinentriebwerk können zu einer schwerwiegenden Beschädigung oder einem Bruch von Komponenten führen, wenn die Frequenz der Druckfluktuationen mit der Eigenfrequenz eines Vibrationsmodus einer Komponente oder von mehreren Komponenten zusammenfällt. Diese Druckfluktuationen können durch den Verbrennungsprozeß verstärkt werden, und unter ungünstigen Bedingungen kann eine Resonanzfrequenz eine so große Amplitude erreichen, dass eine schwerwiegende Beschädigung der Brennkammer und des Gasturbinentriebwerks erfolgt.
Es hat sich gezeigt, dass Gasturbinentriebwerke mit magerer Verbrennung diesem Problem in besonderem Maß ausgesetzt sind. Weiter hat es sich gezeigt, dass die Amplitude der Resonanzfrequenz größer wird, wenn Gasturbinentriebwerke mit magerer Verbrennung die Emissionen auf niedrigeren Pegel verringern, indem eine noch gleichmäßigere Mischung von Brennstoff und Luft erhalten wird. Es wird angenommen, dass diese Verstärkung der Druckfluktuationen in der Brennkammer auftritt, weil dort eine Unstabilität im Verbrennungsprozeß erfolgt, und dort ein Resonanzhohlraum befindlich ist, und die durch die Verbrennung des Brennstoffs erzeugte Hitze an einer Stelle in der Brennkammer auftritt, die einem Antiknoten oder einer Druckspitze in den Druckfluktuationen entspricht.
Es ist weiter bekannt, Brennkammern für Gasturbinentriebwerke zu schaffen, die eine Mehrzahl von katalytischen Reaktionszonen aufweisen, die in Reihe angeordnet sind, um die Stickoxid-(NOx)-Emissionen zu vermindern. Eine bekannte Ausbildung ist in unserer Europäischen Patentanmeldung EP 0805309A vom 5. Nov. 1997 beschrieben. Bei dieser Anordnung ist ein Hilfsinjektor vorgesehen, um einigen Brennstoff zu verbrennen, und um so eine erste katalytische Reaktionszone auf ihre Betriebstemperatur vorzuheizen. Ein Hauptinjektor liegt stromauf der ersten katalytischen Reaktionszone, um Brennstoff nach der ersten katalytischen Reaktionszone zu fördern. Die zweite katalytische Reaktionszone und die folgenden katalytischen Reaktionszonen empfangen unverbrannten Brennstoff von der ersten katalytischen Reaktionszone.
Ein Problem besteht bei dieser Anordnung darin, dass diese nicht in den verfügbaren Raum paßt, und eine stufenweise Brennstoffzuführung zwischen den katalytischen Reaktionszonen erfordert.
Es ist weiter bekannt, Gasturbinentriebwerks-Brennkammern zu schaffen, bei denen die stufenweise Verbrennung eine Verbrennung von mageren Brennstoff/Luft-Mischungen in einer katalytischen Reaktionszone, stromab der letzten Verbrennungszonen-Stufe und eine homogene Verbrennungszone, stromab der katalytischen Reaktionszone benutzt, um die Emissionen von NOx weiter zu vermindern. Eine bekannte derartige Anordnung ist in unserer Europäischen Patentanmeldung EP 0810405 A beschrieben, die am 3. Dezember 1997 veröffentlicht wurde.
Es ist außerdem bekannt, eine katalytische Teiloxidation durchzuführen, wobei Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft derart gemischt wird, dass eine reiche Verbrennung in Berührung mit einem Katalysator erfolgt, um ein Produktgas zu erzeugen, das aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und unreagiertem Kohlenwasserstoff-Brennstoff besteht. Der Kohlenwasserstoff-Brennstoff wird mit Sauerstoffmengen verbrannt, die für eine komplette Oxidation unzureichend sind, so dass nur eine teilweise Oxidation erfolgt. Der Ausdruck "reiche Verbrennung" bedeutet eine Verbrennung von Brennstoff in Luft, wobei das Brennstoff zu Luft Verhältnis hoch ist, das heißt, größer als das stöchiometrische Verhältnis für eine vollständige Oxidation. Die Internationale Patentanmeldung Nr. WO 92/20963, die am 26. Nov. 1992 veröffentlicht wurde, beschreibt ein Verbrennungssystem für ein Gasturbinentriebwerk, bei dem der gesamte Brennstoff einer katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone zugeführt wird, und das Produktgas der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone mit Luft vermischt und einer Primär-Verbrennungszone zugeführt wird, wobei schließlich die Produkte der Primär-Verbrennungszone mit Luft gemischt und einer Sekundär-Verbrennungszone zugeführt werden. Diese Anordnung reduziert NOx Emissionen.
Die US-A-4 731 989 beschreibt eine zusätzliche Brennstoffzuführung zu dem Produktionsgas stromab eines katalytischen Reaktors, vor der Einführung in die Verbrennungszone der Brennkammer.
Demgemäß liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer zu schaffen, die mit magerer Verbrennung und größerer Stabilität arbeitet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung betrifft diese eine Brennkammer mit den folgenden Merkmalen: Wenigstens eine Verbrennungszone, die durch wenigstens eine Umfangswand definiert wird; wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal zur Zuführung von Brennstoff bzw. Luft in die wenigstens eine Verbrennungszone; Mittel zur Zuführung von Luft in den wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal; wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone; wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal zur Zuführung von Brennstoff bzw. Luft in die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone; Mittel zur Zuführung von Brennstoff und Luft in den wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal, um eine reiche Mischung von Brennstoff und Luft zu erzielen, wobei die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone so angeordnet ist, dass ein Produktgas erzeugt wird, das aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und nicht reagiertem Brennstoff besteht, und ferner Mittel vorgesehen sind, um zusätzlichen Brennstoff in das Produktgas einzuleiten, das durch die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone erzeugt wurde, und ferner Mittel zur Vermischung des zusätzlichen Brennstoffs mit dem Produktgas, das durch die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone erzeugt wurde, und ferner Mittel vorgesehen sind, zur Zuführung des Produktgases und des zusätzlichen Brennstoffs in den wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal, derart, dass das Produktgas und der zusätzliche Brennstoff sich mit der Luft in dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal vermischen, bevor sie in die wenigstens eine Verbrennungszone eingeführt werden.
Vorzugsweise weist die Brennkammer eine Primär-Verbrennungszone und eine Sekundär-Verbrennungszone stromab der Primär-Verbrennungszone auf.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine erste Brennstoff/Luft-Mischkanal derart angeordnet, dass Brennstoff und Luft in die Primär-Verbrennungszone geleitet wird, und wobei wenigstens ein zweiter Brennstoff/Luft-Mischkanal angeordnet ist, um Brennstoff bzw. Luft nach der Sekundär-Verbrennungszone zu leiten.
Vorzugsweise umfaßt die Brennkammer eine tertiäre Verbrennungszone stromab der sekundären Verbrennungszone.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine dritte Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft der tertiären Verbrennungszone zugeführt wird.
Vorzugsweise fördert ein Luftkanal Luft nach dem wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal, und der Luftkanal besitzt Mittel, um die Luft zu verwirbeln.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Verwirbelung der Luft einen radialen Strömungsverwirbeler.
Vorzugsweise umfasst der wenigstens eine zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal ein stromaufwärtiges Ende und Mittel um Luft in das stromaufwärtige Ende des zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanals einzuleiten, wobei die Mittel zur Zuführung von Luft nach dem einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal Mittel aufweisen, um die Luft zu verwirbeln und Mittel, um Brennstoff in das stromaufwärtige Ende des zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanals einzuleiten, wobei die Mittel zur Zuführung von Brennstoff nach dem wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal Mittel aufweisen, um den Brennstoff zu verwirbeln.
Vorzugsweise umfassen die Mittel zur Verwirbelung der Luft einen radialen Strömungsverwirbeler und die Mittel zur Verwirbelung des Brennstoffs umfassen einen radialen Strömungsverwirbeler.
Vorzugsweise sind die Mittel zur Verwirbelung der Luft und die Mittel zur Verwirbelung des Brennstoffs so angeordnet, dass die Luft und der Brennstoff in entgegengesetzten Richtungen verwirbelt werden.
Vorzugsweise weisen die Mittel zur Vermischung des durch die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone erzeugten Produktgases mit dem zusätzlichen Brennstoff Mittel auf, um den zusätzlichen Brennstoff in das Produktgas hineinzuverwirbeln, und es ist ein Kanal vorgesehen ist, der eine Verbindung mit dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal herstellt.
Vorzugsweise ist die Brennkammer eine Rohr-Brennkammer. Vorzugsweise ist der erste Brennstoff/Luft-Mischkanal ringförmig. Vorzugsweise ist der zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal ringförmig. Vorzugsweise ist die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone ringförmig. Vorzugsweise bestehen die Mittel zur Zuführung der Mischung von Produktgas und zusätzlichem Brennstoff in den wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal aus einem Ringkanal.
Vorzugsweise ist der zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal so angeordnet, dass Brennstoff und Luft in axial stromaufwärtiger Richtung der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone zugeführt werden, und die Mittel zur Zuführung der Mischung von Produktgas und zusätzlichem Brennstoff so ausgebildet sind, dass das Produktgas und der zusätzliche Brennstoff in Axialrichtung stromab nach dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal überführt wird.
Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer, mit den folgenden Schritten: Es wird ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft vermischt, um ein reiches Gemisch von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Luft zu erzeugen; es wird das reiche Gemisch von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Luft in eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone überführt; Reaktion des Kohlenwasserstoff-Brennstoffs in der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone zur Erzeugung eines Produktgases, das aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und unreagiertem Kohlenwasserstoff-Brennstoff besteht; Vermischung des Produktgases mit zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff; Vermischung der Mischung von Produktgas und zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft zur Erzeugung eines mageren Gemischs; Zuführung des mageren Gemischs in eine Verbrennungszone; Verbrennung des Produktgases und des zusätzlichen Kohlenwasserstoff-Brennstoffs in Luft in der Verbrennungszone.
Vorzugsweise umfasst das Verfahren die Zuführung von Produkten der Verbrennungszone in eine weitere Verbrennungszone und eine Vermischung von Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft, zur Erzeugung eines mageren Gemischs, wobei das magere Gemisch einer weiteren Verbrennungszone zugeführt und der Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Luft in der weiteren Verbrennungszone verbrannt wird.
Die Mischung von Produktgas und zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff kann bis zu 25 Vol.-% Wasserstoff enthalten.
Die hohe Entflammbarkeit von wasserstoffreichem Brennstoff ermöglicht eine stabilere Verbrennung des vorgemischen mageren Brennstoff/Luft-Gemischs, wodurch daher potentiell der durch die Verbrennung erzeugte Lärm reduziert wird. Der wasserstoffreiche Brennstoff ermöglicht eine stabile Verbrennung mit einem magereren Gemisch von Brennstoff und Luft als bei herkömmlicher vorgemischter magerer Verbrennung und daher kann die Spitzenverbrennungstemperatur erniedrigt und demgemäß auch die Emission von NOx verringert werden. Der wasserstoffreiche Brennstoff ermöglicht es auch, die Kohlenmonoxid-Emissionen zu vermindern, wenn unter Teillast gearbeitet wird. Der Anteil von Brennstoff, der der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone und der zusätzliche Brennstoff, der den Produkten der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone zugeführt wird, kann verändert werden, um den Wasserstoffgehalt im Brennstoff zu verändern. Dies ergibt einen zusätzlichen Steuerparameter zur Steuerung von Vibrationen oder Lärm der Brennkammer, und zur Steuerung der NOx-Emissionen.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist eine Ansicht eines Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkammer,
2 ist in größerem Maßstab gezeichnet ein Längsschnitt durch die Brennkammer gemäß 1,
3 ist eine Ansicht eines anderen Gasturbinentriebwerks mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brennkammer, und
4 ist in größerem Maßstab gezeichnet ein Längsschnitt durch die Brennkammer gemäß 3.
Ein in 1 dargestelltes Gasturbinentriebwerk 10 umfasst in axialer Strömungsrichtung hintereinander einen Einlaß 12, einen Kompressorabschnitt 14, einen Brennkammeraufbau 16, einen Turbinenabschnitt 18, einen Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 und einen Gasauslaß 22. Der Turbinenabschnitt 18 treibt den Kompressorabschnitt 14 über eine oder mehrere nicht dargestellte Wellen an. Der Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 treibt einen elektrischen Generator 26 über eine Welle 24 an. Der Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 20 kann jedoch auch zum Antrieb anderer Einrichtungen verwendet werden. Die Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerks ist konventionell und wird aus diesem Grund nicht im einzelnen beschrieben.
Der Brennkammeraufbau 16 ist deutlicher aus 2 ersichtlich. Der Brennkammeraufbau 16 weist mehrere, zum Beispiel neun, in gleichem Winkelabstand angeordnete rohrförmige Brennkammern 28 auf. Die Achsen der rohrförmigen Brennkammern 28 erstrecken sich allgemein in Radialrichtung. Die Einlässe der rohrförmigen Brennkammern 28 befinden sich an ihren radial äußersten Enden und ihr Auslaß liegt an ihren radial innersten Enden.
Jede der rohrförmigen Brennkammern 28 umfaßt eine stromaufwärtige Wand 30, die am stromaufwärtigen Ende einer Ringwand 32 festgelegt ist. Ein erster stromaufwärtiger Abschnitt 34 der ringförmigen Wand 32 definiert eine primäre Verbrennungszone 36 und ein zweiter stromabwärtiger Abschnitt 38 der Ringwand 32 definiert eine Sekundär- Verbrennungszone 40. Das stromabwärtige Ende des ersten Abschnitts 34 weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 42 auf, der sich im Durchmesser nach einer Einschnürung 44 verringert. Der zweite Abschnitt 38 der Ringwand 32 hat einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 34. Ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 46 verbindet die Einschnürung 44 mit dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Abschnitts 38 der Ringwand 32.
Die stromaufwärtige Wand 30 einer jeden rohrförmigen Brennkammer 28 weist eine Öffnung 48 auf, um Luft und Brennstoff in die Primär-Verbrennungszone 36 einführen zu können. Ein erster Brennstoff/Luft-Mischkanal 50 fördert ein Gemisch von Brennstoff und Luft durch die Öffnung 48 in die Primär-Verbrennungszone 36.
Ein erster radialer Strömungsverwirbeler 52 liegt koaxial zur Öffnung 48 in der stromaufwärtigen Wand 30 und ein zweiter radialer Strömungsverwirbeler 54 liegt koaxial zu der Öffnung 48 in der stromaufwärtigen Wand 30. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 52 liegt axial stromab bezüglich der Achse der rohrförmigen Brennkammer 28 des zweiten radialen Strömungsverwirbelers 54. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 52 und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 54 umfassen eine Anzahl von Verwirbelungs-Leitschaufeln 53 bzw. 55, die mit einem gemeinsamen Teiler 56 verbunden und durch diesen getrennt sind. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 52 ist so angeordnet, dass Luft in den ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal 50 eingeleitet wird. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 52 und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 54 sind derart angeordnet, dass sie die Luft in Gegenrichtung verwirbeln.
Der zweite radiale Strömungsverwirbeler 54 ist so angeordnet, dass Brennstoff in einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 58 verwirbelt wird. Der zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal 58 ist so angeordnet, dass eine Mischung von Brennstoff und Luft in die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 60 eingeführt wird.
Die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 60 liegt koaxial zur Achse der rohrförmigen Brennkammer 28. Die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 60 umfaßt einen Honigwabenaufbau, der in geeigneter Weise mit einem Katalysator überzogen ist oder aus einem Katalysator besteht, und zum Beispiel kann die katalytische Teiloxidations-Oxydationszone einen mit einem Katalysator überzogenen keramischen Honigwabenmonolithen aufweisen oder einen metallischen Honigwabenaufbau, der mit einem Katalysator überzogen ist, oder es kann ein Honigwabenmonolith benutzt werden, der einen Katalysator enthält. Der Honigwabenaufbau der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone umfaßt mehrere Kanäle, die durch Wände getrennt sind, die mit einem Katalysator überzogen sind, und die Anordnung ist nicht auf einen Honigwabenaufbau beschränkt. Der Katalysator kann Platin, Palladium, Rhodium, Nickel, Eisen, Kobalt oder eine Mischung von zwei oder mehreren dieser Elemente sein, oder es können andere Katalysatoren Anwendung finden, die geeignet sind, um eine Teiloxidation zu begünstigen.
Es ist ein Brennstoffrohr 62 vorgesehen, um Brennstoff einer Ringbrennstoffleitung 64 zuzuführen, die koaxial zur Achse der rohrförmigen Brennkammer 28 liegt. Die ringförmige Brennstoffleitung 64 fördert Brennstoff in den zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 58, über einen radialen Strömungsverwirbeler 66. Die radialen Strömungsverwirbeler 56 und 66 sind so angeordnet, dass sie die Luft und den Brennstoff in entgegengesetzten Richtungen verwirbeln. Die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone ist mit einer ringförmigen Mischkammer 68 verbunden. Ein Rohr 70 fördert zusätzlichen Brennstoff durch Öffnungen 72 in die ringförmige Mischkammer 68. Der zusätzliche Brennstoff und die Reaktionsprodukte von der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 50 werden miteinander vermischt und es ist ein axialer Strömungsverwirbeler 74 vorgesehen, um diese Vermischung zu beschleunigen. Der zusätzliche Brennstoff und die Reaktionsprodukte von der Teiloxidations-Reaktionszone 60 werden dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal 50 zugeführt.
Am stromaufwärtigen Ende einer jeden Rohrbrennkammer 28 ist ein zentraler Hilfsinjektor 76 angeordnet. Jeder zentrale Hilfsinjektor 76 liegt koaxial zu und auf der Achse der jeweiligen Öffnung 48. Jeder zentrale Hilfsinjektor 76 ist so angeordnet, dass Brennstoff in die Primär-Verbrennungszone 36 gefördert wird. Der zentrale Hilfsinjektor 76 erstreckt sich koaxial durch die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 60 und definiert das radial innere Ende der ringförmigen Mischkammer 68 und ebenso das radial innere Ende des ersten Brennstoff/Luft- Mischkanals 50. Der zentrale Brennstoffinjektor 76 kann stromab des axialen Strömungsverwirbelers 74 und stromauf der Öffnung 48 eine geformte Oberfläche 78 aufweisen.
Ein ringförmiger Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 ist für jede der Rohrbrennkammern 28 vorgesehen. Jeder Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 liegt koaxial zur primären Verbrennungszone 36. Jeder sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 wird zwischen einer sekundären Ringwand 82 und einer dritten Ringwand 84 definiert. Die zweite Ringwand 82 definiert das radial innere Ende des zweiten Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 und die dritte Ringwand 84 definiert das radial äußere Ende des sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanals 80. Ein ringförmiger Teiler 86 ist in dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 am stromoberseitigen Ende des sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 vorgesehen.
Jeder sekundäre Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 besitzt einen sekundären Lufteinlaß 88, der axial zwischen dem stromaufwärtigen Ende der zweiten Ringwand 82 und dem stromaufwärtigen Ende des Teilers 86 und zwischen dem stromaufwärtigen Ende des Teilers 86 und dem stromaufwärtigen Ende der dritten Ringwand 84 angeordnet ist. Der Teiler 86 wird von der zweiten Ringwand 82 und der dritten Ringwand 84 durch die Leitschaufeln der beiden radialen Strömungsverwirbeler 90 bzw. 92 getragen. Die radialen Strömungsverwirbeler 90 und 92 sind so angeordnet, dass sie die durch den Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 strömende Luft in entgegengesetzten Richtungen verwirbeln.
Am stromabwärtigen Ende eines jeden sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 sind zweite und dritte Ringwand 82 und 84 jeweils an dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 46 festgelegt, und der kegelstumpfförmige Abschnitt 46 ist mit mehreren, im gleichen Winkel angeordneten Öffnungen 94 versehen. Die Öffnungen 94 sind derart angeordnet, dass sie das Brennstoff/Luft-Gemisch in die Sekundär-Verbrennungszone 40 in der Rohrbrennkammer 28 in Richtung stromab nach der Achse der Rohrbrennkammer 28 einführen. Die Öffnungen 94 können kreisförmig oder als Schlitze ausgebildet sein oder irgendeine andere geeignete Form besitzen und sie haben eine gleiche Strömungsfläche.
Die Querschnittsfläche eines jeden Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 vermindert sich vom Einlaß 88 am stromaufwärtigen Ende nach den Öffnungen 94 am stromabwärtigen Ende. Die zweiten und dritten Ringwände 82 und 84 des Sekundär-Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 sind so gestaltet, dass ein aerodynamisch glatter Kanal gebildet wird. Die Form des sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanals 80 erzeugt daher eine beschleunigte Strömung durch den Kanal 80, ohne dass irgendwelche Bereiche vorhanden sind, wo eine Rezirkulationsströmung auftreten kann.
Es sind mehrere Sekundär-Brennstoffsysteme 96 vorgesehen, um Brennstoff in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 einer jeden Rohrbrennkammer 28 einzuleiten. Das sekundäre Brennstoffsystem 96 für jede Rohrbrennkammer 28 besteht aus einer ringförmigen Sekundär-Brennstoffleitung 98, die koaxial zu der Rohrbrennkammer 28 innerhalb der dritten Ringwand 84 angeordnet ist. Jede Sekundär-Brennstoffleitung 98 weist mehrere Öffnungen 100 auf, um den Brennstoff im wesentlichen radial nach innen in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 einzuleiten. Genauer gesagt, richten die Öffnungen 100 den Brennstoff in den zwischen dem Teiler 86 und der dritten Ringwand 84 definierten Kanal 80B stromab des radialen Strömungsverwirbelers 92. Die zweite Brennstoffleitung 98 wird mit Brennstoff durch ein Brennstoffrohr 102 gespeist. Mehrere Übergangskanäle 104 sind in dem Brennkammeraufbau 16 angeordnet, und das stromaufwärtige Ende eines jeden Übergangskanals besitzt einen kreisförmigen Querschnitt. Das stromaufwärtige Ende eines jeden Übergangskanals 104 ist koaxial zum stromabwärtigen Ende einer jeweiligen Rohrbrennkammer 28 angeordnet und jeder der Übergangskanäle 104 ist dichtend mit einem Winkelabschnitt der Düsenleitschaufeln verbunden. Das stromabwärtige Ende einer jeden Rohrbrennkammer 28 und das stromaufwärtige Ende des entsprechenden Übergangskanals 104 sind in einer oberen, nicht dargestellten Struktur angeordnet.
Im Betrieb wird ein Anteil des primären, Kohlenwasserstoff-Brennstoffs durch das Rohr 62, die Brennstoffringleitung 64 und über den radialen Strömungsverwirbeler 66 in den zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 58 eingeleitet. Der primäre Kohlenwasserstoff-Brennstoff mischt sich mit Luft, die über den radialen Strömungsverwirbeler 56 zugeführt wird, um eine reiche Mischung von Brennstoff und Luft zu erzielen, das heißt das Brennstoff zu Luft Verhältnis ist größer als der stöchiometrische Wert. Diese Mischung von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Luft strömt aus dem zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 58 in die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 60. Der Kohlenwasserstoff-Brennstoff wird teilweise durch die Luft in der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60, in Gegenwart des Katalysators oxidiert, um ein Reaktionsproduktgas zu erzeugen, das aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und möglicherweise einen Anteil unverbrannten Kohlenwasserstoff-Brennstoffs besteht. Die Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und unverbranntem Kohlenwasserstoff-Brennstoff strömt dann von der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60 nach der Mischkammer 68.
Es wird zusätzlich Primär-Kohlenwasserstoff-Brennstoff durch das Rohr 70 und die Öffnungen 72 in die Mischkammer 68 eingeleitet, um eine Mischung mit dem Reaktionsproduktgas zu bewirken, das aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und unverbranntem Kohlenwasserstoff-Brennstoff besteht, und von der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60 herrührt, und dies ergibt einen Brennstoff, der bis zu 25 Vol.-% Wasserstoff enthält. Der zusätzliche Primärbrennstoff kühlt außerdem den Brennstoff aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und unverbranntem Kohlenwasserstoff-Brennstoff ab. Der Mischprozeß wird durch den axialen Strömungsverwirbeler 74 verbessert. Dieser Brennstoff, der bis zu 25 Vol.-% Wasserstoff enthält, wird dann dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal 50 zugeführt. Dieser Brennstoff wird innig mit Luft über den radialen Strömungsverwirbeler 52 vermischt, um ein mageres Gemisch von Brennstoff und Luft zu erhalten, das heißt das Verhältnis von Brennstoff zu Luft ist kleiner als das stöchiometrische Verhältnis.
Dieses magere Brennstoff/Luft-Gemisch wird dann aus dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal 50 über die Öffnung 48 in die primäre Verbrennungszone 36 eingeleitet. Dann wird der Brennstoff in der Luft in der Primär-Verbrennungszone 36 verbrannt.
Die Verbrennungsprodukte aus der Primär-Verbrennungszone 36 strömen in die Sekundär-Verbrennungszone 40. Ein sekundärer Kohlenwasserstoff-Brennstoff wird durch das Rohr 102, die ringförmige Brennstoffleitung 98 und die Öffnungen 100 in den sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 eingeleitet. Der Brennstoff wird innig mit Luft vermischt, die über die radialen Strömungsverwirbeler 90 und 92 zugeführt wird, um ein mageres Gemisch von Brennstoff und Luft zu erzielen. Das magere Brennstoff/Luft-Gemisch wird dann von dem sekundären Brennstoff/Luft-Mischkanal 80 durch die Öffnungen 94 in die sekundäre Verbrennungszone 40 eingeleitet. Dann wird der Brennstoff in der sekundären Verbrennungszone 40 in Luft verbrannt.
Es muß festgestellt werden, dass Brennstoff und Luft in dem zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 58 in Axialrichtung stromauf weg von der Öffnung 48 in der stromaufwärtigen Wand 30 der Rohrbrennkammer 28 nach der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60 strömen. Die Produkte der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60 werden dann über 180° in der Mischkammer 68 gewendet, um in Axialrichtung stromab nach der Öffnung 48 in der stromaufwärtigen Wand 30 der Rohrbrennkammer 28 zu gelangen. Durch die Anordnung der ringförmigen katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 60 kann diese Strömungsumkehr axial durch den Raum innerhalb der ringförmigen katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone erfolgen.
Der primäre Brennstoff und der sekundäre Brennstoff sind allgemein die gleichen Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, beispielsweise Naturgas.
Die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone kann entfernt von der Brennkammer angeordnet werden, wie dies in 3 dargestellt ist. Das industrielle Gasturbinentriebwerk 110 gemäß 3 besteht in Strömungsrichtung hintereinander aus einem Einlaß 112, einem Kompressorabschnitt 114, einer Brennkammeranordnung 116, einem Turbinenabschnitt 118, einem Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 120 und einem Auslaß 122. Der Turbinenabschnitt 118 treibt den Kompressorabschnitt 114 über eine oder mehrere nicht dargestellte Wellen an. Der Leistungsturbinenabschnitt 120 treibt einen elektrischen Generator 126 über eine Welle 124. Jedoch kann der Nutzleistungs-Turbinenabschnitt 120 auch einen Antrieb für andere Zwecke bilden. Die Arbeitsweise des Gasturbinentriebwerks ist die bei diesen Triebwerken übliche Arbeitsweise und wird daher nicht im einzelnen beschrieben.
Der Brennkammeraufbau 116 umfaßt mehrere Brennkammern, von denen jede eine Primär-Verbrennungszone und eine Sekundär-Verbrennungszone aufweist, wie dies unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 128 liegt außerhalb des Gasturbinentriebwerks 110. Ein Hilfskompressor 130 ist zwischen dem Kompressoraufbau 114 und der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 128 geschaltet, um weiter einen Teil der vom Kompressoraufbau 114 komprimierten Luft zu verdichten, und um Druckverluste in der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone 128 zu kompensieren. Eine Brennstoffzuführung 132 liefert Kohlenwasserstoff-Brennstoff an einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 134 und der Hilfskompressor 130 fördert Luft nach dem zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 134. Der Brennstoff wird mit der Luft in dem zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal 134 vermischt und in die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 128 gefördert.
Die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone 128 erzeugt ein Produktgas, das aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und nicht reagiertem Kohlenwasserstoff-Brennstoff besteht. Das Produktgas wird in einen Mischkanal 136 eingeführt und der zusätzliche Brennstoff wird von der Brennstoffzuführung 132 nach dem Mischkanal 136 überführt. Das Produktgas und der zusätzliche Brennstoff werden in dem Mischkanal 136 vermischt und den Brennstoffinjektoren der primären Brennstoff/Luft-Mischkanäle in den Brennkammern des Brennkammeraufbaus 116 zugeführt.
Der Brennkammeraufbau 116 ist deutlicher in 4 dargestellt, und er besteht aus mehreren Rohrbrennkammern 138. Jede der Rohrbrennkammern 138 weist eine stromaufwärtige Wand 140 auf, die am stromaufwärtigen Ende einer Ringwand 142 festgelegt ist. Ein erster stromaufwärtiger Abschnitt 144 der Ringwand 142 definiert eine Primär-Verbrennungszone 146 und ein zweiter stromabwärtiger Abschnitt 148 der Ringwand 142 definiert eine sekundäre Verbrennungszone 150. Das stromabwärtige Ende des ersten Abschnitts 144 weist einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 152 auf, der sich im Durchmesser nach einer Einschnürung 154 hin verengt. Der zweite Abschnitt 148 der Ringwand 142 hat einen größeren Durchmesser als der erste Abschnitt 144. Ein kegelstumpfförmiger Abschnitt 156 verbindet die Einschnürung 154 mit dem stromaufwärtigen Ende des zweiten Abschnitts 148 der Ringwand 142.
Die stromaufwärtige Wand 140 jeder Rohrbrennkammer 138 besitzt eine Öffnung 158, um Luft und Brennstoff in die Primär-Verbrennungszone 146 einführen zu können. Ein erster Brennstoff/Luft-Mischkanal 160 ist angeordnet, um ein Brennstoff/Luft-Gemisch durch die Öffnung 158 in die Primär-Verbrennungszone 146 einzuleiten.
Ein erster radialer Strömungsverwirbeler 162 ist koaxial zu der Öffnung 158 in der stromaufwärtigen Wand 140 angeordnet, und ein zweiter radialer Strömungsverwirbeler 164 ist koaxial zu der Öffnung 158 in der stromaufwärtigen Wand 140 angeordnet. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 162 ist axial stromab, in Bezug auf die Achse der Rohrbrennkammer 138, des zweiten radialen Strömungsverwirbelers 164 angeordnet. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 162 und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 164 umfassen eine Anzahl von Verwirbelungs-Leitschaufeln 163 bzw. 165, die mit einem gemeinsamen Teiler 166 verbunden und durch diesen getrennt sind. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 162 und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 164 sind so angeordnet, dass Luft in den ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal 160 eingeleitet wird. Der erste radiale Strömungsverwirbeler 162 und der zweite radiale Strömungsverwirbeler 164 sind so angeordnet, dass sie die Luft in Gegenrichtung verwirbeln.
Mehrere Brennstoffinjektoren 168 erstrecken sich axial zwischen den Leitschaufeln 163 und 165 der ersten und zweiten radialen Strömungsverwirbeler 162 bzw. 164, um Brennstoff in den primären Brennstoff/Luft-Mischkanal 160 einzuführen. Die Brennstoffinjektoren 168 werden durch den Mischkanal 136 mit Brennstoff versorgt.
Das Vorhandensein von Wasserstoff im Brennstoff, der der Primär-Verbrennungszone zugeführt wird, und die Tatsache, dass der Brennstoff bereits warm ist, gewährleisten, dass der Verbrennungsprozeß stabiler ist als bei herkömmlichen vorgemischten Mager-Verbrennungs-Brennkammern. Außerdem ermöglicht es der Wasserstoff, das Brennstoff zu Luft Verhältnis unter das Verhältnis abzusenken, dass bei herkömmlichen Vormisch-Brennkammern mit magerer Verbrennung vorhanden ist, das heißt unter die normale Schwach-Löschgrenze, und dadurch wird die maximale Verbrennungstemperatur verringert und die NOx-Emissionen vermindert. Die stabilere Verbrennung ermöglicht eine Reduzierung der Emissionen von Kohlenmonoxid, insbesondere wenn die Leistung vermindert wird. Die Anteile von Primär-Brennstoff, die der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone und der Mischkammer zugeführt werden, können verändert werden, um den Anteil von Wasserstoff zu ändern, der der Primär-Verbrennungszone zugeführt wird und dies kann weiter die NOx-Emission und die Kohlenmonoxid-Emission verringern. Die verbesserte Stabilität kann die Erregung von Vibrationen in der Brennkammer verringern.
Die beschriebene katalytische Teiloxidations-Verbrennungskammer ist ringförmig und koaxial zur Rohrbrennkammer angeordnet, jedoch können auch andere geeignete Formen und Anordnungen genutzt werden. Es wurden nur zwei Stufen der vorgemischten mageren Verbrennung beschrieben, jedoch ist es auch möglich, drei oder mehrere Stufen mit einer mageren Vormischverbrennung vorzusehen. Ferner wurde die Erfindung in Verbindung mit der Mischung der Reaktionsprodukte der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone mit Wasserstoff-Brennstoff und Luft beschrieben, wobei diese Mischung dann der Primär-Verbrennungszone zugeführt wurde, jedoch ist es ebenso möglich, diese Mischung der Sekundär-Verbrennungszone oder sogar einer Tertiär-Verbrennungszone zuzuführen. Der Vorteil der Zuführung der Mischung nach der Sekundär-Verbrennungszone besteht darin, dass wiederum eine Verminderung von Kohlenmonoxid eintritt.

Claims

Brennkammer (28) mit den folgenden Merkmalen: Wenigstens eine Verbrennungszone (36, 40), die durch wenigstens eine Umfangswand (32) definiert wird; wenigstens einen ersten Brennstoff-Luftmischkanal (50) zur Zuführung von Brennstoff bzw. Luft in die wenigstens eine Verbrennungszone (36, 40); wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60); wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal (58) zur Zuführung von Brennstoff bzw. Luft in die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60), wobei die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60) so angeordnet ist, dass ein Produktgas erzeugt wird, das aus einer Mischung von Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Wasser, Kohlendioxid und nicht reagiertem Brennstoff besteht; Mittel (70, 72), um zusätzlichen Brennstoff in das Produktgas einzuleiten, das durch die wenigstens eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60) erzeugt wurde; Mittel (68, 74) zur Vermischung des zusätzlichen Brennstoffs mit dem Produktgas; und Mittel zur Zuführung des Produktgases und des zusätzlichen Brennstoffs in den wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal (50), gekennzeichnet durch Mittel (62, 64, 66, 54) zur Zuführung von Brennstoff und Luft in den wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal (58), um ein reiches Brennstoff/Luftgemisch zu erzeugen, und weiter gekennzeichnet durch Mittel (52) zur Zuführung von Luft in den wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal (50), derart, dass das Produktgas und der zusätzliche Brennstoff mit der Luft in dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) vermischt werden, bevor eine Förderung in die wenigstens eine Verbrennungszone (36, 40) erfolgt.
Brennkammer nach Anspruch 1, bei welcher die Brennkammer (28) eine Primär-Verbrennungszone (36) und eine Sekundär-Verbrennungszone (40) stromab der Primär-Verbrennungszone (36) aufweist.
Brennkammer nach Anspruch 2, bei welcher der wenigstens eine Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) Brennstoff und Luft in die Primär-Verbrennungszone (36) leitet, und wenigstens ein zweiter Brennstoff/Luft-Mischkanal (80) vorgesehen ist, um Brennstoff bzw. Luft nach der Sekundär-Verbrennungszone (40) zu leiten.
Brennkammer nach den Ansprüchen 2 oder 3, wobei die Brennkammer (28) eine tertiäre Verbrennungszone stromab der sekundären Verbrennungszone (40) aufweist.
Brennkammer nach Anspruch 4, bei welcher wenigstens ein dritter Brennstoff/Luft-Mischkanal vorgesehen ist, um Brennstoff und Luft der tertiären Verbrennungszone zuzuführen.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welcher ein Luftkanal Luft nach dem wenigstens einen Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) fördert, und der Luftkanal Mittel (52) aufweist, um die Luft zu verwirbeln.
Brennkammer nach Anspruch 6, bei welcher die Mittel (52) zur Verwirbelung der Luft einen Radial-Strömungsverwirbeler aufweisen.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der wenigstens eine zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal (58) folgende Merkmale aufweist: ein stromaufwärtiges Ende; Mittel (54) um Luft in das stromaufwärtige Ende des zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanals (58) einzuleiten, wobei die Mittel (54) zur Zuführung von Luft nach dem einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal Mittel (58) aufweisen, um die Luft zu verwirbeln; Mittel (62, 64, 66), um Brennstoff in das stromaufwärtige Ende des zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanals (58) einzuleiten, wobei die Mittel (62, 64, 66) zur Zuführung von Brennstoff nach dem wenigstens einen zusätzlichen Brennstoff/Luft-Mischkanal (58) Mittel (66) aufweisen, um den Brennstoff zu verwirbeln.
Brennkammer nach Anspruch 8, bei welcher die Mittel (54) zur Verwirbelung der Luft einen Radial-Strömungsverwirbeler aufweisen, und die Mittel (66) zur Verwirbelung des Brennstoffs einen Radial-Strömungsverwirbeler aufweisen.
Brennkammer nach den Ansprüchen 8 oder 9, bei welcher die Mittel (54) zur Verwirbelung der Luft und die Mittel (66) zur Verwirbelung des Brennstoffs derart ausgebildet sind, dass die Luft und der Brennstoff in entgegengesetzten Richtungen verwirbelt werden.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher die Mittel (68, 74) zur Vermischung des durch die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60) erzeugten Produktgases mit dem zusätzlichen Brennstoff Mittel (74) aufweisen, um den zusätzlichen Brennstoff in das Produktgas hineinzuverwirbeln, und außerdem ein Kanal vorgesehen ist, der eine Verbindung mit dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) herstellt.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher die Brennkammer (28) eine rohrförmige Brennkammer ist.
Brennkammer nach Anspruch 12, bei welcher der erste Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) ringförmig ist.
Brennkammer nach Anspruch 12 oder 13, bei welcher der zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal (58) ringförmig ausgebildet ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei welcher die katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60) ringförmig ausgebildet ist.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei welcher die Mittel zur Zuführung der Mischung von Produktgas und zusätzlichem Brennstoff in den wenigstens einen ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) einen Ringkanal aufweisen.
Brennkammer nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei welcher der zusätzliche Brennstoff/Luft-Mischkanal (58) den Brennstoff und die Luft in Richtung axial stromauf nach der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone (60) fördert, und die Mittel zur Förderung der Mischung von Produktgas und zusätzlichem Brennstoff so ausgebildet sind, dass das Produktgas und der zusätzliche Brennstoff axial in Richtung stromab nach dem ersten Brennstoff/Luft-Mischkanal (50) gefördert werden.
Gasturbinentriebwerk, welches eine Brennkammer gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17 aufweist.
Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer (28), mit den folgenden Schritten: Es wird ein Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft vermischt (58), um ein reiches Gemisch von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Luft zu erzeugen; es wird das reiche Gemisch von Kohlenwasserstoff-Brennstoff und Luft in eine katalytische Teiloxidations-Reaktionszone (60) überführt; der Kohlenwasserstoff-Brennstoff in der katalytischen Teiloxidations-Reaktionszone (60) reagiert um ein Produktgas zu erzeugen, das aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Wasser und nicht reagiertem Kohlenwasserstoff-Brennstoff besteht; es wird das Produktgas mit zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff vermischt (68, 74); es wird die Mischung von Produktgas und zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft vermischt (50), um ein mageres Gemisch zu erzeugen; es wird das magere Gemisch einer Verbrennungszone (36) zugeführt; es wird das Produktgas zusammen mit dem zusätzlichen Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Luft innerhalb der Verbrennungszone (36) verbrannt.
Verfahren nach Anspruch 19, mit den folgenden Schritten: Es werden die Produkte der Verbrennungszone (36) in eine weitere Verbrennungszone (40) überführt; es wird der Kohlenwasserstoff-Brennstoff mit Luft vermischt (80), um eine magere Mischung zu erzeugen; es wird die magere Mischung der weiteren Verbrennungszone (40) zugeführt; und es wird der Kohlenwasserstoff-Brennstoff in Luft in der weiteren Verbrennungszone (40) verbrannt.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei welchem die Mischung aus Produktgas und zusätzlichem Kohlenwasserstoff-Brennstoff bis zu 25 Vol.-% Wasserstoff enthält.