DE8717191U1

DE8717191U1 - Hybrid burners for premix operation with gas and/or oil, especially for gas turbine plants

Info

Publication number: DE8717191U1
Application number: DE8717191U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1987-01-26
Filing date: 1987-01-26
Publication date: 1988-05-26

Description

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Hybridbrenner für Vormischbetrieb mit Gas und/oder Öl, insbesondere für GasturbinenanlagenHybrid burners for premix operation with gas and/or oil, especially for gas turbine plants

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1&ldquor; Solche Brenner, ihre ÄnWcndünga·· üfid &Xgr;&iacgr; ri'üäuiüögliuiiiiei oeri äiriu äüS der Er = A = 0193 838 bekannt. In dieser Schrift ist auch der Aufbau einer solchen Brenneranordnung im einzelnen beschrieben, worauf hier ausdrücklich Bezug genommen wird, so daß die Beschreibung im folgenden auf die neuen, erfindungswesentlichen Einzelheiten beschränk^ werden kann.The present invention relates to a burner according to the preamble of claim 1. Such burners, their use and their application are known from European Patent Application No. 0193 838. This document also describes the structure of such a burner arrangement in detail, to which reference is expressly made here, so that the description below can be restricted to the new details essential to the invention.

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Der nach dem Stand der Technik bekannte Brenner eignet sich ebenfalls für einen Betrieb mit Gas und/oder Öl, jedoch können nicht beide Alternativen im Vormischbetrieb durchgeführt werden. Für den Fall, daß ein Brenner nach dem Stand der Technik mit öl betrieben werden soll, arbeitet die bekannte Anordnung als Diffusionsbrenner, v/as Nachteile beim Schadstoff ausstoß mit sich bringt. Die bekannte Brenneranordnung weist im Bereich des Hauptluftstromes eine Mehrzahl von Düsenrohren auf, durch welche Gas dem Luftstrom beigemischt wird. Grundsätzlich könnte ein solches Zumischsystem statt mit Gas auch mit Öl gespeist werden, jedoch müßte wegen der völlig unterschiedlichen Volumenströme eine ganz andere Dimensionierung der Düsen vorgenommen werden. Daher eignet sich ein einmal installiertes System nur entweder für einen Vormischbetrieb mit Gas oder mit öl. Hinzu kommt, daß der für Gas günstige Einspeisungsort vor der Drallbeschaufelung für die Einspeisung von Öl und dessen feine Zerstäubung nicht besonders geeignet ist, da inThe burner known according to the state of the art is also suitable for operation with gas and/or oil, however, both alternatives cannot be carried out in premix operation. In the event that a burner according to the state of the art is to be operated with oil, the known arrangement works as a diffusion burner, which brings with it disadvantages in terms of pollutant emissions. The known burner arrangement has a number of nozzle pipes in the area of the main air flow, through which gas is mixed with the air flow. In principle, such a mixing system could also be fed with oil instead of gas, but due to the completely different volume flows, the nozzles would have to be dimensioned completely differently. Therefore, once a system has been installed, it is only suitable for premix operation with either gas or oil. In addition, the feed point for gas in front of the swirl blading is not particularly suitable for feeding in oil and its fine atomization, since

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diesem Bereich die Strömungsgeschwindigkeit der Luft relativ gering ist.in this area the air flow velocity is relatively low.

Aufgabe der Vorliegenden Erfindung ist daher eine Weiterbildung der bekannten Brenneranordnung für einen Betrieb mit Gas und/oder Öl ohne Änderung der Einbauten! Ggf. soll aueh die gleichzeitige Verwendung von Gas und Öl als Brennstoff möglich sein* Ziel ist in jedem Falle die Verringerung des SchadsSöffäussooBes, insöesönuere der NO -Emission, The aim of the present invention is therefore to develop the known burner arrangement for operation with gas and/or oil without changing the internals! If necessary, the simultaneous use of gas and oil as fuel should also be possible. The aim in any case is to reduce the level of pollutants, in particular the NO emissions .

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß dem HaUptänsprUch Vorgeschlagen, daß zusätzlich im Hauptbrennersystem Einlaßdüsen für Öl vorhanden sein sollen, die eine Vormischung des Hauptiuftstromes mit Öl ermöglichen; Günstige Anordnungen der Einlaßdüsen und Ausführungsmöglichkeiten des zugehörigen öiversorgungssystems sind in den Ansprüchen 2 bis 9 enthalten und werden anhand der Zeichnung naher erläutert₄ To solve this problem, it is proposed according to the main claim that inlet nozzles for oil should also be present in the main burner system, which enable the main air flow to be premixed with oil. Favorable arrangements of the inlet nozzles and possible designs of the associated oil supply system are contained in claims 2 to 9 and are explained in more detail with reference to the drawing ₄

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Es sei darauf hingewiesen, daß sämtliche nach dem Stand der Technik bekannten Betriebsverfähren einer solchen Brenneranordnung auch für die erfindungsgemäße Ausführung geeignet sind, wobei zusätzlich durch die Erfindung auch noch ein Vormischbetrieb mit Öl möglich wird. Da auch beim Vormischbetrieb mit öl zur Stabilisierung der Flamme im allgemeinen die Unterstützung eines PilotbrennersystemS nötig ist, kommen auch für dieses System wiederum alle bekannten Ausführungsformen und Betriebs-Varianten in Frage. Besonders vorteilhaft wird es im allgemeinen sein, sowohl Hauptbrenner wie Pilotbrenner mit dem gleich Brennstoff, nämlich Gas oder Öl, zu betreiben, zwingend notwendig ist dies jedoch keineswegs.It should be noted that all operating methods known from the state of the art for such a burner arrangement are also suitable for the design according to the invention, whereby the invention also enables premixing with oil. Since the support of a pilot burner system is generally required to stabilize the flame in premixing with oil, all known designs and operating variants are also possible for this system. In general, it will be particularly advantageous to operate both the main burner and the pilot burner with the same fuel, namely gas or oil, but this is by no means absolutely necessary.

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In unterschiedlichen Lastbereichen kann zusätzlich die Einspeisung Von inertstoffen, beispielsweise Dämpf, Wasser ödeF Stickstoff, die NCL-Emission in bekannter Weise senken· Auch diese Maßnahmen sind für die erfindungsgemäße Anordnung anwendbar und geeignet.In different load ranges, the addition of inert substances, such as steam, water or nitrogen, can also reduce NCL emissions in a known manner. These measures are also applicable and suitable for the arrangement according to the invention.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung, einem stark schematisierten Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Brenner, das Wesen der Erfindung näher erläutert* Zum Verständnis sind unwesentliche Einzelheiten, die im Stand der Technik bereits ausführlich erläutert wurden, weggelassen bzw. vereinfacht.In the following, the essence of the invention is explained in more detail using the drawing, a highly schematic longitudinal section through a burner according to the invention. For the sake of understanding, unimportant details that have already been explained in detail in the prior art have been omitted or simplified.

Der erfindungsgemäße Brenner, der ggf. in Verbindung mit mehreren gleichartigen Brennern beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage eingesetzt werden kann, besteht aus einem inneren Teil, dem Pilotbrennersystem und einem konzentrisch dazu liegenden äußeren Teil, dem Hauptbrennersystem. Beide Systeme sind für einen Betrieb mit Gas und/oder Öl in beliebiger Kombihabion geeignet. Als Brennstoffe finden im allgemeinen Erdgas und Heizöl Verwendung. Das Pilotbrennersystem besteht aus einem inneren Öl-Zufuhrkanal 1 und einem konzentrisch um diesen herum angeordneten inneren Gas-Zufuhrkanal 2.The burner according to the invention, which can be used in conjunction with several similar burners, for example in the combustion chamber of a gas turbine system, consists of an inner part, the pilot burner system, and an outer part, the main burner system, which is located concentrically to it. Both systems are suitable for operation with gas and/or oil in any combination. Natural gas and heating oil are generally used as fuels. The pilot burner system consists of an inner oil supply channel 1 and an inner gas supply channel 2 arranged concentrically around it.

Dieser wiederum ist umgeben von einem konzentrisch angeordneten inneren Luft- (bzw. Inertstoff-) Zufuhrkanäl In oder an diesem Kanal kann ein geeignetes Zündsystem angeordnet sein, für welches viele Ausführungsmöglichkeiteri bekannt sind und auf dessen Darstellung hier verzichtet wurde. Der innere Öl-Zufuhrkanal 1 weist an seinem Ende eine Öldüse 5 auf, der innere Luft-Zufuhrkanal 3 weist in seinem Endbereich eine Drallbeschaufelung 6 auf.This in turn is surrounded by a concentrically arranged internal air (or inert material) supply channel. A suitable ignition system can be arranged in or on this channel, for which many possible designs are known and which have not been shown here. The inner oil supply channel 1 has an oil nozzle 5 at its end, the inner air supply channel 3 has swirl blades 6 in its end area.

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Das Pilötbrerinersystem 1, 2, 3< 5_y 6 kann in an sich bekannter Weise mit öl oder Gas betrieben werden * Auch die aus der EP-A-Oi93 838 bekannte Ausführung des Pilotbrennersystems als separater Vormischbrenner eignet sich für die vorgeschlagene Anordnung und beeinträchtigt diese nicht.The pilot burner system 1, 2, 3< 5 _y 6 can be operated in a conventional manner with oil or gas * The design of the pilot burner system as a separate premix burner known from EP-A-Oi93 838 is also suitable for the proposed arrangement and does not impair it.

Das Hauptbrennersystem besteht aus einem konzentrisch zum Pilotbrennersystem angeordneten Und schräg auf diesesThe main burner system consists of a concentrically arranged pilot burner system and an inclined

1Ö zulaufenden äußeren Luft-Zufuhr-Ringkanalsystem 4. Auch dieses Luft-Zufuhr- Ringkanalsystem 4 ist mit einer Drallbeschaufelung 7 versehen. Stromaufwärts der Drallbeschaufelung befinden sich Gasdüsenrohre 10 mit einer Mehrzahl von Gasdüsen 11 im Strömungsquerschnitt des Hauptluftstrom.es L_H. Diese werden aus einem Gasringkanal 9 gespeist, welcher eine Häupt-Gas-Zuführungsleitung 8 aufweist *1Ö tapering outer air supply ring channel system 4. This air supply ring channel system 4 is also provided with a swirl blading 7. Upstream of the swirl blading there are gas nozzle pipes 10 with a plurality of gas nozzles 11 in the flow cross section of the main air flow L _H . These are fed from a gas ring channel 9, which has a main gas supply line 8 *

Erfindungsgemäß weist der Brenner zusätzlich einen weiteren Öl-Ringkanal 13 auf, welcher aus einer Häupt-Öl-Zuleitung 12 gespeist wird. Dieser Öl-Ringkänal 13 liegt konzentrisch zum Pilotbrennersystem 1, 2, 3, 5, 6, und zwar in dem Bereich, in dem dieses mit dem Hauptbrenner* system 4, 7 zusammenstößt * Ein dort Bei bisherigen Kon-(y ) 25 struktionen ohnehin vorhandener Freiraum kann den Öl-Ringkanal 13 aufnehmen. Er kann durch eine einzige zusätzliche Trennwand gebildet werden. Der Öl-Ringkanal 13 weist Bohrungen durch die Wand zum äußeren Luft-Zufuhr4ti.ngkanalsystem 4 auf, welche im Bereich der Drallbeschaufelung 7 enden. Diese Bohrungen sind mit Düsen versehen, welche einen Öl-Sprühstrahl 15 erzeugen, der ungefähr senkrecht zum Hauptluftstrom L₀ gerichtet ist. Bei Anordnung der Düsen im Bereich der höchsten Strömungsgeschwindigkeit,,According to the invention, the burner additionally has a further oil ring channel 13, which is fed from a main oil supply line 12. This oil ring channel 13 is located concentrically to the pilot burner system 1, 2, 3, 5, 6, in the area where it meets the main burner system 4, 7. A free space that is already present there in previous designs can accommodate the oil ring channel 13. It can be formed by a single additional partition wall. The oil ring channel 13 has holes through the wall to the outer air supply channel system 4, which end in the area of the swirl blades 7. These holes are provided with nozzles that generate an oil spray jet 15 that is directed approximately perpendicular to the main air flow L _0. When the nozzles are arranged in the area of the highest flow velocity,,

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d. h. im Bereich des geringstens Querschnittes der Drallbeschaufelung, bewirkt der Hauptluftstrom L_H eine feine Zerstäubung des eingespritzten Öls. Vorzugsweise ist in jedem Zwischenraum zwischen den Schaufeln der Drallbeschaufelung 7 mindestens eine Einlaßdüse 14 angeordnet. Über den Öldruck im Öl-Ringkanal 13 kann die Ölzufuhr geregelt werden.ie in the area of the smallest cross-section of the swirl blading, the main air flow L _H causes a fine atomization of the injected oil. Preferably, at least one inlet nozzle 14 is arranged in each space between the blades of the swirl blading 7. The oil supply can be regulated via the oil pressure in the oil ring channel 13.

Der erfindungsgemäße Brenner ermöglicht eine flexible Anpassung an die jeweils zur Verfügung stehende Brennstoff art bei gleichzeitiger Minimierung der NO -Emission.The burner according to the invention enables flexible adaptation to the type of fuel available while simultaneously minimizing NO emissions.

&zgr; Sowohl bei Betrieb mit Gas, wie auch bei Betrieb mit Öl und ggf. bei Kombinationen beider Betriebsweisen kann der Brenner als Vormischbrenner arbeiten, wobei die Stabilität der Flamme durch ein Pilotbrennersystem gewährleistet wird. &zgr; The burner can work as a premix burner when operating with gas or oil, and possibly in combinations of both modes, with the stability of the flame being ensured by a pilot burner system.

9 -ansprüche
1 Figur9 -claims
1 figure

Claims

- 6 -Paclaims

1. Burner for operation with gas (G) and/or oil (O), comprising a central pilot burner system (1, 2, 3, 5, 6) which can be operated with gas and/or oil as a diffusion burner or separate premix burner, wherein the option of feeding in inert substances (I) can additionally be present; further comprising an annular main burner system (4, 7) surrounding the pilot burner system (1, 2, 3, 5, 6) for premix operation with gas (G _H ), which can be mixed into the main air flow (L _H ) from a plurality of nozzles (11), characterized in that inlet nozzles (14) for oil (�Ogr;.) are additionally present in the main burner system (4, 7), which enable premixing of the main air flow (L _R ) with oil (0 _H ).

2. Burner according to claim 1, characterized in that the inlet nozzles (14) for oil (O ₉ ) in the region of the swirl blading (7) of the main burner system

(4) are arranged.

3. Burner according to claim 2, characterized in that the inlet nozzles (14) are arranged in the region of the highest flow velocity between the swirl blades (7).

4. Burner according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the inlet nozzles (14) for oil (0 _H ) are directed and dimensioned so that in the normal load range of the burner the finest possible atomization and uniform distribution in the main oil flow (L _H ) results.

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5. Burner according to claim 4, characterized in that the inlet nozzles (14) are directed approximately perpendicular to the direction of the main air flow (Lu).

o.Burner according to one of the preceding claims, characterized in that at least one inlet nozzle (14) is arranged in each space between the blades of the swirl blading (7).

7. Burner according to one of the preceding claims, characterized in that the inlet nozzles (14) are connected to an annular channel (13) which surrounds the pilot burner system (1, 2, 3, 5, 6) approximately concentrically and can be supplied with oil (0") through a main oil supply line (12).

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8. Burner according to claim 7, characterized in that the annular channel (13) between the pilot burner system (1, 2, 3, 5, 6) and the main burner

system (4, 7), preferably in the region of the collision of these systems.

9. Burner according to claim 7 or 8, characterized in that the annular channel (13) with the

^f / &Lgr; 25 wall area of the swirl blading, wherein the inlet nozzles (14) are designed as bores, if necessary with nozzle-shaped screw inserts.