DE967203C - Verbrennungseinrichtung, insbesondere fuer Gasturbinen - Google Patents

Description

• Verbrennungseinrichtung, insbesondere für Gasturbinen Die Erfindung bezieht sich auf Verbrennungseinrichtungen, insbesondere für Gasturbinen, zum Verbrennen eines langsam ab- bzw. verbrennenden Brennstoffes, wie beispielsweise Schweröls oder pulverförmigen festen Brennstoffes, in Luft, welche als schnell strömender Luftstrom zugeleitet wird.
• In der französischen Patentschrift 540 395 wird eine Brennereinrichtung beschrieben, welche eine Wirbelbrennkammer und einen tangentialen Einlaßstutzen in der Umfangswand der Kammer zugeleitet wird, wobei der Brennstoff verbrennt, während er von dem Luftstrom getragen wird, der den tangentialen Einlaßstutzen entlang und radial nach innen durch die Wirbelkammer hindurch vom tangentialen Einlaßstutzen her in einer Spiralwirbelbahn nach einem Auslaß in der einen Seitenwandung der Kammer auf ihrer Achse strömt, eine ähnliche Anordnung ist in der deutschen Patentschrift q.za 258 beschrieben.
• Wenn Brennstoff der obenerwähnten Gattung in einem schnell strömenden Luftstrom verbrannt wird, wie er beispielsweise bei einer Gasturbine vorhanden ist, bei welcher die Luftgeschwindigkeit bis zu roo m/sec betragen kann, entstehen besondere Probleme. Langsam ab- bzw. verbrennende Brennstoffe enthalten einen gewissen Anteil an relativ flüchtigen Bestandteilen, und es hat sich herausgestellt, daß diese Bestandteile, wenn die Verbrennung in die Wege geleitet wird, abgegeben werden, wobei die festen Bestandteile verbleiben. Die festen Bestandteile können 'in den Einrichtungen derjenigen Gattung, die in den obenerwähnten Patentschriften beschrieben sind, solange zurückgehalten werden, bis sie verbrannt sind, während jedoch die flüchtigen Bestandteile, die in Form von Dämpfen auftreten, die Tendenz haben, unmittelbar durch den schnell strömenden Luftstrom nach dem Wirbelkammerausgang mitgerissen zu werden, und zwar bevor sie vollständig verbrannt sind. Außerdem kann die Frischluft, welche kontinuierlich dem brennenden Brennstoff zugeführt wird, die Flamme abkühlen, so daß die flüchtigen Bestandteile dann überhaupt nicht verbrannt werden.
• Gemäß der Erfindung werden ein Flammenstabilisator zur Schaffung einer stabilen Zündzone im tangentialen Lufteintrittsstutzen und eine Brennstoffzufuhreinrichtung für das Einbringen des Brennstoffes in diese Zündzone hinein geschaffen. Auf diese Weise ist es möglich, die Anordnung so zu treffen, daß die flüchtigen Bestandteile wenigstens bis zu einem beträchtlichen Ausmaß in der stabilen Zündzone im Einlaßstutzen verbrannt werden, während die Verbrennung der festen Bestandteile fortgesetzt wird, wenn diese auf dem Weg eines Spiralwirbels in die Wirbelbrennkammer geleitet werden.
• Flammenstabilisatoren an und für sich sind bereits, beispielsweise durch die USA.-Patentschrift 2 417 445 bekannt. Jedoch sind bisher Flammenstabilisatoren nur bei Brenneinrichtungen zum Verbrennen von relativ flüchtigem flüssigem Brennstoff zur Anwendung gekommen, bei welchen das Problem des Trennens der Verbrennung von flüchtigen und festen Bestandteilen nicht auftritt.
• Verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, in welcher Fig. i einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform zeigt; Fig. 2 zeigt in größerem Maßstab eine Einzelheit von Fig. i ; Fig. 3 zeigt ein Gerät zur Entfernung von Asche.
• Fig. i zeigt eine Verbrennungseinrichtung, welche ein zylindrisches Flammrohr i aufweist, welches von einem rasch fließenden Luftstrom, z. B. der Förderluft des Luftkompressors einer Gasturbomaschine, durchströmt wird.
• Das Flammrohr i enthält einen Druckluftbrenner 23 zur Verbrennung von Rohöl, wobei unter »Druckluftbrenner« in diesem Fall ein Brenner verstanden wird, in welchem die Zerstäubung des Brennstoffs durch einen Druckluftstrom erfolgt. Diesem Brenner wird der flüssige Brennstoff durch ein Rohr 2i zugeleitet, während komprimierte Luft durch Leitung 22 zugeleitet wird, um den Brennstoff zu zerstäuben. Das Flammrohr i bildet die primäre Verbrennungszone und die darin gebildeten Verbrennungsgase werden über eine spiralförmige Leitung 5 in eine Wirbelkammer 4 geleitet, in welcher die sekundäre Verbrennung stattfindet. Fig. 2 zeigt das Flammrohr i in größerem Maßstab. Der Luftstrom wird durch die Leitung 25 geleitet und wird durch eine gleichachsige innere Leitung 26 in zwei Teile geteilt; der äußere Teil geht unmittelbar durch den ringförmigen Raum zwischen 25 und 26 in die Spiralleitung 5 über, während der mittlere Teil teilweise an den Drallschaufeln 23A vorbei und teilweise durch öffnu.ngen 27d eines konischen Einsatzstückes bzw. Strömungshindernisses 27 in die Leitung 5 strömt.
• Die durch die Schaufeln 23 a und Öffnungen 27 a strömende Luft bildet die Primärluft zur teilweisen Verbrennung der Brennstofftröpfchen, welche vom Brenner 23 eingespritzt werden. Die Gase, welche durch diese primäre Verbrennung gebildet werden, gelangen zusammen mit unverbrannten Brennstofftröpfchen und der durch den Ringraum zwischen den Leitungen 25 und 26 strömenden Sekundärluft über die spiralförmige Leitung 5 nach der Wirbelkammer 4, um die Verbrennung zu vervollständigen.
• Innerhalb der Kammer 4 kreisen die Gase um eine Achse 7 in einem Wirbel, wobei die Brennstoffteilchen während der Verbrennung in spiraligen Bahnen sich langsam der Achse nähern, bis sie entweder ganz verbrannt sind oder ein sehr feiner Aschenrückstand übrigbleibt, welcher zusammen mit den Verbrennungsgasen durch den axialen Auslaß 8 strömt.
• Bei einer Gasturbine ist es wichtig, daß unverbrannte Teile daran gehindert werden, zu den Turbinenschaufeln zu gelangen. Andererseits sind die Strömungsbedingungen in der Kammer 4 derart, daß unabhängig von ihren Abmessungen immer eine Anzahl von Teilchen einer gewissen Größe vorhanden ist, welche den Auslaß 8 passieren, wo sie jedoch einer Zentrifugalkraft unterworfen sind und sich gegen den Umfang hin bewegen. Wie in Fig.3 gezeigt, können diese Teilchen durch Abzapfen der Grenzschicht vor der Turbine 13 mittels eines ringförmigen Kanals g entfernt werden, der radial außerhalb der Turbinenschaufeln liegt und der, falls gewünscht, als Umleitung wirken kann und stromabwärts der Turbine 13 wieder in die Abgasleitung einmündet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verbrennungseinrichtung, insbesondere für Gasturbinen, zum Verbrennen eines langsam brennenden Brennstoffs, wie Schweröls oder pulverförmigen festen Brennstoffs, in Luft, welche als schnell strömender Luftstrom zugeleitet wird, bestehend aus einer Wirbelkammer und einem zur Umfangsrichtung der Kammer tangentialen Einlaßstutzen für den Strom, wobei der Brennstoff verbrennt, während er vom Luftstrom getragen wird auf dessen Weg vom tangentialen Einlaß in einem Spiralwirbel nach innen zu einem in einer der Seitenwandungen der Kammer in deren Achse gelegenen Auslaß, gekennzeichnet durch einen Flammenstabilisator zur Schaffung einer stabilen Zündzone im tangentialen Lufteintrittsstutzen und durch eine Brennstoffzufuhreinrichtung für das Einbringen des Brennstoffes in diese Zündzone hinein. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 73o 691, 412 258; französische Patentschrift Nr. 540 395; britische Patentschrift Nr. 552 747; USA.-Patentschrift Nr. 2 417 445.