EP0059490B1 - Annular combustion chamber with an annular burner for gas turbines - Google Patents

Annular combustion chamber with an annular burner for gas turbines Download PDF

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EP0059490B1
EP0059490B1 EP82200099A EP82200099A EP0059490B1 EP 0059490 B1 EP0059490 B1 EP 0059490B1 EP 82200099 A EP82200099 A EP 82200099A EP 82200099 A EP82200099 A EP 82200099A EP 0059490 B1 EP0059490 B1 EP 0059490B1
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EP
European Patent Office
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gas
ducts
burner
annular
combustion chamber
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Expired
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EP82200099A
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German (de)
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EP0059490A1 (en
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Bernard Dipl.-Ing. Matt
Theo Woringer
Gerassime Dr.Dipl.-Ing. Zouzoulas
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BBC Brown Boveri AG Switzerland
Original Assignee
BBC Brown Boveri AG Switzerland
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Publication date
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Publication of EP0059490A1 publication Critical patent/EP0059490A1/en
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
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    • 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
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply

Definitions

  • Another disadvantage of such conventional burners is that, at least in the ignition zone of the fuel / air mixture, there are stoichiometric conditions and thus locally high flame temperatures, which favors the formation of undesirable nitrogen oxides.
  • the total air flow through the burner apart from the cooling air flow for the combustion chamber wall, is divided into a primary air flow that flows through the combustion zone and one or more mixed air flows, which have to be mixed and swirled with the combustion gases further downstream after the burner outlet. for which high speeds with correspondingly large pressure losses are required.
  • the combustion air is, apart from a small amount of cooling air, which for Rieh to Abzapfstellen 4, 5 and 6 - tion of the shaft channel and the casing is diverted from the compressor 7 through an annular diffuser 8, which expands in front of the ring burner 3 to a plenum chamber 9, promoted in the burner 3, where it is evenly and intimately mixed with the fuel gas or in addition to the fuel gas with an atomized liquid fuel over the entire channel section.
  • the combustion mixture ignites and the combustion gases pass through the combustion chamber 2, where the cooling air branched off in front of the burner is fed, into the turbine 10 for work approximately uniform distribution of speed across the height of the diffuser channel.
  • the ring burner 3 is preferably composed of circular ring sectors, particularly in the case of larger units. The number of such sectors will generally depend on the size of the burner.
  • the sector 12 shown in FIGS. 2 and 3 in view and in a radial section covers 22.5 °, i. that is, the associated entire burner consists of 16 such sectors.
  • the outermost part of the sector is formed by the gas distribution box 13, which, as shown in FIG. 3, is divided by a partition 14 into a main gas chamber 15 and an ignition gas chamber 16, to which the gas is supplied through the gas supply lines 17 and 18. These two gas supply lines in turn branch off from a manifold, not shown.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ringbrennkammer mit Ringbrenner für Gasturbinen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to an annular combustion chamber with an annular burner for gas turbines according to the preamble of patent claim 1.

Gegenüber Einzelbrennkammern haben Ringbrennkammern u. a. den Vorteil einer kompakteren Bauweise der Gasturbinen. Der Druckverlust, den eine Ringbrennkammer herkömmlicher Bauart verursacht, liegt jedoch eher über demjenigen einer Einzelbrennkammer. Beiden gemeinsam ist aber, daß die Temperaturverteilung vor der Turbine nicht befriedigt.Compared to individual combustion chambers, ring combustion chambers have u. a. the advantage of a more compact design of the gas turbines. However, the pressure loss caused by an annular combustion chamber of a conventional type is rather higher than that of a single combustion chamber. Common to both is that the temperature distribution in front of the turbine is not satisfactory.

Die heute üblichen Brenner für Ringbrennkammern bestehen aus einer relativ kleinen Anzahl von über den Umfang der Ringbrennkammer verteilten Einzelbrennern, im allgemeinen 10 bis 20, in Ausnahmefällen bis zu 48. Die Temperaturverteilung im Gasstrom am Eintritt in die Turbine ist daher, wie schon gesagt, nicht so gleichmäßig wie es wünschenswert wäre, insbesondere bei einer geringen Anzahl von Einzelbrennern. Dazu kommt, daß bei diesen Brennern eine zufriedenstellende Flammenstabilisierung eine große Rezirkulationszone benötigt, die mit Drallerzeugern oder Flammenhaltern großer Blockierung erzeugt wird, die zu den Druckverlusten in der Brennkammer beitragen.Today's burners for ring combustion chambers consist of a relatively small number of individual burners distributed over the circumference of the ring combustion chamber, generally 10 to 20, in exceptional cases up to 48. The temperature distribution in the gas stream at the inlet to the turbine is therefore, as already said, not as even as would be desirable, especially with a small number of individual burners. In addition, in these burners satisfactory flame stabilization requires a large recirculation zone, which is created with swirl generators or flame holders with large blocking, which contribute to the pressure losses in the combustion chamber.

Nachteilig ist bei solchen konventionellen Brennern ferner, daß zumindest in der Zündzone des Brennstoff/Luft-Gemisches stöchiometrische Verhältnisse und damit örtlich hohe Flammentemperaturen herrschen, was die Bildung unerwünschter Stickoxide begünstigt. Der gesamte Luftdurchsatz durch den Brenner ist dabei, abgesehen vom Kühlluftstrom für die Brennkammerwandung, aufgeteilt in einen Primärluftstrom, der durch die Brennzone strömt, und in einen oder mehrere Mischluftströme, die nach dem Brenneraustritt weiter stromabwärts mit den Verbrennungsgasen gut vermischt und verwirbelt werden müssen, wozu große Geschwindigkeiten mit entsprechend großen Druckverlusten erforderlich sind.Another disadvantage of such conventional burners is that, at least in the ignition zone of the fuel / air mixture, there are stoichiometric conditions and thus locally high flame temperatures, which favors the formation of undesirable nitrogen oxides. The total air flow through the burner, apart from the cooling air flow for the combustion chamber wall, is divided into a primary air flow that flows through the combustion zone and one or more mixed air flows, which have to be mixed and swirled with the combustion gases further downstream after the burner outlet. for which high speeds with correspondingly large pressure losses are required.

Aus der US-PS 4 100 733 ist ein Gasturbinentriebwerk bekannt, das eine Mehrzahl von Einzelbrennkammern in ringförmiger Anordnung um den Wellentunnel herum aufweist. Diesen Einzelbrennkammernsind kreisringförmige Brenner mit einer Mischeinrichtung für flüssige und gasförmige Brennstoffe vorgesetzt, die mindestens eine scheibenförmige Kammer aufweisen, die ihrerseits durch konzentrische Blechringe in einander radial benachbarte Ringräume unterteilt ist. Über einen inneren und einen äußeren Ringkanal wird Brennstoff in diese Ringräume zugeführt, die durch axiale, luftdurchströmte Mischrohre in regelmäßige Felder unterteilt sind. Diese Mischrohre sind mit je einem Paar radial bzw. tangential gerichteter Düsen versehen, über welche eine Vermischung der Verbrennungsluft mit dem Brennstoff stattfindet. Das Brennstoff/Luft-Gemisch wird nach dem Austritt aus den erwähnten Ringräumen in der Brennkammer verbrannt. Das Brennstoff/Luft-Gemisch wird bei schwacher Last nur in einem der Ringräume, dem primären Ringraum, erzeugt. Bei höherer Last wird auch im zweiten, sekundären Ringraum Brenngemisch gebildet und dahinter verbrannt.From US-PS 4 100 733 a gas turbine engine is known which has a plurality of individual combustion chambers in an annular arrangement around the shaft tunnel. These individual combustion chambers are preceded by annular burners with a mixing device for liquid and gaseous fuels, which have at least one disk-shaped chamber, which in turn is divided into annular spaces that are radially adjacent to one another by concentric sheet metal rings. Fuel is fed into these annular spaces via an inner and an outer ring channel, which are divided into regular fields by axial, air-mixed tubes. These mixing tubes are each provided with a pair of radially or tangentially directed nozzles via which the combustion air is mixed with the fuel. The fuel / air mixture is burned in the combustion chamber after exiting the aforementioned annular spaces. The fuel / air mixture is only generated in one of the annular spaces, the primary annular space, when the load is low. At higher loads, a combustion mixture is also formed in the second, secondary annulus and burned behind it.

Bei der aus Fig. 1 der genannten Patentschrift ersichtlichen Anordnung einer Mehrzahl solcher Einzelbrenner wird der durch den Ringquer.- schnitt zwischen Wellenkanal und Außenmantel . mögliche Luftdurchsatz nicht ausgenützt, da sich mit den Einzelbrennern der genannte Ringquerschnitt nicht voll überdecken läßt.In the arrangement of a plurality of such individual burners which can be seen in FIG. 1 of the said patent specification, the cross-section between the shaft channel and the outer jacket is shown by the ring cross section. possible air flow is not used because the ring cross-section cannot be completely covered with the individual burners.

Dieser Nachteil wird vermieden, wenn statt mehrerer Einzelbrenner eine einzige, in der oben beschriebenen Weise ausgebildete Brennereinrichtung vorgesehen wird, die den erwähnten Ringquerschnitt, der den maximalen Luftdurchsatz ermöglicht, ausfüllt. Eine solche Brennereinrichtung umschließt also mit ihrem zentralen Teil den Wellentunnel. Daraus resultieren aber Nachteile bezüglich Montage und Demontage, speziell bezüglich letzterer, und zwar insofern, als diese Bauart herstellungsbedingt einstückig ausgeführt wird und dadurch die Montage, vor allem aber auch die Demontage erschwert. Bei einer nur an der Brennereinrichtung erforderlichen Reparatur oder zwecks deren Auswechslung muß bei kleineren Gasturbinen der in der erwähnten Fig. 1 gezeigten Bauart der Verdichter- oder der Turbinenrotor vom gemeinsamen Wellenstrang gelöst werden, was die Wartungs- und Instandhaltungskosten ungebührlich verteuert.This disadvantage is avoided if, instead of a plurality of individual burners, a single burner device which is designed in the manner described above is provided and which fills the ring cross-section mentioned, which enables the maximum air throughput. Such a burner device thus encloses the shaft tunnel with its central part. However, this results in disadvantages with regard to assembly and disassembly, especially with regard to the latter, to the extent that this type of construction is made in one piece due to the manufacture and thereby complicates assembly, but above all also disassembly. In the case of a repair required only on the burner device or for the purpose of replacing it, the compressor or turbine rotor must be detached from the common shaft train in the case of smaller gas turbines of the type shown in the aforementioned FIG. 1, which increases the maintenance and repair costs unduly.

Wegen der unhandlichen Abmessungen, der erschwerten Montage, Demontage und Reparaturmöglichkeiten kommt eine solche Bauart auch für Brennereinrichtungen von großen stationären Gasturbinenanlagen, bei denen die Brennereinrichtung von der Turbine selbst räumlich getrennt ist, nicht in Frage.Because of the unwieldy dimensions, the difficult assembly, disassembly and repair options, such a design is also out of the question for burner devices of large stationary gas turbine plants in which the burner device is spatially separated from the turbine itself.

Mit der vorliegenden, im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Ringbrennkammer mit Ringbrenner sollen die vorerwähnten Nachteile der bekannten Bauarten von Ringbrennkammern mit Einzelbrennern vermieden werden.With the present ring combustion chamber with ring burner defined in the characterizing part of patent claim 1, the aforementioned disadvantages of the known designs of ring combustion chambers with individual burners are to be avoided.

Darüber hinaus besteht die der Erfindung zugrundeliegende Konzeption des Mischungs- und Verbrennungsvorganges darin, daß bereits vor der Zündzone eine sehr gute, innige Vermischung der Luft mit dem gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoff stattfinden soll, was niedrigere Temperaturspitzen, eine gleichmäßigere Temperaturverteilung vor der Gasturbine und eine verminderte Stickoxidbildung zur Folge hat. Durch eine entsprechend gewählte Luftge- schwindigkeit werden dabei Rückzündungen vermieden. Außerdem entfallen dadurch die üblichen, stark widerstandserhöhenden Elemente zur Erzeugung von Turbulenz oder einer Rückströmung, so daß auch die damit verbundenen Druckverluste vermieden werden.In addition, the concept of the mixing and combustion process on which the invention is based is that very good, intimate mixing of the air with the gaseous and / or liquid fuel is to take place before the ignition zone, which results in lower temperature peaks, a more uniform temperature distribution in front of the gas turbine and reduced nitrogen oxide formation. It backfiring be avoided speed - through an appropriately selected Luftge. In addition, this eliminates the usual, highly resistance-increasing elements for generating turbulence or backflow, so that the pressure losses associated therewith are also avoided.

Die erfindungsgemäße Ringbrennkammer mit Ringbrenner soll außerdem vom Prinzip her sowohl für gasförmige als auch für flüssige Brennstoffe sowie für den gleichzeitigen Betrieb mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen eingerichtet werden können.The ring combustion chamber with ring burner according to the invention is also intended in principle for both gaseous and liquid combustion substances as well as for simultaneous operation with gaseous and liquid fuels.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben. In den Zeichnungen stellt dar:

  • Fig. 1 einen schematischen Ausschnitt aus einer Gasturbine mit einer erfindungsgemäßen Ringbrennkammer/Ringbrenner-Kombination,
  • Fig. 2 eine Vorderansicht auf einen Sektor eines Ringbrenners als Bestandteil der vorliegenden Erfindung,
  • Fig. 3 einen Radialschnitt gemäß dem Schnittverlauf 111-111 von Fig. 2,
  • Fig. 4 einen Radialschnitt durch einen mit Gas und mit flüssigem Brennstoff betreibbaren Dualringbrenner gemäß der Erfindung, die
  • Fig. 5 bis 7 in schematischer Form die wirksamen Brennzonen des Dualringbrenners nach Fig. 4 bei verschiedenen Lastzuständen,
  • Fig. 8 einen Radialschnitt durch einen Sektor einer weiteren Ausführungsform eines für Gasbetrieb vorgesehenen Ringbrenners, und die
  • Fig. 9 einen Querschnitt gemäß dem in Fig. 8 eingetragenen Schnittverlauf IX-IX.
The invention is described below with reference to the embodiments shown in the drawings. In the drawings:
  • 1 shows a schematic section of a gas turbine with an annular combustion chamber / annular burner combination according to the invention,
  • 2 is a front view of a sector of a ring burner as part of the present invention,
  • 3 is a radial section according to the section 111-111 of FIG. 2,
  • Fig. 4 is a radial section through a gas and liquid fuel operated dual ring burner according to the invention, the
  • 5 to 7 in schematic form the effective combustion zones of the dual ring burner according to FIG. 4 under different load conditions,
  • 8 shows a radial section through a sector of a further embodiment of a ring burner provided for gas operation, and the
  • Fig. 9 shows a cross section according to the section line IX-IX entered in Fig. 8.

Aus Fig. 1 geht die Anordnung einer erfindungsgemäßen Ringbrennkammer mit Ringbrenner innerhalb einer ansonsten konventionellen Gasturbine hervor. Die Kombination Brennkammer 2 und Brenner 3 ist hier mit 1 bezeichnet und besitzt ein gemeinsames Gehäuse. Praktisch werden die Brennkammer 2 und der Brenner 3 getrennte Bauteile sein, insbesondere bei größeren Einheiten, da bei diesen, wie unten dargelegt wird, der Ringbrenner 3 vorzugsweise aus Sektoren zusammengesetzt ist. Die Verbrennungsluft wird, abgesehen von einer geringen Kühlluftmenge, die an Abzapfstellen 4, 5 und 6 zur Küh- lung des Wellenkanals und des Gehäuses abgezweigt wird, vom Verdichter 7 durch einen Kreisringdiffusor 8, der sich vor dem Ringbrenner 3 zu einem Stoßdiffusor 9 erweitert, in den Brenner 3 gefördert, wo sie mit dem Brenngas oder zusätzlich zum Brenngas noch mit einem zerstäubten flüssigen Brennstoff über den ganzen Kanaiquerschnitt gleichmäßig innig vermischt wird. Am Brenneraustritt entzündet sich das Brenngemisch und die Verbrennungsgase gelangen durch die Brennkammer 2, wo ihnen die vor dem Brenner abgezweigte Kühlluft zugeführt wird, zur Arbeitsleistung in die Turbine 10. Im Kreisringdiffusor 8 ist eine ringförmige Stolperleiste 11 vorgesehen, die als Turbulenzerzeuger dient und damit eine etwa gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung über die Höhe des Diffusorkanals bewirkt.1 shows the arrangement of an annular combustion chamber according to the invention with an annular burner within an otherwise conventional gas turbine. The combination of combustion chamber 2 and burner 3 is designated 1 here and has a common housing. In practice, the combustion chamber 2 and the burner 3 will be separate components, in particular in the case of larger units, since in these, as explained below, the ring burner 3 is preferably composed of sectors. The combustion air is, apart from a small amount of cooling air, which for Küh to Abzapfstellen 4, 5 and 6 - tion of the shaft channel and the casing is diverted from the compressor 7 through an annular diffuser 8, which expands in front of the ring burner 3 to a plenum chamber 9, promoted in the burner 3, where it is evenly and intimately mixed with the fuel gas or in addition to the fuel gas with an atomized liquid fuel over the entire channel section. At the burner outlet, the combustion mixture ignites and the combustion gases pass through the combustion chamber 2, where the cooling air branched off in front of the burner is fed, into the turbine 10 for work approximately uniform distribution of speed across the height of the diffuser channel.

Die Brennkammer 2 kann als Folge der noch zu erläuternden vorteilhaften Eigenschaften des Ringbrenners als im wesentlichen glatter Kanal gemäß Fig. 1 ohne die sonst üblichen Einbauten zur Verwirbelung des Brenngemisches ausgeführt werden. Die Beschreibung der Erfindung beschränkt sich daher im folgenden auf den Ringbrenner allein, der, wie schon erwähnt, im allgemeinen als ein von der Ringbrennkammer getrennter Bauteil ausgeführt wird.The combustion chamber 2 can, as a result of the advantageous properties of the ring burner yet to be explained, be designed as an essentially smooth duct according to FIG. 1 without the usual fittings for swirling the combustion mixture. The description of the invention is therefore limited to the ring burner alone, which, as already mentioned, is generally designed as a component separate from the ring combustion chamber.

Der Ringbrenner 3 wird vorzugsweise, insbesondere bei größeren Einheiten, aus Kreisringsektoren zusammengesetzt. Die Anzahl solcher Sektoren wird im allgemeinen von der Größe des Brenners abhängen. Der in den Fig. 2 und 3 in Ansicht und in einem Radialschnitt dargestellte Sektor 12 überdeckt 22,5°, d. h., daß der zugehörige ganze Brenner aus 16 solcher Sektoren besteht. Den äußersten Teil des Sektors bildet der Gasverteilerkasten 13, der, wie Fig. 3 zeigt, durch ein Trennschott 14 in eine Hauptgaskammer 15 und eine Zündgaskammer 16 unterteilt ist, denen das Gas durch die Gaszuleitungen 17 und 18 zugeführt wird. Diese beiden Gaszuleitungen zweigen ihrerseits von einer nicht dargestellten Sammelleitung ab. Vom Gasverteilerkasten 13 zweigen von den beiden Gaskammern 15 und 16 radiale Plattenkanäle 19 bzw. 20 ab, die von in Umfangsrichtung verlaufenden Plattenkanälen 21 bzw. 22 senkrecht geschnitten werden. Die Plattenkanäle 19 bis 22 bilden ein mit dem Gasverteilerkasten 13 kommunizierendes, gitterartiges Kanalnetz, das Waben von angenähert quadratischem Querschnitt begrenzt, in die während des Betriebes aus Düsen 23, 24, die in allen Kanalwandungen vorgesehen sind, Gas einströmt. Aus Fig. 3 geht hervor, daß sowohl für das Hauptgas als auch für das Zündgas für jede Wabe je eine Reihe von in einer Ebene liegenden Düsen vorgesehen ist. Es könnten aber natürlich auch, je nach Brennerleistung, zwei oder mehr solcher Düsenreihen vorgesehen sein, die entweder in Strömungsrichtung fluchtend oder gestaffelt hintereinander angeordnet sein können.The ring burner 3 is preferably composed of circular ring sectors, particularly in the case of larger units. The number of such sectors will generally depend on the size of the burner. The sector 12 shown in FIGS. 2 and 3 in view and in a radial section covers 22.5 °, i. that is, the associated entire burner consists of 16 such sectors. The outermost part of the sector is formed by the gas distribution box 13, which, as shown in FIG. 3, is divided by a partition 14 into a main gas chamber 15 and an ignition gas chamber 16, to which the gas is supplied through the gas supply lines 17 and 18. These two gas supply lines in turn branch off from a manifold, not shown. Radial plate channels 19 and 20 branch off from the gas distribution box 13 from the two gas chambers 15 and 16 and are cut perpendicularly by plate channels 21 and 22 running in the circumferential direction. The plate channels 19 to 22 form a grid-like channel network communicating with the gas distribution box 13, which limits honeycombs of approximately square cross-section, into which gas flows during operation from nozzles 23, 24 which are provided in all channel walls. 3 shows that a row of nozzles lying in one plane is provided for each honeycomb for both the main gas and the ignition gas. Of course, depending on the burner output, two or more such rows of nozzles could also be provided, which can either be aligned in the flow direction or staggered one behind the other.

Bei der dargestellten Ausführung bestehen bei den zwei mittleren Wabenreihen alle vier Begrenzungen aus den Plattenkanälen 19 bzw. 20, während bei der äußersten und der innersten Wabenreihe die radial äußere bzw. radial innere Begrenzung von Abschirmblechen 25 bzw. 26 gebildet wird. In diese beiden Wabenreihen wird also nur aus zwei radialen und aus einem in Umfangsrichtung verlaufenden Plattenkanal Gas zugeführt.In the embodiment shown, in the two middle rows of honeycombs all four boundaries consist of the plate channels 19 and 20, while in the outermost and the innermost rows of honeycombs the radially outer and radially inner boundaries of shielding plates 25 and 26 are formed. In these two rows of honeycomb gas is supplied only from two radial and from one circumferential plate channel.

Am Brenneraustritt, d. h., am vorderen Ende aller Plattenkanäle für das Zündgas sind Flammenhalter 27 vorgesehen, die bei den zwei mittleren Wabenreihen den aus Fig. 2 ersichtlichen doppeltrapezförmigen Umriß aufweisen. Zur Wahrung der Übersichtlichkeit ist die vollständige Vorderansicht dieser Flammenhalter nur für zwei mittlere und zwei äußere Waben eingezeichnet.At the burner outlet, d. that is, flame holders 27 are provided at the front end of all plate channels for the ignition gas, which have the double trapezoidal outline shown in FIG. 2 in the two middle honeycomb rows. To maintain clarity, the full front view of these flame holders is only shown for two middle and two outer honeycombs.

Wie Fig. 3 zeigt, ist der Querschnitt der Flammenhalter U-förmig, wobei im Steg Flammenhalterdüsen 28 und im schlitzförmigen Austrittskanal vor den Flammenhalterdüsen Prallplatten 29 vorgesehen sind, die in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise gegeneinander versetzt sind, um eine gute Verwirbelung des austretenden Gasstrahles für die Stützflamme zu erzielen.As shown in FIG. 3, the cross section of the flame holder is U-shaped, with baffle plates 29 being provided in the web of flame holder nozzles 28 and in the slot-shaped outlet channel in front of the flame holder nozzles, which are offset from one another in the manner shown in FIG to achieve escaping gas jet for the support flame.

Zum Anfahren des Brenners wird die Stützflamme gezündet, die dann das gleichzeitig aus den Zündgasdüsen 24 ausströmende Gas am Brenneraustritt entzündet. Da sowohl die Zündgasdüsen 24 als auch die Flammenhalterdüsen 28 von der Zündgaskammer gespeist werden, ist der Gasstrom für die Stützflamme etwa proportional dem Gasstrom aus den Zündgasdüsen, mit dem die Turbine im Leerlauf und eventuell bei Schwachlast betrieben werden kann. Für höhere Leistung wird aus den Hauptgasdüsen 23 Hauptgas zugeschaltet.To start the burner, the support flame is ignited, which then turns it off at the same time the gas flowing out of the ignition gas nozzles 24 ignites at the burner outlet. Since both the pilot gas nozzles 24 and the flame holder nozzles 28 are fed by the pilot gas chamber, the gas flow for the supporting flame is approximately proportional to the gas flow from the pilot gas nozzles with which the turbine can be operated at idle and possibly under low load. For higher performance 23 main gas is switched on from the main gas nozzles.

Durch die vielen, gleichmäßig über den inneren Umfang der Wabenkanäle verteilten Gasdüsen 23 und 24 in Verbindung mit dem langen Mischungsweg bis zum Brenneraustritt findet bereits vor dem Brenneraustritt auch ohne Verwirbelung eine sehr gute Vermischung des Gases mit der Luft statt, so daß bei kleinem Druckabfall eine sehr gute, über den ganzen Brennerquerschnitt gleichmäßige Verbrennung mit großem Luftüberschuß stattfindet. Dementsprechend ausgeglichen ist auch die Temperaturbeaufschlagung der Turbine durch die Verbrennungsgase, denen in der Brennkammer lediglich noch in der Randzone die an den Abzapfstellen 4, 5 und 6 entnommene Kühlluft durch Schlitze 30 in der Brennkammerwand zugeführt wird.Due to the many gas nozzles 23 and 24 distributed evenly over the inner circumference of the honeycomb channels in connection with the long mixing path up to the burner outlet, the gas is mixed very well with the air even before the burner outlet, without swirling, so that with a small pressure drop there is a very good, uniform combustion with a large excess of air takes place over the entire cross-section of the burner. The temperature of the turbine is also correspondingly balanced by the combustion gases, to which the cooling air extracted at the tapping points 4, 5 and 6 in the combustion chamber is only supplied through slots 30 in the combustion chamber wall in the edge zone.

Die Fig. 4 zeigt einen Radialschnitt durch einen Sektor eines mit flüssigem und gasförmigem Brennstoff betreibbaren Dualbrenners. Dieser besitzt zusätzlich zu den Elementen des für seinen Gasbetrieb vorgesehenen Brenners vor dem Brenneraustritt in einer radialen Reihe angeordnete Brennstoffdüsen 31, die über Brennstoffleitungen 32 reihen- oder gruppenweise, je nach Lastzustand, zusätzlich zum Gas zugeschaltet oder aber allein, nachdem der Brenner mit dem Zündgas über die Leerlaufleistung hochgefahren worden ist, das zum Betrieb unter Last erforderliche Verbrennungsgas liefern, wobei das Zündgas abgeschaltet werden kann, da die Flammenstabilisierung dann durch die am Brenneraustritt infolge der Wirbeln herrschende Rückströmzone bewirkt wird.4 shows a radial section through a sector of a dual burner that can be operated with liquid and gaseous fuel. In addition to the elements of the burner intended for its gas operation, this has fuel nozzles 31 arranged in a radial row in front of the burner outlet, which are connected in rows or in groups via fuel lines 32, depending on the load condition, in addition to the gas or alone after the burner with the ignition gas the idle power has been ramped up to supply the combustion gas required for operation under load, the pilot gas being able to be switched off since the flame stabilization is then brought about by the backflow zone prevailing at the burner outlet as a result of the eddies.

Die Achsen der Brennstoffdüsen 31 fluchten mit den Schnittlinien der radialen und der sich in Umfangsrichtung erstreckenden Plattenkanäle, so daß der Brennstoffstrahl an den Kreuzungspunkten der Platten in jeweils vier Wabenkanälen hinein zerstäubtwird.The axes of the fuel nozzles 31 are aligned with the intersection lines of the radial and the circumferentially extending plate channels, so that the fuel jet is atomized into the four honeycomb channels at the points of intersection of the plates.

Die Fig. 5 bis 7 zeigen schematisch diese Aufteilung der Brennstoffstrahlen und die bei verschiedenen Lastzuständen aktiven Brennstoffdüsen, und zwar die Fig. 5 bei Leerlauf, die Fig. 6 bei einer Teillast und die Fig. 7 bei Vollast. Für Teillast sind in bekannter Weise je nach Einzelfall verschiedene Kombinationen von aktiven Brennstoffdüsen möglich.FIGS. 5 to 7 show schematically this division of the fuel jets and the fuel nozzles active under different load conditions, namely FIG. 5 when idling, FIG. 6 at partial load and FIG. 7 at full load. Different combinations of active fuel nozzles are possible for part load in a known manner, depending on the individual case.

Bei der in Fig. 8 und 9 dargestellten Variante eines Brenners für ausschließlichen Gasbetrieb dient das über die Zündgaskammer 32, Zündgaskanäle 33 und von letzteren abzweigenden Längsrohren 34 einem am Brenneraustritt vorgesehenen Rohrgitternetz zugeführte Zündgas nur zur Flammenstabilisierung. Die Turbine wird über den ganzen Lastbereich ausschließlich durch Hauptgas betrieben, das aus der Hauptgaskammer 35 in radiale Plattenkanäle 36 und aus diesen durch Hauptgasdüsen 37 in die von benachbarten Plattenkanälen 36 gebildeten Luftkanälen gelangt. Die zur Turbinenachse parallelen Längsrohre 34 münden in das erwähnte Rohrgitternetz an den Knoten, die von sich kreuzen den Radialrohren 38 und Ringrohren 39 gebildet werden. Sowohl die Radialrohre 38 als auch die Ringrohre 39 sind mit je zwei Reihen von Flarnmenhalterdüsen 40 bzw. 41 versehen, deren Achsen zur Durchströmungsrichtung des Brenners unter einem spitzen Winkel geneigt sind.In the variant of a burner for exclusive gas operation shown in FIGS. 8 and 9, the ignition gas supplied via the ignition gas chamber 32, ignition gas channels 33 and longitudinal pipes 34 branching from the latter to a pipe grid provided at the burner outlet serves only for flame stabilization. The turbine is operated over the entire load range exclusively by main gas, which passes from the main gas chamber 35 into radial plate channels 36 and from these through main gas nozzles 37 into the air channels formed by adjacent plate channels 36. The longitudinal tubes 34 parallel to the turbine axis open into the aforementioned tube grid network at the nodes, which intersect the radial tubes 38 and ring tubes 39. Both the radial tubes 38 and the ring tubes 39 are each provided with two rows of flame holder nozzles 40 and 41, the axes of which are inclined at an acute angle to the direction of flow through the burner.

Das Rohrgitternetz dieser Ausführungsform bildet zwar keine geschlossen begrenzten Kanäle wie bei den Ausführungen nach den Fig. 2 bis 4, infolge der dichten Verteilung der Hauptgasdüsen 37 über die Kanalhöhe und insgesamt über den Brennerquerschnitt ist aber ebenfalls eine gute, gleichmäßige Vermischung von Gas und Luft mit den eingangs beschriebenen Vorteilen gewährleistet.2 to 4, due to the dense distribution of the main gas nozzles 37 over the channel height and overall over the burner cross section, a good, uniform mixing of gas and air is also with guaranteed the advantages described above.

Claims (5)

1. Annular combustion chamber with annular burner for gas turbines, having burner elements located regularly distributed about the periphery of the substantially circular annular cylindrical inlet cross-section of the annular combustion chamber and having gas ducts (19, 20, 21,22; 33, 34, 36, 38, 39) extending in the radial and peripheral directions, which ducts form a continuous and unterconnected grid-type duct system, one part of these gas ducts (19, 20, 21, 22; 36, 38, 39) having rows of nozzles (23, 24, 28; 37, 40, 41) which are located parallel to the longitudinal extension of these gas ducts, characterised in that one part of the gas ducts (19, 21; 36) serves to supply the main gas, that these gas ducts (19, 21; 36) are designed as plate ducts and limit honeycomb ducts of approximately square cross-section for the mixing of the gas with the combustion air, that the other gas ducts (20, 22; 33; 34, 38, 39) serve to supply ignition gas, and that the nozzles provided at the burner outlet for the ignition gas are designed as flame holder nozzles (28 + 29; 40, 41 ).
2. Annular combustion chamber according to claim 1, characterised in that the gas ducts intended for the supply of ignition gas are designed as plate ducts (20, 22) and limit honeycomb ducts of approximately square cross-section for the mixing of the gas with the combustion air.
3. Annular combustion chamber according to claim 1, characterised in that the gas ducts for the supply of ignition gas consist of mutually communicating radial ignition gas ducts (33), longitudinal pipes (34), radial pipes (38) and ring pipes (39).
4. Annular combustion chamber according to claim 2 for use as a dual annular burner, characterised in that fuel nozzles (31) for liquid fuels are provided in a plane before the burner inlet, the nozzles axes being aligned with the axes of the nodes formed by the radially and peripherally extending plate ducts (19, 20, 21, 22).
5. Annular combustion chamber according to one of claims 1 to 4, characterised in that the annular burner is sub-divided into circular annular sectors.
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