EP0576697A1 - Brennkammer einer Gasturbine - Google Patents

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EP0576697A1
EP0576697A1 EP92110969A EP92110969A EP0576697A1 EP 0576697 A1 EP0576697 A1 EP 0576697A1 EP 92110969 A EP92110969 A EP 92110969A EP 92110969 A EP92110969 A EP 92110969A EP 0576697 A1 EP0576697 A1 EP 0576697A1
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burners
combustion chamber
combustion
catalytic
gas
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Jacob Dr. Keller
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ABB Research Ltd Sweden
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ABB Research Ltd Switzerland
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D23/00—Assemblies of two or more burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Definitions

  • the invention relates to the combustion chamber of a gas turbine, in which catalytic burners are used in addition to classic burner types.
  • the combination of diffusion burners and catalytic burners is known. It is used in a kind of mixed operation, whereby the combustion chamber is usually started up to a certain partial load in pure diffusion operation. Then more and more catalytic burners are switched on. The aim is to run the combustion chamber in full-load operation in purely catalytic operation.
  • the catalytic burners are characterized by the fact that they remain operational even with a very lean fuel-air mixture. On the other hand, they also have typical disadvantages such as a lack of multi-fuel capability, slow controllability, problematic ignition and start-up.
  • combustion chambers for gas turbines based on premix burners are known, for example from EP-B1 29 619.
  • a pre-mixing / pre-evaporation process with a large excess of air takes place between the injected fuel and the compressor air before the actual combustion process downstream of a flame holder takes place.
  • the emission values of pollutants from combustion can be significantly reduced.
  • the invention tries to avoid all these disadvantages. It is based on the task of creating a measure by means of which the combustion chamber can be operated as close as possible to the lean extinguishing limit, ie in the area in which practically no NO x is produced.
  • this is achieved by the combination of premix burners with catalytically assisted, preferably gas-operated burners, the main combustion being carried out with the premix burners.
  • the premix burner and the catalytic burner are designed to be interchangeable.
  • This provides a simple means of adapting the burner configuration to the particular combustion chamber operation, for example with regard to fuel or pressure.
  • the aim is to be able to operate the combustion chamber without a catalytic burner in order to take full advantage of the premix combustion.
  • the interchangeability of the different types of burners can thus be regarded as a sensible option for switching on catalytic burners as required, whereby only as many catalytic burners are used as are required for stable operation of the combustion chamber.
  • the catalytic burners are provided with exhaust gas recirculation, the exhaust gas preferably being removed from the combustion chamber.
  • This measure is based on the idea of giving the combustion mixture the minimum temperature necessary for the operation of the catalytic burner. This makes it possible to dispense with the pre-burners that were customary in catalytic burners.
  • the catalytic burners are advantageously arranged in the primary zone of the combustion chamber in highly stressed wall parts, where they perform a kind of heat shield function. This measure makes it possible to dispense with the usual wall cooling at the relevant points, which meets the requirement for the surface to be cooled as little as possible.
  • premix burners 10 and catalytic burners 20 are arranged in the dome-shaped end of a combustion chamber in the combustion chamber wall 1.
  • the latter are located locally at locations that would normally need to be cooled heavily. They essentially consist of the actual catalyst 21, which is surrounded by a bell-shaped housing 22.
  • a fuel feed 23 penetrates the housing wall, gas preferably being used as the fuel.
  • the combustion air is conducted into the interior of the housing via an annular air inlet 24.
  • the combustion air at the outlet of the gas turbine compressor, not shown, generally has a temperature of approximately 350 ° C. This is not enough to keep the catalytic combustion going.
  • the air inlet 24 is therefore designed as a jet pump.
  • hot fuel gas is sucked out of the combustion chamber 25 into the interior of the housing via this jet pump.
  • exhaust nozzles 26 which are distributed around the circumference of the catalytic converter and are cooled by the combustion air.
  • the jet pump and the exhaust gas nozzles are dimensioned in such a way that the amount of exhaust gas sucked in is large enough to safely reach the critical temperature of 550 ° C required for the catalyzer.
  • the schematically illustrated premix burner 10 according to FIGS. 1 and 2 is a so-called double-cone burner, as is known for example from EP-B1-0 321 809. It essentially consists of two hollow, conical partial bodies 11, 12 which are nested one inside the other in the direction of flow. The respective central axes 13, 14 of the two partial bodies are offset from one another. The adjacent walls of the two partial bodies in their longitudinal extent form tangential slots 15 for the combustion air, which in this way reaches the interior of the burner. A first fuel nozzle 16 for liquid fuel is arranged there. The fuel is injected into the hollow cone at an acute angle. The resulting conical liquid fuel profile is enclosed by the combustion air flowing in tangentially.
  • the concentration of the fuel is continuously reduced in the axial direction due to the mixing with the combustion air.
  • the burner can also be operated with gaseous fuel.
  • gas inflow openings 17 distributed in the longitudinal direction are provided in the region of the tangential slots in the walls of the two partial bodies. In gas operation, the mixture formation begins with the combustion air thus already in the zone of the inlet slots 15. It goes without saying that mixed operation with both types of fuel is also possible in this way.
  • a fuel concentration that is as homogeneous as possible is established over the loaded cross-section.
  • a defined dome-shaped return flow zone is created at the burner outlet, at the tip of which the ignition takes place.
  • the mode of operation of the invention is now explained on the basis of the fuel control curve in FIG. 4.
  • the burner arrangement shown in FIG. 3 is used as the basis for this and the assumption is made that the burners are only switched on or off in groups. In this case, it proves to be expedient to first ignite the internal burners and then gradually start up further external fuel elements.
  • the burners of groups u, v, w, x and y are premix burners, those of group z are catalytic burners.
  • the groups are designated as such in Fig. 3.
  • the diagram does not show the actual starting process of the gas turbine, which begins at approx. 20% engine speed with the initial ignition via the centrally arranged pilot burner 5 and is completed when the engine reaches the nominal engine speed and the synchronization.
  • the required NO x limit values can easily be fallen below.
  • the stability limit is low due to the low flame temperature.
  • the range between ignitability and extinguishing is relatively narrow for the safe operation of the combustion chamber over the full load range.
  • the combustion chamber is started up with 12 burners according to the thickly drawn switching curve from idling to 15% load.
  • the groups u and w are in operation.
  • the excess air figure at 15% load has become so low that burner group v is now switched on while group w is switched off at the same time.
  • the further control curve when the load is increased is then determined in such a way that the excess air figure is constantly in the same range.
  • group z with the catalytic auxiliary burners is additionally put into operation at 86% load. This results in a driving style directly on the stability limit. It goes without saying that the new measure can be applied not only at full load, but also, if necessary, at partial load. Basically, the catalytic burner can be used to reach operating points that are not possible with pure premix combustion, since the latter must always maintain a certain safety distance from the extinguishing limit.

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Abstract

In einer Brennkammer für Gasturbinen ist eine Kombination von Vormischbrennern (10) mit katalytisch unterstützten, vorzugsweise gasbetriebenen Brennern (20) vorgesehen, wobei die Hauptverbrennung mit den Vormischbrennern durchgeführt wird. Die Vormischbrenner (10) und die katalytischen Brenner (20) sind austauschbar gestaltet. Die katalytischen Brenner (20) sind mit einer Abgasrückführung (24, 26) versehen, wobei das Abgas vorzugsweise dem Brennraum (25) entnommen wird. Der Eintritt der Verbrennungsluft für die katalytischen Brenner ist als Strahlpumpe (24) ausgebildet, welche das Abgas aus dem Brennraum (25) ansaugt. <IMAGE>

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die Brennkammer einer Gasturbine, in welcher gleichzeitig neben klassischen Brennertypen auch katalytische Brenner zum Einsatz gelangen.
    • Stand der Technik
  • Die Kombination von Diffusionsbrennern und katalytischen Brennern ist bekannt. Sie wird eingesetzt in einer Art Mischbetrieb, wobei in der Regel die Brennkammer bis zu einer gewissen Teillast im reinen Diffusionsbetrieb hochgefahren wird. Danach werden mehr und mehr katalytische Brenner zugeschaltet. Dabei wird angestrebt, im Vollastbetrieb die Brennkammer im reinen katalytischen Betrieb zu fahren. Die katalytischen Brenner zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch bei sehr magerem Brennstoff-Luftgemisch betriebsfähig bleiben. Andererseits sind sie auch mit typischen Nachteilen behaftet wie beispielsweise mangelnde Multibrennstoff-Fähigkeit, langsame Regelbarkeit, problematisches Zünden und Hochfahren.
  • Andererseits sind Brennkammern für Gasturbinen auf der Basis von Vormischbrennern bekannt, beispielsweise aus der EP-B1 29 619. Innerhalb einer Anzahl rohrförmiger Elemente läuft zwischen dem eingespritztem Brennstoff und der Verdichterluft ein Vormisch/Vorverdampfungsprozess bei grosser Luftüberschusszahl ab, bevor der eigentliche Verbrennungsprozess stromabwärts eines Flammenhalters stattfindet. Mit dieser Massnahme können die Emissionswerte an Schadstoffen aus der Verbrennung erheblich reduziert werden.
  • Die Verbrennung mit der grösstmöglichen Luftüberschusszahl, - einmal dadurch gegeben, dass die Flamme überhaupt noch brennt und im weiteren dadurch, dass nicht zuviel CO entsteht - vermindert indessen nicht nur die Schadstoffmenge an NOx, sondern bewirkt darüberhinaus auch die Tiefhaltung anderer Schadstoffe, nämlich wie bereits erwähnt von CO und von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. Dieser Optimierungsprozess kann in Richtung noch tieferer NOx-Werte dahin getrieben werden, dass innerhalb der Brennkammer der Raum für die Verbrennung und Nachreaktionen grösser bemessen wird als für die eigentliche Verbrennung notwendig wäre. Dies erlaubt die Wahl einer grösseren Luftüberschusszahl, wobei dann zwar zunächst grössere Mengen CO entstehen, diese aber zu CO₂ weiter reagieren können, so dass schliesslich die CO-Emissionen gering bleiben. Andererseits aber bildet sich wegen des grossen Luftüberschusses nur wenig zusätzliches NO. Da mehrere rohrförmige Elemente bei dieser bekannten Brennkammer das Vormischen übernehmen, werden bei der Lastregelung jeweils nur soviele Elemente mit Brennstoff betrieben, dass sich für die jeweiliege Betriebsphase (Start, Teillast, Vollast) die optimale Luftüberschusszahl ergibt.
  • Andere Typen von Vormischbrennern, bei denen auf Flammenhalter verzichtet werden kann, sind in Form der Doppelkegelbrenner nach EP-B1-0 321 809 bekannt.
  • Alle Brennkammern mit Vormischbrennern weisen jedoch die Unzulänglichkeit auf, dass zumindest in den Betriebszuständen, in denen nur ein Teil der Brenner mit Brennstoff betrieben wird, nahe an die Grenze der Flammenstabilität gestossen wird. In der Tat wird die Löschgrenze aufgrund des sehr mageren Gemisches und der sich daraus ergebenden niedrigen Flammentemperatur bei typischen Gasturbinenbedingungen schon bei einer Luftüberschusszahl von etwa 2,0 erreicht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung versucht all diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Massnahme zu schaffen, mittels der die Brennkammer möglichst nahe an der mageren Löschgrenze betrieben werden kann, d.h. in jenem Bereich, in dem praktisch kein NOx entsteht.
  • Erfindungsgemäss wird dies durch die Kombination von Vormischbrennern mit katalytisch unterstützten, vorzugsweise gasbetriebenen Brennern erreicht, wobei die Hauptverbrennung mit den Vormischbrennern durchgeführt wird.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem in der reinen Stützung der Brennkammer in kritischen Phasen zu sehen, beispielsweise bei vorübergehendem Auftreten von Schwingungen, bei denen das Löschlimit für reine Vormischbrenner zeitweilig überschritten werden kann. Dadurch, dass die katalytischen Brenner bei sehr magerem Gemisch betriebsfähig bleiben, kann die Regelung insofern vereinfacht werden, dass nunmehr beim Belasten und Entlasten der Gasturbine respektiv der Brennkammer Luftzahlbereiche durchquert werden können, die mit reiner Vormischverbrennung wegen deren magerer Löschgrenze in der Regel nicht durchfahren werden könnten.
  • Durch diese gezielte Anwendung der katalytischen Brenner können deren eingangs erwähnten Nachteile umgangen werden.
  • Es ist besonders zweckmässig, wenn die Vormischbrenner und die katalytischen Brenner austauschbar gestaltet sind. Damit hat man ein einfaches Mittel in der Hand, die Brennerkonfiguration an den jeweiligen Brennkammerbetrieb, beispielsweise hinsichtlich Brennstoff oder Druck, anzupassen. Denn grundsätzlich wird angestrebt, die Brennkammer ohne katalytischen Brenner betreiben zu können, um die Vorteile der Vormischverbrennung vollumfänglich auszunutzen. Die Austauschbarkeit der verschiedenen Brennertypen kann damit als sinnvolle Option für das bedarfsweise Zuschalten von katalytischen Brennern angesehen werden, wobei immer nur soviele katalytische Brenner eingesetzt werden, wie gerade zum stabilen Betrieb der Brennkammer erforderlich sind.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die katalytischen Brenner mit einer Abgasrückführung versehen sind, wobei das Abgas vorzugsweise dem Brennraum entnommen wird. Dieser Massnahme liegt der Gedanke zugrunde, dem Brenngemisch die für den Betrieb der katalytischen Brenner notwendige Minimaltemperatur zu geben. Dadurch kann auf die bisher bei katalytischen Brennern üblichen Vorbrenner verzichtet werden.
  • Hierbei ist es besonders sinnvoll, wenn der Eintritt der Verbrennungsluft für die katalytischen Brenner als Strahlpumpe ausgebildet ist, wobei über diese Strahlpumpe das Abgas aus dem Brennraum angesaugt wird.
  • Schliesslich werden mit Vorteil die katalytischen Brenner in der Primärzone der Brennkammer in hochbelasteten Wandteilen angeordnet, wo sie eine Art Hitzeschildfunktion ausüben. Durch diese Massnahme kann an den betreffenden Stellen auf die übliche Wandkühlung verzichtet werden, was dem Erfordernis nach möglichst wenig gekühlter Oberfläche entgegenkommt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.
    Es zeigen:
    • Fig.1
    einen Teillängsschnitt einer Brennkammer;
    Fig.2
    einen Querschnitt durch einen Vormischbrenner;
    Fig.3
    eine Brenneranordnung im Querschnitt;
    Fig.4
    eine Brennstoffregelkurve zum Belasten der Brennkammer im Gasbetrieb.
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind von der Anlage beispielsweise die Zu-und Anordnung der Brennkammer an den rotierenden Maschinen, die Brennstoffbereitstellung, die Regeleinrichtungen und dergleichen, Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
    • Weg zur Ausführung der Erfindung
  • In Fig.1 sind im domförmigen Abschluss einer Brennkammer in der Brennkammerwand 1 mehrere Vormischbrenner 10 und katalytische Brenner 20 angeordnet. Letztere befinden sich örtlich an Stellen, die in der Regel stark gekühlt werden müssten. Sie bestehen im wesentlichen aus dem eigentlichen Katalyten 21, der von einem glockenförmigen Gehäuse 22 umgeben ist. Die Gehäusewand wird von einer Brennstoffzuführung 23 durchdrungen, wobei als Brennstoff vorzugsweise Gas zur Annwendung gelangt. Die Verbrennungluft wird über einen ringförmigen Lufteintritt 24 in das Gehäuseinnere geleitet. Die Verbrennungsluft am Austritt des nilcht dargestellten Gasturbinenverdichters weist in der Regel eine Temperatur von ca. 350°C auf. Dies reicht nicht aus, um die katalytische Verbrennung in Gang zu halten.
  • Der Lufteintritt 24 ist deshalb als Strahlpumpe ausgebildet. Während des Betriebes wird heisses Brenngas aus dem Brennraum 25 über diese Strahlpumpe in das Gehäuseinnere eingesaugt. Dies geschieht über Abgasdüsen 26, die am Umfang des Katalysators verteilt sind und von der Brennluft gekühlt sind. Die Dimensionierung der Strahlpumpe und der Ahgasdüsen wird dabei so vorgenommen, dass die angesaugte Abgasmenge genügend gross ist, um die für den Katalyten erforderliche kritische Temperatur von beispielsweise 550°C mit Sicherheit zu errreichen. Als Beispiel sei angeführt, dass auf 10 Teile Verbrennungsluft mit der Temperatur 350°C ca. 3 Teile Abgas mit der Temperatur 1200°C angesaugt werden.
  • Beim schematisch dargestellten Vormischbrenner 10 nach den Fig.1 und 2 handelt es sich um einen sogenannten Doppelkegelbrenner, wie er beispielsweise aus der EP-B1-0 321 809 bekannt ist. Im wesentlichen besteht er aus zwei hohlen, kegelförmigen Teilkörpern 11, 12 die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind. Dabei sind die jeweiligen Mittelachsen 13, 14 der beiden Teilkörper gegeneinander versetzt. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze 15 für die Verbrennungsluft, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt. Dort ist eine erste Brennstoffdüse 16 für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. Das entstehende kegelige Flüssigbrennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Verbrennungsluft umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft abgebaut. Der Brenner kann ebenfalls mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden. Hierzu sind im Bereich der tangentialen Schlitze in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen 17 vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der Eintrittsschlitze 15. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffarten möglich ist.
  • Am Brenneraustritt stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreiringförmigen Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt eine definierte kalottenförmige Rückströmzone, an deren Spitze die Zündung erfolgt.
  • Die Wirkungsweise der Erfindung wird nun anhand der Brennstoff-Regelkurve in Fig. 4 erläutert. Es wird hierzu die in Fig. 3 gezeigte Brenneranordnung zugrundegelegt und die Annahme getroffen, dass die Brenner nur gruppenweise zugeschaltet respektiv abgeschaltet werden. Hierbei zeigt es sich als zweckmässig, zunächst die innenliegenden Brenner zu zünden und dann sukksessiv weiter aussenliegende Elemente brennstoffmässig in Betrieb zu nehmen. Zu diesem Zweck sind die Brenner in sechs Gruppen mit folgender Besetzung unterteilt: Gruppe u = 9 Elemente, Gruppe v = 6 Elemente, Gruppe w = 3 Elemente, Gruppe x = 6 Elemente, Gruppe y = 6 Elemente, Gruppe z = 6 Elemente. Die Brenner der Gruppen u, v, w, x und y seien Vormischbrenner, jene der Gruppe z seien katalytische Brenner. Die Gruppen sind als solche in Fig. 3 bezeichnet.
  • Im Diagramm nicht dargestellt ist der eigentliche Startvorgang der Gasturbine, der bei ca. 20% Maschinendrehzahl mit der Initialzündung über den zentral angeordneten Zündbrenner 5 beginnt und mit dem Erreichen der Nenndrehzahl der Maschine und dem Synchronisieen abgeschlossen ist.
  • Im Schaltbild in Fig. 4 ist somit nur der Belastungsvorgang aab Leerlauf erklärt. Auf der Abzisse ist die Last P in [%] und auf der Ordinate die Luftüberschusszahl (Lamda) aufgetragen. Die Parameter K₃₆, K₃₀, K₂₇, K₂₄, K₁₈, K₁₅, K₁₂, K₉ stehen jeweils für eine Anzahl 36, 30, 27 .... 9 in Betrieb stehenden Brenner. Es handelt sich um die optimale Schaltkurve beim Belasten der Brennkammer im Gasbetrieb.
  • Mit SV sind die Stabilitätsgrenzen bei reiner Vormischverbrennung aufgetragen. Zum Vergleich ist mit SD auch die Stabilitätsgrenze bei der eingangs erwähnten reinen Diffusionsverbrennung erwähnt. Hier ist erkennbar, dass diese Grenze SD bei sehr hoher Luftüberschusszahl liegt. Allerdings wäre mit einer solchen Fahrwweise die verlangten tiefen NOx-Werte nicht zu erreichen. Als Richtwert kann angegeben werden, dass Diffusionsverbrennung allein für moderne Gasturbinen ca. 300-500 ppm NOx-Emissionen zur Folge hätte.
  • Mit reiner Vormischverbrennung sind andererseits sind die verlangten NOx-Grenzwerte ohne weiteres zu unterschreiten. Jedoch ist die Stabilitätsgrenze wegen der tiefen Flammentemperatur niedrig. Der Bereich zwischen Zündvermögen und Löschen ist relativ schmal zum sicheren Betrieb der Brennkammer über den vollen Lastbereich.
  • Nach Schaubild wird die Brennkammer gemäss dick ausgzogener Schaltkurve vom Leerlauf bis zu 15% Last mit 12 Brennern hochgefahren. Hierbei sind die Gruppen u und w in Betrieb. Durch die Steigerung der Gaszufuhr ist die Luftüberschusszahl bei 15% Last so niedrig geworden, dass nunmehr die Brennergruppe v zugeschaltet wird bei gleichzeitigem Abschalten der Gruppe w. Es sind demnach 15 Vormischbrenner im Betrieb. Die weitere Regelkurve bei der Laststeigerung wird danach derart bestimmt, dass die Luftüberschusszahl sich ständig etwa im gleichen Bereich bewegt. Hierzu werden im gezeigten Beispiel jeweils bei den Lasten P = 27%, 44%, 64% und 86% die Brennergruppen x, y und w eingeschaltet resp. zur Feinstufung abgeschaltet.
  • Gemäss der Erfindung wird bei 86% Last zusätzlich die Gruppe z mit den katalytischen Stützbrennern in Betrieb genommen. Es resultiert dadurch eine Fahrweise unmittelbar auf der Stabilitätsgrenze. Es versteht sich, dass die neue Massnahme nicht nur bei Vollast, sondern bedarfsweise auch bei Teillast angewendet werden kann. Grundsätzlich gilt, dass mit Hilfe der katalytischen Brenner Betriebspunkte angefahren werden können, die mit reiner Vormischverbrennung nicht möglich sind, da bei letzteren immer eine gewisser Sicherheitsabstand zur Löschgrenze gewahrt sein muss.
  • Zur Erläuterung sei hierzu angeführt, dass beim durchaus üblichen Vorliegen von stochastischem Rauschen bereits Schwingungen in der Grösssenordnung von 10 bis 20 mb vorherrschen. Dies führt zu ganz erheblichen Schwankungen der Luftüberschusszahl, welche nur im Mittelwert die in Fig. 4 angegebenen Werte aufweist, tatsächlich jedoch in einem Bereich um diesen Mittelwert schwankt. Und diese Tatsache führt je nach Amplitude der Schwingung einerseits zu deutlich erhöhten NOx-Werten und andererseits zu einem gefährlichen Annähern an die Löschgrenze. So führt bereits der Unterschied von 10-15 mb Druckschwankung zusätzlich zu etwa 5-8 ppm NOx.
  • Die neue Fahrweise auf der Löschgrenze führt demnach dazu, dass mit Sicherheit die heute erreichbaren NOx-Werte von 20 ppm ganz erheblich unterschritten werden können.
    Bezugszeichenliste
    1 Brennkammerwand 20 katalytische Brenner
    5 Zündbrenner 21 Katalyt
    10 Vormischbrenner 22 Gehäuse
    11 Teilkörper 23 Brennstoffzuführung
    12 Teilkörper 24 Lufteintritt
    13 Mittelachse 25 Brennraum
    14 Mittelachse 26 Abgasdüse
    15 tangentiale Schlitze
    16 Brennstoffdüse
    17 Gaseinströmöffnung

Claims (5)

  1. Brennkammer, insbesondere für Gasturbinen, gekennzeichnet durch die Kombination von Vormischbrennern (10) mit katalytisch unterstützten, vorzugsweise gasbetriebenen Brennern (20), wobei die Hauptverbrennung mit den Vormischbrennern durchgeführt wird.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischbrenner (10) und die katalytischen Brenner (20) austauschbar gestaltet sind.
  3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytischen Brenner (20) mit einer Abgasrückführung (24, 26) versehen sind, wobei das Abgas vorzugsweise dem Brennraum (25) entnommen wird.
  4. Brennkammer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Eintritt der Verbrennungsluft für die katalytischen Brenner als Strahlpumpe (24) ausgebildet ist, wobei über diese Strahlpumpe das Abgas aus dem Brennraum (25) angesaugt wird.
  5. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die katalytischen Brenner (20) in der Primärzone der Brennkammer in hochbelasteten Wandteilen angeordnet sind.
EP92110969A 1992-06-29 1992-06-29 Brennkammer einer Gasturbine Expired - Lifetime EP0576697B1 (de)

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