EP0576697B1 - Combustor chamber for a gas turbine - Google Patents

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EP0576697B1
EP0576697B1 EP19920110969 EP92110969A EP0576697B1 EP 0576697 B1 EP0576697 B1 EP 0576697B1 EP 19920110969 EP19920110969 EP 19920110969 EP 92110969 A EP92110969 A EP 92110969A EP 0576697 B1 EP0576697 B1 EP 0576697B1
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EP
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combustion chamber
burners
combustion
catalytic
burner
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EP19920110969
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EP0576697A1 (en
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Jakob Dr. Keller
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ABB Research Ltd
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ABB Research Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D23/00Assemblies of two or more burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Description

    Technisches Gebiet technical field
  • Die Erfindung betrifft die Brennkammer einer Gasturbine, in welcher gleichzeitig neben klassischen Brennertypen auch katalytische Brenner zum Einsatz gelangen. The invention relates to the combustor of a gas turbine, in which simultaneously come in addition to traditional types of burners and catalytic burner used.
  • Stand der Technik State of the art
  • Die Kombination von Diffusionsbrennern und katalytischen Brennern ist bekannt. The combination of diffusion burners and catalytic burners known. Sie wird eingesetzt in einer Art Mischbetrieb, wobei in der Regel die Brennkammer bis zu einer gewissen Teillast im reinen Diffusionsbetrieb hochgefahren wird. It is used in a kind of mixed mode, the combustion chamber is to a certain partial load in the pure diffusion operation booted normally. Danach werden mehr und mehr katalytische Brenner zugeschaltet. After that, more and more catalytic burners are switched on. Dabei wird angestrebt, im Vollastbetrieb die Brennkammer im reinen katalytischen Betrieb zu fahren. The aim here is to drive the combustion chamber in the pure catalytic operation at full load. Die katalytischen Brenner zeichnen sich dadurch aus, dass sie auch bei sehr magerem Brennstoff-Luftgemisch betriebsfähig bleiben. The catalytic burner characterized by the fact that they remain operational even with very lean fuel-air mixture. Andererseits sind sie auch mit typischen Nachteilen behaftet wie beispielsweise mangelnde Multibrennstoff-Fähigkeit, langsame Regelbarkeit, problematisches Zünden und Hochfahren. On the other hand, they are also subject to typical drawbacks such as lack of multi-fuel capability, slow controllability, problematic ignition and power on.
  • 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. On the other hand, combustion chambers for gas turbines on the basis of premix burners are known, for example from EP-B1 29 619. Within a number of tubular elements running between the injected fuel and compressor air a premix / Vorverdampfungsprozess in large excess air coefficient from before the actual combustion process downstream of a flame holder takes place. Mit dieser Massnahme können die Emissionswerte an Schadstoffen aus der Verbrennung erheblich reduziert werden. With this measure, the emissions of pollutants from the combustion can be significantly reduced.
  • 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 NO x , sondern bewirkt darüberhinaus auch die Tiefhaltung anderer Schadstoffe, nämlich wie bereits erwähnt von CO und von unverbrannten Kohlenwasserstoffen. The combustion with the greatest excess air ratio, - even given the fact that the flame did not burn and the other by the fact that not too much CO is produced - however, not only reduces the amount of pollutants of NOx, but also causes the low standards of other pollutants, namely as already mentioned of CO and unburned hydrocarbons. Dieser Optimierungsprozess kann in Richtung noch tieferer NO x -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. This optimization process can be driven in the direction to go even lower NO x levels, that the space for the combustion and post-reactions is measured within the combustion chamber is greater than would be necessary for the actual combustion. Dies erlaubt die Wahl einer grösseren Luftüberschusszahl, wobei dann zwar zunächst grössere Mengen CO entstehen, diese aber zu CO 2 weiter reagieren können, so dass schliesslich die CO-Emissionen gering bleiben. This allows the choice of a larger excess air ratio, in which case initially larger amounts of CO produced, but these can react further to form CO 2, so that finally the CO emissions remain low. Andererseits aber bildet sich wegen des grossen Luftüberschusses nur wenig zusätzliches NO. On the other hand, is formed because of the large excess air is little additional 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. Since a plurality of tubular elements assume the pre-mixing in this known combustion chamber, in each case only as many elements are operated with fuel during the load control, that for the jeweiliege operating phase (start, partial load, full load) results in the optimal excess air ratio.
  • Andere Typen von Vormischbrennern, bei denen auf Flammenhalter verzichtet werden kann, sind in Form der Doppelkegelbrenner nach EP-B1-0 321 809 bekannt. Other types of premix burners in which can be dispensed with flame holder 321 809. in the form of the double-cone burner according to EP-B1-0.
  • 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. However, all combustion chambers with premix burners have the shortcoming that is joined at least in the operating states, in which only part of the burner is operated with fuel close to the limit of flame stability. 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. In fact, the extinction limit is reached due to the very lean mixture and the resulting low flame temperature at typical gas turbine conditions even at an excess air ratio of about 2.0.
  • Aus der US-A-4,040,252 ist eine Brennkammer bekannt, bei welcher katalytische Nachbrenner mit den Verbrennunggasen einer Vormischverbrennung und Zusatzluft beaufschlagt sind. From US-A-4,040,252 a combustion chamber is known, in which catalytic afterburner acted upon by the combustion gases of a premixed combustion and secondary air.
  • Darstellung der Erfindung Summary of the Invention
  • Die Erfindung versucht all diese Nachteile zu vermeiden. The invention seeks to avoid all these disadvantages. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Massnahme zu schaffen, mittels der die Brennkammer möglichst nahe an der mageren Löschgrenze betrieben werden kann, dh in jenem Bereich, in dem praktisch kein NO x entsteht. It is based on the object to provide a measure by which the combustion chamber can be operated as close to the lean extinction limit, ie x occurs in that area where virtually no NO.
  • Erfindungsgemäss wird dies mit den Merkmalen der Patentansprüche erreicht. this is achieved with the features of the claims according to the invention.
  • 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. The advantages of the invention are, inter alia, in the pure support the combustion chamber in critical phases, for example in cases of temporary occurrence of oscillations in which the extinguishing limit for pure premix can be exceeded temporarily. 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. Characterized in that the catalytic burner remain operational at very lean mixture, the control can so far be simplified, that is now at the loading and unloading of the gas turbine, the combustion chamber air speed ranges can be traversed relative that will not go through with pure mixed combustion due to their lean extinction limit is usually could.
  • Durch diese gezielte Anwendung der katalytischen Brenner können deren eingangs erwähnten Nachteile umgangen werden. This targeted application of the catalytic burner the aforementioned disadvantages can be avoided.
  • Es ist besonders zweckmässig, wenn die Vormischbrenner und die katalytischen Brenner austauschbar gestaltet sind. It is particularly advantageous if the premix burner and the catalytic burners are interchangeable design. Damit hat man ein einfaches Mittel in der Hand, die Brennerkonfiguration an den jeweiligen Brennkammerbetrieb, beispielsweise hinsichtlich Brennstoff oder Druck, anzupassen. This one has a simple means at hand, the burner configuration to adapt to the respective combustion chamber operation, for example with regard to fuel or pressure. Denn grundsätzlich wird angestrebt, die Brennkammer ohne katalytischen Brenner betreiben zu können, um die Vorteile der Vormischverbrennung vollumfänglich auszunutzen. Because basically the aim is to operate the combustion chamber without catalytic burner to exploit the advantages of premix in full. 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. The interchangeability of the various types of burners can be considered a viable option for the required, switching of catalytic burners therewith, only as many catalytic burners are used as just necessary for stable operation of the combustion chamber.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn die katalytischen Brenner mit einer Abgasrückführung versehen sind, wobei das Abgas vorzugsweise dem Brennraum entnommen wird. Further, it is advantageous if the catalytic burners are provided with an exhaust gas recirculation, wherein the exhaust gas is preferably taken from the combustion chamber. Dieser Massnahme liegt der Gedanke zugrunde, dem Brenngemisch die für den Betrieb der katalytischen Brenner notwendige Minimaltemperatur zu geben. This measure, the underlying idea is to give the fuel mixture necessary for the operation of the catalytic burner minimum temperature. Dadurch kann auf die bisher bei katalytischen Brennern üblichen Vorbrenner verzichtet werden. This makes it possible to dispense with the usual in catalytic burners pre-burner.
  • 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. It is particularly useful when the entry is formed the combustion air for the catalytic burners as a jet pump, the exhaust gas being sucked from the combustion chamber via this jet pump.
  • Schliesslich werden mit Vorteil die katalytischen Brenner in der Primärzone der Brennkammer in hochbelasteten Wandteilen angeordnet, wo sie eine Art Hitzeschildfunktion ausüben. Finally, the catalytic burners are arranged in the primary zone of the combustion chamber in highly loaded wall parts with advantage, where they exert a kind of heat shield function. Durch diese Massnahme kann an den betreffenden Stellen auf die übliche Wandkühlung verzichtet werden, was dem Erfordernis nach möglichst wenig gekühlter Oberfläche entgegenkommt. This measure can be dispensed at the respective positions in the normal wall cooling, which comes to meet the need for as little as possible cooled surface.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief Description of Drawing
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. In the drawing, an embodiment of the invention is shown schematically.
    Es zeigen: Show it:
  • Fig.1 Fig.1
    einen Teillängsschnitt einer Brennkammer; a partial longitudinal section of a combustion chamber;
    Fig.2 Fig.2
    einen Querschnitt durch einen Vormischbrenner; a cross section of a premix burner;
    Fig.3 Figure 3
    eine Brenneranordnung im Querschnitt; a burner assembly in cross section;
    Fig.4 Figure 4
    eine Brennstoffregelkurve zum Belasten der Brennkammer im Gasbetrieb. a fuel control curve for loading the combustion chamber in gas operation.
  • Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. There are shown only the elements essential for understanding of the invention. 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. Not shown are from the system, for example, the supply and arrangement of the combustion chamber at the rotating machines, the fuel delivery, the control devices and the like, the flow direction of the working media is designated with arrows.
  • Weg zur Ausführung der Erfindung Mode for Carrying Out of the Invention
  • In Fig.1 sind im domförmigen Abschluss einer Brennkammer in der Brennkammerwand 1 mehrere Vormischbrenner 10 und katalytische Brenner 20 angeordnet. In Figure 1, a plurality of premix burner 10 and catalytic burner 20 are arranged in the dome shaped end of a combustion chamber in the combustion chamber wall. 1 Letztere befinden sich örtlich an Stellen, die in der Regel stark gekühlt werden müssten. The latter are localized at points that would have to be greatly cooled in the rule. Sie bestehen im wesentlichen aus dem eigentlichen Katalyten 21, der von einem glockenförmigen Gehäuse 22 umgeben ist. They consist essentially of the actual catalytic substances 21, which is surrounded by a bell-shaped housing 22nd Die Gehäusewand wird von einer Brennstoffzuführung 23 durchdrungen, wobei als Brennstoff vorzugsweise Gas zur Anwendung gelangt. The housing wall is penetrated by a fuel supply 23, which passes as a fuel gas is preferably used. Die Verbrennungluft wird über einen ringförmigen Lufteintritt 24 in das Gehäuseinnere geleitet. The combustion air is passed through an annular air inlet 24 into the housing interior. Die Verbrennungsluft am Austritt des nicht dargestellten Gasturbinenverdichters weist in der Regel eine Temperatur von ca. 350°C auf. usually the engine air at the outlet of the gas turbine compressor, not shown, has a temperature of about 350 ° C. Dies reicht nicht aus, um die katalytische Verbrennung in Gang zu halten. This is not enough to keep the catalytic combustion procedure.
  • Der Lufteintritt 24 ist deshalb als Strahlpumpe ausgebildet. The air inlet 24 is therefore formed as a jet pump. Während des Betriebes wird heisses Brenngas aus dem Brennraum 25 über diese Strahlpumpe in das Gehäuseinnere eingesaugt. During operation, hot combustion gas is sucked from the combustion chamber 25 via this jet pump into the housing interior. Dies geschieht über Abgasdüsen 26, die am Umfang des Katalysators verteilt sind und von der Brennluft gekühlt sind. This is done via the exhaust nozzles 26 which are distributed around the circumference of the catalyst and are cooled by the combustion air. Die Dimensionierung der Strahlpumpe und der Abgasdüsen 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. The dimensioning of the jet pump and the exhaust nozzle is undertaken so that the intake amount of exhaust gas is sufficiently large to errreichen required for the catalytic substances critical temperature such as 550 ° C with safety. 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. By way of example, that about 3 parts of the exhaust gas are sucked with the temperature 1200 ° C in 10 parts of combustion air with the temperature of 350 ° C.
  • 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. When schematically illustrated premix burner 10 according to Figures 1 and 2 is a so-called double-cone burner, as it is known for example from 321 809 EP-B1-0. Im wesentlichen besteht er aus zwei hohlen, kegelförmigen Teilkörpern 11, 12 die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind. Essentially, it consists of two hollow conical partial bodies 11, 12 which are interleaved in the flow direction. Dabei sind die jeweiligen Mittelachsen 13, 14 der beiden Teilkörper gegeneinander versetzt. The respective central axes 13, 14 of the two partial bodies are offset from each other. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze 15 für die Verbrennungsluft, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt. The adjacent walls of the two partial bodies form tangential slots 15 for the combustion air passing in this manner into the burner interior in their longitudinal extent. Dort ist eine erste Brennstoffdüse 16 für flüssigen Brennstoff angeordnet. There, a first fuel nozzle 16 for liquid fuel. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. The fuel is injected at an acute angle in the hollow cone. Das entstehende kegelige Flüssigbrennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Verbrennungsluft umschlossen. The resulting conical liquid fuel profile is enclosed by the tangentially entering combustion air. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft abgebaut. In axial direction, the concentration of the fuel is continuously reduced as a result of mixing with the combustion air. Der Brenner kann ebenfalls mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden. The burner can also be operated with gaseous fuel. Hierzu sind im Bereich der tangentialen Schlitze in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen 17 vorgesehen. For this purpose, in the region of the tangential slots in the walls of the two partial bodies in the longitudinal direction distributed gas inlet openings 17 are provided. 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. In gas mode, the mixture formation thus begins with the combustion air already in the zone of the inlet slots 15. It is understood that in this way a mixed operation with both types of fuel is possible.
  • Am Brenneraustritt stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreiringförmigen Querschnitt ein. At the burner outlet raises a most homogeneous fuel concentration over the applied kreiringförmigen cross section. Es entsteht am Brenneraustritt eine definierte kalottenförmige Rückströmzone, an deren Spitze die Zündung erfolgt. The result at the burner outlet a defined cap-shaped reverse flow zone, headed ignition occurs.
  • Die Wirkungsweise der Erfindung wird nun anhand der Brennstoff-Regelkurve in Fig. 4 erläutert. The operation of the invention will now be explained with reference to the fuel control curve in Fig. 4. Es wird hierzu die in Fig. 3 gezeigte Brenneranordnung zugrundegelegt und die Annahme getroffen, dass die Brenner nur gruppenweise zugeschaltet respektiv abgeschaltet werden. It is on this basis the burner assembly shown in FIG. 3 and made the assumption that the burners are only switched in groups relative off. Hierbei zeigt es sich als zweckmässig, zunächst die innenliegenden Brenner zu zünden und dann sukksessiv weiter aussenliegende Elemente brennstoffmässig in Betrieb zu nehmen. This proves to be expedient initially to ignite the inner burner and then continue to take sukksessiv outer lying elements fuel excessively in operation. 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. For this purpose, the burners are divided into six groups with the following instrumentation: group u = 9 elements, Group v = 6 elements, Group w = 3 elements, Group x = 6 elements, Group y = 6 elements, Group z = 6 elements. Die Brenner der Gruppen u, v, w, x und y seien Vormischbrenner, jene der Gruppe z seien katalytische Brenner. The burners of the groups u, v, w, x and y are premix burners, those of the group z are catalytic burner. Die Gruppen sind als solche in Fig. 3 bezeichnet. The groups are designated as such in Fig. 3.
  • 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 Synchronisieren abgeschlossen ist. In the diagram, not shown is the actual starting process of the gas turbine, which starts at about 20% of engine speed with the initial ignition through the centrally disposed pilot burner 5 and is complete with the attainment of the nominal rotational speed of the engine and the synchronizing.
  • Im Schaltbild in Fig. 4 ist somit nur der Belastungsvorgang ab Leerlauf erklärt. In the diagram in Fig. 4, only the loading process is thus explained from idle. Auf der Abzisse ist die Last P in [%] und auf der Ordinate die Luftüberschusszahl (Lamda) aufgetragen. On the abscissa, the load P is applied, the excess air ratio (lambda) in [%] and the ordinate. Die Parameter K 36 , K 30 , K 27 , K 24 , K 18 , K 15 , K 12 , K 9 stehen jeweils für eine Anzahl 36, 30, 27 .... 9 in Betrieb stehenden Brenner. The parameter K 36, K 30, K 27, K 24, K 18, K 15, K 12, K 9 are each a number 36, 30, 27 .... 9 in operation burner. Es handelt sich um die optimale Schaltkurve beim Belasten der Brennkammer im Gasbetrieb. It is the optimum switching curve during loading of the combustion chamber in gas operation.
  • Mit S V sind die Stabilitätsgrenzen bei reiner Vormischverbrennung aufgetragen. S V the stability limits are plotted in pure premixed combustion. Zum Vergleich ist mit S D auch die Stabilitätsgrenze bei der eingangs erwähnten reinen Diffusionsverbrennung erwähnt. For comparison with S D and the stability limit is mentioned in the opening paragraph pure diffusion combustion. Hier ist erkennbar, dass diese Grenze S D bei sehr hoher Luftüberschusszahl liegt. Here it can be seen that this limit S D is at a very high excess air ratio. Allerdings wäre mit einer solchen Fahrweise die verlangten tiefen NO x -Werte nicht zu erreichen. However, the required low NO x levels would not be achieved with such a procedure. Als Richtwert kann angegeben werden, dass Diffusionsverbrennung allein für moderne Gasturbinen ca. 300-500 ppm NO x -Emissionen zur Folge hätte. As a guide, you can specify that diffusion combustion would have x emissions result alone for modern gas turbines approximately 300-500 ppm NO.
  • Mit reiner Vormischverbrennung sind andererseits sind die verlangten NO x -Grenzwerte ohne weiteres zu unterschreiten. With pure premixed combustion on the other hand, the required NOx to fall below limit values easily. Jedoch ist die Stabilitätsgrenze wegen der tiefen Flammentemperatur niedrig. However, the stability limit is low due to the low flame temperature. Der Bereich zwischen Zündvermögen und Löschen ist relativ schmal zum sicheren Betrieb der Brennkammer über den vollen Lastbereich. The area between ignitability and deletion is relatively narrow for safe operation of the combustion chamber over the full load range.
  • Nach Schaubild wird die Brennkammer gemäss dick ausgzogener Schaltkurve vom Leerlauf bis zu 15% Last mit 12 Brennern hochgefahren. After graph, the combustion chamber according thick ausgzogener switching curve is raised from idling up to 15% load with 12 burners. Hierbei sind die Gruppen u und w in Betrieb. Here, the groups u and w in operation. 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. By increasing the gas supply, the excess air ratio has become so low at 15% load, that now the burner group is switched v while simultaneously shutting down the group w. Es sind demnach 15 Vormischbrenner im Betrieb. There are thus 15 premix burner in operation. Die weitere Regelkurve bei der Laststeigerung wird danach derart bestimmt, dass die Luftüberschusszahl sich ständig etwa im gleichen Bereich bewegt. The further control curve when the load increase is then determined such that the excess air ratio is constantly moving about in the same range. Hierzu werden im gezeigten Beispiel jeweils bei den Lasten P = 27%, 44%, 64% und 86% die Brennergruppen x, y und w eingeschaltet resp. To this end, 64% and 86% of the burner groups x, y and w are in the example shown respectively at the loads P = 27%, 44%, turned on, resp. zur Feinstufung abgeschaltet. shut down for Feinstufung.
  • Gemäss der Erfindung wird bei 86% Last zusätzlich die Gruppe z mit den katalytischen Stützbrennern in Betrieb genommen. According to the invention will be made at 86% load in addition, the group z with the catalytic supporting burner in operation. Es resultiert dadurch eine Fahrweise unmittelbar auf der Stabilitätsgrenze. The result is thereby a driving directly on the stability limit. Es versteht sich, dass die neue Massnahme nicht nur bei Vollast, sondern bedarfsweise auch bei Teillast angewendet werden kann. It is understood that the new measure can be applied not only at full load, but if necessary, even at partial loads. 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. In principle, using the catalytic burner operating points can be approached that are not possible with pure premixed combustion, there must be safeguarded in the latter always a certain safety margin to the extinction limit.
  • Zur Erläuterung sei hierzu angeführt, dass beim durchaus üblichen Vorliegen von stochastischem Rauschen bereits Schwingungen in der Grössenordnung von 10 bis 20 mb vorherrschen. To illustrate this, given that the quite usual presence of stochastic noise already prevail oscillations of the order 10 to 20 mb. 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. This leads to quite significant fluctuations of the excess air ratio having only average the values ​​indicated in Fig. 4, but in fact in a range around this average fluctuates. Und diese Tatsache führt je nach Amplitude der Schwingung einerseits zu deutlich erhöhten NO x -Werten und andererseits zu einem gefährlichen Annähern an die Löschgrenze. And this fact leads, depending on the amplitude of the oscillation on the one hand to significantly elevated NOx levels and on the other hand a dangerous approach to the extinction limit. So führt bereits der Unterschied von 10-15 mb Druckschwankung zusätzlich zu etwa 5-8 ppm NO x . So the difference of 10-15 mb pressure fluctuation additionally already leads to about 5-8 ppm NOx.
  • Die neue Fahrweise auf der Löschgrenze führt demnach dazu, dass mit Sicherheit die heute erreichbaren NO x -Werte von 20 ppm ganz erheblich unterschritten werden können. The new control on the extinction limit accordingly leads to the fact that certainly x values may be considerably below the 20 ppm achievable today NO.
  • Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
  • 1 1
    Brennkammerwand combustion chamber wall
    5 5
    Zündbrenner pilot burner
    10 10
    Vormischbrenner premix
    11 11
    Teilkörper partial body
    12 12
    Teilkörper partial body
    13 13
    Mittelachse central axis
    14 14
    Mittelachse central axis
    15 15
    tangentiale Schlitze tangential slots
    16 16
    Brennstoffdüse fuel nozzle
    17 17
    Gaseinströmöffnung gas inflow
    20 20
    katalytische Brenner catalytic burner
    21 21
    Katalyt Katalyt
    22 22
    Gehäuse casing
    23 23
    Brennstoffzuführung fuel supply
    24 24
    Lufteintritt air inlet
    25 25
    Brennraum combustion chamber
    26 26
    Abgasdüse exhaust nozzle

Claims (5)

  1. Combustion chamber, in particular for gas turbines, in which there are arranged on a common combustion chamber wall (1) premixing burners (10) with a incident flow of combustion air, and catalytically supported burners (20), preferably gas-operated, the main combustion being carried out by the premixing burners.
  2. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the premixing burners (10) and the catalytic burners (20) are of exchangeable configuration.
  3. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the catalytic burners (20) are provided with a waste-gas feedback (24, 26), the waste gas preferably being extracted from the combustion chamber (25).
  4. Combustion chamber according to Claim 3, characterized in that the inlet of the combustion air for the catalytic burners is constructed as a jet pump (24), the waste gas being sucked from the combustion chamber (25) via this jet pump.
  5. Combustion chamber according to Claim 1, characterized in that the catalytic burners (20) are arranged in the primary zone of the combustion chamber in highly loaded wall parts.
EP19920110969 1992-06-29 1992-06-29 Combustor chamber for a gas turbine Expired - Lifetime EP0576697B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19920110969 EP0576697B1 (en) 1992-06-29 1992-06-29 Combustor chamber for a gas turbine

Applications Claiming Priority (4)

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