EP0801268A2 - Gasturbinenbrennkammer - Google Patents

Gasturbinenbrennkammer Download PDF

Info

Publication number
EP0801268A2
EP0801268A2 EP97810159A EP97810159A EP0801268A2 EP 0801268 A2 EP0801268 A2 EP 0801268A2 EP 97810159 A EP97810159 A EP 97810159A EP 97810159 A EP97810159 A EP 97810159A EP 0801268 A2 EP0801268 A2 EP 0801268A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
mixing section
flow
cross
flow channels
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP97810159A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0801268B1 (de
EP0801268A3 (de
Inventor
Klaus Dr. Döbbeling
Timothy Griffin
Hans Peter Knöpfel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GE Vernova GmbH
Original Assignee
ABB Research Ltd Switzerland
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Research Ltd Switzerland filed Critical ABB Research Ltd Switzerland
Publication of EP0801268A2 publication Critical patent/EP0801268A2/de
Publication of EP0801268A3 publication Critical patent/EP0801268A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0801268B1 publication Critical patent/EP0801268B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
    • 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
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • 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
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2900/00—Special features of, or arrangements for burners using fluid fuels or solid fuels suspended in a carrier gas
    • F23D2900/00015—Pilot burners specially adapted for low load or transient conditions, e.g. for increasing stability

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber according to the preamble of claim 1.
  • Lean-operated premix burners are used in modern combustion chambers of gas turbines in order to minimize the pollutant components, in particular NOx and CO, from the combustion. Basically, it is nowadays assumed that very low NOx emission values, below 10 vppm at 15% 02, must be guaranteed even with very high flame temperatures. In order to achieve such low pollutant emissions when operating a gas turbine over a load range of approx. 40-100%, a perfectly premixed burner must be ensured over a wide flame temperature range, typically approx. 1650-1850 ° K.
  • Such burners are characterized in that, after a conventional air / fuel premixing section, a combustion chamber is connected, the flow cross section of which, over an essentially immediate cross-sectional jump, is a multiple of the exit cross section of the mixing section exceeds. Because of this configuration, outer recirculation zones are formed in the combustion chamber, in the area of the level of this transition, which in themselves induce a stabilization of the premix flame. The stabilizing effect of these recirculation zones with respect to the premixing flame, i.e.
  • the backflow zone formed in the plane of the outlet cross section of the mixing section depends essentially on the extent to which the hot gases from the combustion flow back into these recirculation zones during the course of operation and the supply to a self-igniting or at least there can maintain a stable burning combustion zone.
  • the backflow of the hot gases into the recirculation zones can take place irregularly, so that their effect on the outflowing mixture is prevented.
  • the stabilizing effect on the outflowing mixture that comes from the recirculation zones is lost, which can result in extremely damaging flame extinguishing and deflagrations.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention is based on the object of proposing measures in a combustion chamber of the type mentioned at the outset, which ensure effective combustion-related stabilization of the premixing flame over the course of the entire operation over all load ranges.
  • part of the air / fuel mixture formed here is branched off and mixed into the outer recirculation zones.
  • the location of this interference is chosen so that complete mixing of that part of the branched mixture within the outer Recirculation zones with the recirculating hot gas flow from the combustion within the combustion chamber are reached before the outer recirculation zones come into contact with the remaining part of the air / fuel mixture from the mixing section.
  • the result of this is that an advantageous mixture ratio of air / fuel mixture and hot gas is established in the recirculation zones, and the branched-off air / fuel mixture in the manner of a self-igniting pilot flame significantly improves the stability of the flame front.
  • the division of the air / fuel mixture from the mixing section into a main flow and a secondary flow divided into small partial flows results in a greatly increased contact area between the air / fuel mixture and recirculating hot gas within the combustion chamber.
  • the total cross-sectional area of the main and secondary flow of the air / fuel mixture is kept approximately constant. This is achieved by providing a small contraction at the end of the mixing section.
  • the number of branches for the partial flow, the respective flow cross-section and the flow guidance are influenced to the appropriate extent.
  • the reason for the advantage under a) is to be seen in the fact that, compared to a conventional mixture by shear layers between the air / fuel mixture and recirculating hot gas, which leads to a maximum of the probability density distribution of the volume ratio between the two media mentioned at approximately 50%, the inventive addition of the air / fuel mixture into the outer recirculation zones ensures such an approx. 30%. Measurements of the correlated autoignition times for the different probability density distributions for the different media have shown that a distribution with a maximum at 30% air / fuel mixture within the outer recirculation zones results in an ignition delay time that is an order of magnitude shorter than that with one Distribution with a maximum at 50%.
  • the only figure shows a combustion chamber, the final phase of a mixing section with a subsequent combustion chamber.
  • the figure shows, as can be seen from the schematically drawn shaft axis 15, a combustion chamber designed as an annular combustion chamber 1, which essentially consists of a coherent annular or quasi-annular cylinder.
  • the combustion chamber can, however, also consist of a number of combustion chambers which are arranged axially, quasi-axially or helically about the said axis and are individually self-contained.
  • a combustion chamber consisting of a single combustion chamber in the form shown is also possible.
  • the present annular combustion chamber 1 is arranged downstream of a mixing section 2, wherein this mixing section can easily be part of a premix burner, as described, for example, in EP-0 321 809 B1. This publication is therefore declared an integral part of this description.
  • the mixing section 2 shown in the figure can be part of a mixing tube which acts, for example, downstream of the premixing burner mentioned.
  • this mixing section 2 in the narrower or broader sense, it is about the formation of an air / fuel mixture for the subsequent combustion in such a way that this combustion then takes place with minimized pollutant emissions, in particular as far as the NOx emissions are concerned.
  • a combustion chamber 3 connects to the end of the mixing section 2, such that the transition between the two flow sections is formed by a radial cross-sectional jump 5, which initially induces the flow cross section of the combustion chamber 3, this flow cross section being 2-10 times the outlet cross section of the mixing section 2 is.
  • a part 9 of the entire air / fuel mixture 8 is branched off at the transition of the mixing section 2 into the combustion chamber 3 and mixed into the outer recirculation zones 10.
  • This branched-off part 9 of preferably 10-30% of the entire mixture 8 is introduced via flow channels 4 into the outer recirculation zones 10 mentioned, the location of the intermixing being selected such that it is completely mixed with a recirculating hot gas 17 in the region of the vortex separations 11 is reached before the outer recirculation zones 10 come into contact with the main stream 16 of the air / fuel mixture 8.
  • the diameter of the Flow channels 4 which run approximately at an angle of 30-60 °, preferably 45 °, with respect to the shaft axis 15 so that they run approximately parallel to the wall flow lines of the swirl flow, are 3-8%, preferably 5% of the hydraulic diameter the mixing section 2.
  • the number of flow channels 4 results from the mass flow ratio between the main flow and the secondary flow of the air / fuel mixture, the mass flow ratio roughly corresponding to the area ratio of the two flows.
  • the distance between the flow channels 4 and the mixing section is preferably approximately 10% of the hydraulic diameter of the mixing section 2.
  • the air / fuel mixture 9 via the flow channels 4 can be enriched with an additional fuel 6, for example by means of a ring line 19 provided with bores 18
  • the aforementioned fuel 6 is introduced into each flow channel 4, as a result of which a reinforced and safe pilot flame then acts in the outer recirculation zones 10, with the result that a lower lean extinguishing limit can be targeted even in the transient areas with minimized pollutant emissions, accordingly the operating range of lean premix burners can also be extended to load ranges below 40%.
  • the hot gases 13 act on a downstream turbine 14, which is not shown in detail, it being possible for the combustion chamber 1 shown here to be easily arranged on the low-pressure side of a gas turbine group based on sequential combustion and can be operated using an auto-ignition method.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Gas Burners (AREA)
  • Combustion Of Fluid Fuel (AREA)

Abstract

Bei einer Brennkammer einer Gasturbogruppe, welche im wesentlichen aus einer Mischstrecke (2) zur Vormischung eines Luft/Brennstoff-Gemisches (16) und einem nachgeschalteten Brennraum (3) besteht, wird am Uebergang zwischen den beiden genannten Durchflussstrecken (2/3) ein Querschnittssprung (5) vorgesehen. Dieser induziert den Durchflussquerschnitt des Brennraumes (3) und bildet zugleich äussere Rezirkulationszonen 10) im Brennraum (3). In der Endphase der Mischstrecke (2) zweigen Durchflusskanäle (4) ab, welche dann in die äusseren Rezirkulationszonen (10) münden. Durch diese Durchflusskanäle (4) strömt ein Teil (9) des Luft/Brennstoff-Gemisches aus der Mischstrecke (2) in die äusseren Rezirkulationszonen (10), wobei es hier mit einem zusätzlichen Brennstoff (6) angereichert wird. Dieser Brennstoff (6) wird über eine mit Bohrungen (18) versehene Ringleitung (19) eingebracht. Das abgezweigte Gemisch (9) stellt in den äusseren Rezirkulationszonen (10) eine selbstzündende Pilotflamme dar, welche die Flammenfront (20) wesentlich stabilisiert.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.
    • Stand der Technik
  • In modernen Brennkammern von Gasturbinen werden mager betreibbare Vormischbrenner eingesetzt, um die aus der Verbrennung anfallenden Schadstoffkomponenten, insbesondere NOx und CO, auf ein Minimum zu begrenzen. Grundsätzlich wird heutzutage davon ausgegangen, dass auch bei sehr hohen Flammentemparaturen sehr niedrige NOx-Emissionswerte, unter 10 vppm bei 15% 02, gewährleistet werden müssen. Um solch niedrige Schadstoffemissionen beim Betrieb einer Gasturbine über einen Lastbereich von ca. 40-100% erreichen zu können, muss ein perfekt vorgemischter Brenner über einen weiten Flammentemperaturbereich, typisch ca. 1650-1850°K, sichergestellt werden. Solche Brenner sind dadurch charakterisiert, dass sich nach einer herkömmlichen Luft/Brennstoff-Vormischstrecke eine Brennkammer anschliesst, deren Strömungsquerschnitt, über einen im wesentlichen unmittelbaren Querschnittssprung, um ein mehrfaches den Austrittsquerschnitt der Mischstrecke überschreitet. Aufgrund dieser Konfiguration bilden sich in der Brennkammer, im Bereich der Ebene dieses Ueberganges, äussere Rezirkulationszonen, welche an sich eine Stabilisierung der Vormischflamme induzieren. Die stabilisierende Wirkung dieser Rezirkulationszonen gegenüber der Vormischflamme, d.h. gegenüber der sich in der Ebene des Austrittsquerschnittes der Mischstrecke bildenden Rückströmzone, hängt indessen wesentlich davon ab, inwieweit die Heissgase aus der Verbrennung im Betriebsverlauf in diese Rezirkulationszonen zurückströmen und dort die Speisung zu einer selbstzündenden oder zumindest stabil brennenden Verbrennungszone aufrechterhalten können. Insbesondere in den transienten Bereichen, Anfahren, Abfahren, Aenderung der Betriebsparameter, etc., kann die Rückströmung der Heissgase in die Rezirkulationszonen unregelmässig vonstatten gehen, so dass deren Wirkung auf das ausströmende Gemisch unterbunden bleibt. Bei einer solchen Konstellation geht die aus den Rezirkulationszonen ausgehende stabilisierende Wirkung auf das ausströmende Gemisch verloren, worauf es zu äusserst schädlichen Flammenlöschung und Verpuffungen kommen kann.
    • Darstellung der Erfindung
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Brennkammer der eingangs genannten Art Massnahmen vorzuschlagen, welche eine über alle Lastbereiche wirksame verbrennungsmässige Stabilisierung der Vormischflamme im Verlauf des ganzen Betriebes gewährleisten.
  • Am Ende der Mischstrecke wird ein Teil des hierin gebildeten Luft/Brennstoff-Gemisches abgezweigt und in die äusseren Rezirkulationszonen eingemischt. Der Ort dieser Einmischung wird so gewählt, dass eine vollständige Vermischung desjenigen Teils des abgezweigten Gemisches innerhalb der äusseren Rezirkulationszonen mit dem dort rezirkulierenden Heissgasstrom aus der Verbrennung innerhalb der Brennkammer erreicht wird, bevor die äusseren Rezirkulationszonen mit dem restlichen Teil des Luft/Brennstoff-Gemisches aus der Mischstrecke in Berührung kommen. Dadurch wird erreicht, dass sich ein vorteilhaftes Mischungsverhältnis aus Luft/Brennstoff-Gemisch und Heissgas in den Rezirkulationszonen einstellt, und das abgezweigte Luft/Brennstoff-Gemisch in Art einer selbstzündenden Pilotflamme die Stabilität der Flammenfront wesentlich verbessert.
  • Durch die Aufteilung des Luft/Brennstoff-Gemisches aus der Mischstrecke in einen Hauptstrom und einen in kleinen Teilströme unterteilten Nebenstrom ergibt sich innerhalb des Brennraumes eine stark vergrösserte Kontaktfläche zwischen Luft/Brennstoff-Gemisch und rezirkulierendem Heissgas.
  • Damit allgemein die Geschwindigkeit des Luft/Brennstoff-Gemisches in etwa konstant bleibt, und um ein Rückschlagen der Flamme zu vermeiden, wird die Gesamtquerschnittsfläche von Haupt- und Nebenstrom des Luft/Brennstoff-Gemisches in etwa konstant gehalten. Dies wird erreicht, indem am Ende der Mischstrecke eine kleine Kontraktion vorgesehen wird. Danebst wird zur Erreichung dieses Zieles auf die Anzahl der Abzweigungen für den Teilstrom, auf den jeweiligen Durchflussquerschnitt sowie auf die Strömungsführung im entsprechenden Umfang eingewirkt.
  • Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass
    • a) sich niedrigere magere Löschgrenzen und dadurch einen erweiterten Betriebsbereich von mageren Vormischbrennern ergeben;
    • b) eine verbesserte Flammenstabilität, d.h. geringere Druckpulsationen resultieren;
    • c) eine verkürzte Ausbrandlänge durch Intensivierung der äusseren Reaktionsfront erreicht wird.
  • Die Ursache für den Vorteil unter a) ist darin zu sehen, dass gegenüber einer herkömmlichen Mischung durch Scherschichten zwischen Luft/Brennstoff-Gemisch und rezirkulierendem Heissgas, die zu einem Maximum der Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung des Volumenverhältnisses zwischen den beiden genannten Medien bei ca. 50% führt, die erfindungsgemässe Vornahme der Zumischung des Luft/Brennstoff-Gemisches in die äusseren Rezirkulationszonen eine solche bei ca. 30% gewährleistet. Anhand von Messungen über die korrelierten Selbstzündzeiten bei den verschiedenen Wahrscheinlichkeitsdichteverteilungen für die verschiedenen Medien hat sich gezeigt, dass eine Verteilung mit einem Maximum bei 30% an Luft/Brennstoff-Gemisch innerhalb der äusseren Rezirkulationszonen die Zündverzugszeit um eine Grössenordnung kleiner ausfällt, gegenüber derjenigen mit einer Verteilung mit einem Maximum bei 50%.
  • Vorteilhafte und zweckmässige Weiterbildungen der erfindungsgemässen Aufgabenlösung sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.
  • Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die einzige Figur zeigt eine Brennkammer, deren Endphase einer Mischstrecke mit einem anschliessenden Brennraum.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
  • Die Figur zeigt, wie aus der schematisch eingezeichneten Wellenachse 15 hervorgeht, eine als Ringbrennkammer 1 ausgebildete Brennkammer, welche im wesentlichen aus einem zusammenhängenden annularen oder quasi-annularen Zylinder besteht. Die Brennkammer kann indessen auch aus einer Anzahl axial, quasi-axial oder schraubenförmig um die genannte Achse angeordneter und einzeln in sich abgeschlossener Brennräume bestehen. Eine Brennkammer, die aus einem einzelnen Brennraum in dargestellter Form besteht, ist auch möglich. Die vorliegende Ringbrennkammer 1 ist stromab einer Mischstrecke 2 angeordnet, wobei diese Mischstrecke ohne weiteres Bestandteil eines Vormischbrenners sein kann, wie er beispielweise in EP-0 321 809 B1 beschrieben ist. Diese Druckschrift wird mithin als integrierender Bestandteil dieser Beschreibung deklariert. Selbstverständlich kann die aus der Figur hervorgehende Mischstrecke 2, aus welcher eine Drallströmung bereitgestellt wird, Teil eines Mischrohres sein, das beispielsweise stromab des genannten Vormischbrenners wirkt. Grundsätzlich geht es innerhalb dieser Mischstrecke 2 im engeren oder weiteren Sinn um die Bildung eines Luft/Brennstoff-Gemisches für die nachfolgende Verbrennung, dergestalt, dass diese Verbrennung dann unter minimierten Schadstoff-Emissionen, insbesondere was die NOx-Emissionen betrifft, abläuft. Ein Brennraum 3 schliesst sich am Ende der Mischstrecke 2 an, dergestalt, dass der Uebergang zwischen den beiden Strömungsstrecken durch einen radialen Querschnittssprung 5, gebildet ist, der zunächst den Strömungsquerschnitt des Brennraumes 3 induziert, wobei dieser Strömungsquerschnitt das 2-10fache des Austrittsquerschnittes der Mischstrecke 2 beträgt. In der Ebene dieses Querschnittsprunges 5 stellt sich aufgrund des Aufplatzens der bereits erwähnten Drallströmung eine Flammenfront ein, welche durch eine Rückströmzone 12 charakterisiert ist. Diese bildet an sich einen körperlosen Flammenhalter, der zusätzlich zu den äusseren Rezirkulationsgebieten zur Stabilisierung der Flammenfront 20 beiträgt. Im Bereich des Querschnittssprunges 5 bilden sich während des Betriebes strömungsmässige äussere Rezirkulationszonen 10, in welchen durch den dort vorherrschenden Unterdruck Wirbelablösungen 11 entstehen, welche an sich dazu geeignet sind, eine ringförmige Stabilisierung der Rückströmzone 12, also mithin der Flammenfront, zu gewährleisten. Von daher ist es eminent wichtig, dass die Wirbelablösungen 11 während des ganzen Betriebes stabil bleiben. Zu diesem Zweck wird am Uebergang der Mischstrecke 2 in den Brennraum 3 ein Teil 9 des gesamten Luft/Brennstoff-Gemisches 8 abgezweigt und in die äusseren Rezirkulationszonen 10 eingemischt. Dieser abgezweigte Teil 9 von vorzugsweise 10-30% des gesamten Gemisches 8 wird über Durchflusskanäle 4 in die genannten äusseren Rezirkulationszonen 10 eingeführt, wobei der Ort der Einmischung so gewählt wird, dass eine vollständige Vermischung desselben mit einem rezirkulierenden Heissgas 17 im Bereich der Wirbelablösungen 11 erreicht wird, bevor die äusseren Rezirkulationszonen 10 mit dem Hauptstrom 16 des Luft/Brennstoff-Gemisches 8 in Berührung kommen. Dadurch wird erreicht, dass sich ein vorteilhaftes Mischungsverhältnis aus Luft/Brennstoff-Gemisch 9 und Heissgas allgemein in den äusseren Rezirkulationszonen 10 einstellt, und das abgezweigte Gemisch 9 in Art einer selbstzündenden Pilotflamme die Stabilität der Flammenfront 20, d.h. der Flammenfront wesentlich verbessert. Durch die Aufteilung des gesamten Luft/Brennstoff-Gemisches 8 in einen Hauptstrom 16 und einen in kleine Teilströme unterteilten Nebenstrom 9 ergibt sich eine stark vergrösserte Kontaktfläche zwischen dem Luft/Brennstoff-Gemisch und dem rezirkulierenden Heissgas 17. Damit die Geschwindigkeit des Luft/Brennstoff-Gemisches in etwa konstant bleibt, und damit eine Rückzündung der Flamme vermieden wird, soll die Gesamtquerschnittsfläche von Hauptstrom 16 und Nebenstrom 9 in etwa auch konstant gehalten werden. Dies wird regulativ in dem Sinne erreicht, dass am Ende der Mischstrecke 2 eine entsprechend grosse Kontraktion 7 der Strömung vorgesehen wird. Der Durchmesser der Durchflusskanäle 4, die in etwa unter einem Winkel von 30-60°, vorzugsweise um 45°, gegenüber der Wellenachse 15 verlaufen, damit sie in etwa parallel zu den Wandstromlinien der Drallströmung verlaufen, beträgt 3-8%, vorzugsweise 5% des hydraulischen Durchmessers der Mischstrecke 2. Die Anzahl der Durchflusskanäle 4 ergibt sich aus dem Massenstromverhältnis zwischen Hauptstrom und Nebenstrom des Luft/Brennstoff-Gemisches, wobei das Massenstromverhältnis in etwa dem Flächenverhältnis der beiden Strömungen entspricht. Der Abstand der Durchflusskanäle 4 zur Mischstrecke beträgt vorzugsweise ca. 10% des hydraulischen Durchmessers der Mischstrecke 2. Das Luft/Brennstoff-Gemisch 9 über die Durchflusskanäle 4 kann mit einem zusätzlichen Brennstoff 6 angereichert werden, indem beispielsweise über eine mit Bohrungen 18 versehenen Ringleitung 19 in jedem Durchflusskanal 4 das genannte Brennstoff 6 eingebracht wird, wodurch dann eine verstärkte und sichere Pilotflamme in den äusseren Rezirkulationszonen 10 wirkt, wobei dies dazu führt, dass selbst in den transienten Bereichen bei minimiertem Schadstoff-Emissionen eine niedere magere Löschgrenze angepeilt werden kann, sonach der Betriebsbereich von mageren Vormischbrennern auch auf Lastbereiche unter 40% ausgedehnt werden kann. Es bleibt noch anzumerken, dass die Heissgase 13 eine nicht näher dargestellte nachgeschaltete Turbine 14 beaufschlagen, wobei die hier gezeigte Brennkammer 1 ohne weiteres niederdruckseitig einer auf einer sequentiellen Verbrennung aufgebauten Gasturbogruppe angeordnet sein kann und nach einem Selbstzündungsverfahren betreibar ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Brennkammer
    2
    Mischstrecke
    3
    Brennraum
    4
    Durchflusskanäle
    5
    Querschnittssprung
    6
    Brennstoff
    7
    Kontraktion
    8
    Gesamtes Luft/Brennstoff-Gemisch
    9
    Teilströmung des Luft/Brennstoff-Gemisches
    10
    Aeussere Rezirkulationszone
    11
    Wirbelablösungen
    12
    Rückströmzone, Vormischflamme, Flammenfront
    13
    Heissgase
    14
    Turbine
    15
    Achse Rotorwelle, Wellenachse
    16
    Hauptstrom des Luft/Brennstoff-Gemisches
    17
    Rezirkulierende Heissgase
    18
    Bohrungen
    19
    Ringleitung
    20
    Flammenfront

Claims (10)

  1. Brennkammer einer Gasturbogruppe, im wesentlichen bestehend aus einer Mischstrecke zur Vormischung eines Luft/Brennstoff-Gemisches und einem nachgeschalteten Brennraum, wobei am Uebergang zwischen Mischstrecke und Brennraum ein Querschnittssprung vorhanden ist, der den Strömungsquerschnitt des Brennraumes induziert, und wobei dieser Querschnittssprung gegenüber dem Durchflussquerschnitt der Mischstrecke äussere Rezirkulationszonen bildet, dadurch gekennzeichnet, dass in der Endphase der Mischstrecke (2) Durchflusskanäle (4) für die Durchströmung eines Teils (9) des gesamten Luft/Brennstoff-Gemisches (8) abzweigen, und dass diese Durchflusskanäle (4) in die äusseren Rezirkulationszonen (10) münden.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (1) eine Ringbrennkammer ist.
  3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (4) zwischen Mischstrecke (2) und äusseren Rezirkulationszonen (10) unter einem Winkel von 30-60° gegenüber der Wellenachse (15) verlaufen.
  4. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Durchflusskanäle (4) strömende Luft/Brennstoff-Gemisch (9) 10-30% des gesamten Gemisches (8) beträgt.
  5. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem durch die Durchflusskanäle (4) strömenden Gemisch (9) ein zusätzlicher Brennstoff (6) zuführbar ist.
  6. Brennkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Brennstoff (6) über eine mit Bohrungen (18) versehene Ringleitung (19) beistellbar ist.
  7. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnittssprung (5) am Ende der Mischstrecke (2) ein um das 2-10fache grössere Strömungsquerschnitt des Brennraumes (3) gegenüber demjenigen der Mischstrecke (2) induziert.
  8. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchflusskanäle (4) jeweils 3-8% des hydraulischen Durchmessers der Mischstrecke (2) beträgt.
  9. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endphase der Mischstrecke (2) am Uebergang zum Brennraum (3) eine querschnittsmässige Kontraktion (7) aufweist.
  10. Brennkammer nach den Ansprüchen 1 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusskanäle (4) von der Kontraktion (7) aus abzweigen.
EP97810159A 1996-04-09 1997-03-18 Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenbrennkammer Expired - Lifetime EP0801268B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19614001A DE19614001A1 (de) 1996-04-09 1996-04-09 Brennkammer
DE19614001 1996-04-09

Publications (3)

Publication Number Publication Date
EP0801268A2 true EP0801268A2 (de) 1997-10-15
EP0801268A3 EP0801268A3 (de) 1999-07-14
EP0801268B1 EP0801268B1 (de) 2003-12-10

Family

ID=7790796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP97810159A Expired - Lifetime EP0801268B1 (de) 1996-04-09 1997-03-18 Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenbrennkammer

Country Status (5)

Country Link
US (1) US5885068A (de)
EP (1) EP0801268B1 (de)
JP (1) JP3907779B2 (de)
CN (1) CN1165937A (de)
DE (2) DE19614001A1 (de)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0985882A1 (de) * 1998-09-10 2000-03-15 Asea Brown Boveri AG Schwingungsdämpfung in Brennkammern
EP0994300A1 (de) * 1998-10-14 2000-04-19 Abb Research Ltd. Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers
WO2010079276A1 (fr) 2009-01-08 2010-07-15 Augier Procede et systeme de transmission de l'energie electrique
US8057224B2 (en) * 2004-12-23 2011-11-15 Alstom Technology Ltd. Premix burner with mixing section
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19855034A1 (de) * 1998-11-28 2000-05-31 Abb Patent Gmbh Verfahren zum Beschicken eines Brenners für Gasturbinen mit Pilotgas
US6295801B1 (en) * 1998-12-18 2001-10-02 General Electric Company Fuel injector bar for gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity
US6286298B1 (en) * 1998-12-18 2001-09-11 General Electric Company Apparatus and method for rich-quench-lean (RQL) concept in a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity
JP2005516141A (ja) * 2001-10-26 2005-06-02 アルストム テクノロジー リミテッド 高排気ガス再循環率で動作するように構成したガスタービンとその動作方法
AU2003240374A1 (en) * 2002-08-30 2004-03-19 Alstom Technology Ltd Hybrid burner and corresponding operating method
ITMI20032621A1 (it) * 2003-12-30 2005-06-30 Nuovo Pignone Spa Sistema di combustione a basse emissioni inquinanti
US20060107667A1 (en) * 2004-11-22 2006-05-25 Haynes Joel M Trapped vortex combustor cavity manifold for gas turbine engine
US20070204624A1 (en) * 2006-03-01 2007-09-06 Smith Kenneth O Fuel injector for a turbine engine
DE102006041955A1 (de) * 2006-08-30 2008-03-20 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Steuerung der Verbrennung in einer Brennkammer und Brennkammervorrichtung
EP1950494A1 (de) * 2007-01-29 2008-07-30 Siemens Aktiengesellschaft Brennkammer für eine Gasturbine
EP2107312A1 (de) * 2008-04-01 2009-10-07 Siemens Aktiengesellschaft Pilotverbrennkammer in einem Brenner
CN101776283B (zh) * 2009-01-13 2012-06-20 北京航空航天大学 带射流注入的火焰稳定装置
CN102877984B (zh) * 2012-10-24 2014-12-03 北京航空航天大学 一种带前缘气缝结构的超燃冲压发动机火焰稳定装置
EP2889542B1 (de) * 2013-12-24 2019-11-13 Ansaldo Energia Switzerland AG Verfahren zum betrieb einer brennkammer für eine gasturbine und brennkammer für eine gasturbine
CN104566460A (zh) * 2014-12-26 2015-04-29 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 一种具有突扩通道的燃料空气混合器
CN108006695B (zh) * 2016-11-01 2019-12-06 北京华清燃气轮机与煤气化联合循环工程技术有限公司 优化用于燃气轮机的预混合燃料喷嘴的方法
FR3099546B1 (fr) * 2019-07-29 2021-08-06 Safran Aircraft Engines Chambre de combustion comportant des systèmes d'injection secondaires injectant de l'air et du carburant directement dans des zones de recirculation de coin, turbomachine la comprenant, et procédé d'alimentation en carburant de celle-ci
CN112128975B (zh) * 2020-09-25 2021-11-09 郑州釜鼎热能技术有限公司 一种空煤气上喷卷吸高温烟气蓄热体中燃烧与传热的热风炉
CN112984500B (zh) * 2021-01-27 2022-12-06 杭州聚能环保科技股份有限公司 一种卧式单炉胆煤粉锅炉
CN113279857B (zh) * 2021-05-27 2022-03-15 中国科学院工程热物理研究所 一种适用于无人飞行器的高推重比燃气涡轮发生器

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3879939A (en) * 1973-04-18 1975-04-29 United Aircraft Corp Combustion inlet diffuser employing boundary layer flow straightening vanes
DE2460740C3 (de) * 1974-12-21 1980-09-18 Mtu Motoren- Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh, 8000 Muenchen Brennkammer für Gasturbinentriebwerke
US4395223A (en) * 1978-06-09 1983-07-26 Hitachi Shipbuilding & Engineering Co., Ltd. Multi-stage combustion method for inhibiting formation of nitrogen oxides
US4488869A (en) * 1982-07-06 1984-12-18 Coen Company, Inc. High efficiency, low NOX emitting, staged combustion burner
JPS6057131A (ja) * 1983-09-08 1985-04-02 Hitachi Ltd ガスタ−ビン燃焼器の燃料供給方法
CH674561A5 (de) * 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
US5359847B1 (en) * 1993-06-01 1996-04-09 Westinghouse Electric Corp Dual fuel ultra-flow nox combustor
DE4408136A1 (de) * 1994-03-10 1995-09-14 Bmw Rolls Royce Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Kraftstoff-Aufbereitung für eine Gasturbinen-Brennkammer
DE4426351B4 (de) * 1994-07-25 2006-04-06 Alstom Brennkammer für eine Gasturbine
US5638682A (en) * 1994-09-23 1997-06-17 General Electric Company Air fuel mixer for gas turbine combustor having slots at downstream end of mixing duct

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0985882A1 (de) * 1998-09-10 2000-03-15 Asea Brown Boveri AG Schwingungsdämpfung in Brennkammern
US6430933B1 (en) 1998-09-10 2002-08-13 Alstom Oscillation attenuation in combustors
EP0994300A1 (de) * 1998-10-14 2000-04-19 Abb Research Ltd. Brenner für den Betrieb eines Wärmeerzeugers
US6152726A (en) * 1998-10-14 2000-11-28 Asea Brown Boveri Ag Burner for operating a heat generator
US8057224B2 (en) * 2004-12-23 2011-11-15 Alstom Technology Ltd. Premix burner with mixing section
WO2010079276A1 (fr) 2009-01-08 2010-07-15 Augier Procede et systeme de transmission de l'energie electrique
US11156164B2 (en) 2019-05-21 2021-10-26 General Electric Company System and method for high frequency accoustic dampers with caps
US11174792B2 (en) 2019-05-21 2021-11-16 General Electric Company System and method for high frequency acoustic dampers with baffles

Also Published As

Publication number Publication date
EP0801268B1 (de) 2003-12-10
US5885068A (en) 1999-03-23
CN1165937A (zh) 1997-11-26
DE19614001A1 (de) 1997-10-16
JPH1038275A (ja) 1998-02-13
DE59711087D1 (de) 2004-01-22
JP3907779B2 (ja) 2007-04-18
EP0801268A3 (de) 1999-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0801268B1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenbrennkammer
EP0274630B1 (de) Brenneranordnung
EP0401529B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine
EP2116766B1 (de) Brenner mit Brennstofflanze
EP0387532B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine
EP0571782B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine
EP0718561B1 (de) Brennkammer
EP0719983B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zuleiten eines gasförmigen Brennstoffs in einen Vormischbrenner
EP0481111B1 (de) Brennkammer einer Gasturbine
EP1356236B1 (de) Vormischbrenner sowie verfahren zum betrieb eines derartigen vormischbrenners
EP0276696A2 (de) Hybridbrenner für Vormischbetrieb mit Gas und/oder Öl, insbesondere für Gasturbinenanlagen
EP0713058A1 (de) Brennkammer mit Mehrstufenverbrennung
DE3432971A1 (de) Verfahren zum liefern von kraftstoff fuer einen gasturbinen-combustor
EP0193838A2 (de) Brenneranordnung für Feuerungsanlagen, insbesondere für Brennkammern von Gasturbinenanlagen sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
WO1995020131A1 (de) Verfahren zur verbrennung eines brennstoffes in verdichteter luft
EP1754002B1 (de) Gestufter vormischbrenner mit einem injektor für flüssigbrennstoff
EP0276397B1 (de) Brennkammer für Gasturbine
EP1864056A1 (de) Vormischbrenner für eine gasturbinenbrennkammer
WO2005095864A1 (de) Mehrfachbrenneranordnung zum betrieb einer brennkammer sowie verfahren zum betreiben der mehrfachbrenneranordnung
DE19523094A1 (de) Brennkammer
DE19618058B4 (de) Brenner
EP0483554A1 (de) Verfahren zur Minimierung der NOx-Emissionen aus einer Verbrennung
DE4242003A1 (de) Prozesswärmeerzeuger
DE19542644B4 (de) Vormischverbrennung
DE102016118632A1 (de) Brennkammersystem, Verwendung eines Brennkammersystems mit einer angeschlossenen Turbine und Verfahren zur Durchführung eines Verbrennungsprozesses

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A2

Designated state(s): DE FR GB IT NL

PUAL Search report despatched

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009013

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A3

Designated state(s): DE FR GB IT NL

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Free format text: 6F 23R 3/34 A, 6F 23R 3/42 B, 6F 23R 3/02 B

17P Request for examination filed

Effective date: 19991011

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ALSTOM

17Q First examination report despatched

Effective date: 20011221

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: ALSTOM (SWITZERLAND) LTD

GRAH Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOS IGRA

RTI1 Title (correction)

Free format text: OPERATING METHOD OF A GAS TURBINE COMBUSTOR

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB IT NL

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT;WARNING: LAPSES OF ITALIAN PATENTS WITH EFFECTIVE DATE BEFORE 2007 MAY HAVE OCCURRED AT ANY TIME BEFORE 2007. THE CORRECT EFFECTIVE DATE MAY BE DIFFERENT FROM THE ONE RECORDED.

Effective date: 20031210

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20031210

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

RAP2 Party data changed (patent owner data changed or rights of a patent transferred)

Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD

REF Corresponds to:

Ref document number: 59711087

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20040122

Kind code of ref document: P

NLT2 Nl: modifications (of names), taken from the european patent patent bulletin

Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20040310

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20040913

EN Fr: translation not filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20100208

Year of fee payment: 14

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 20100308

Year of fee payment: 14

Ref country code: DE

Payment date: 20100331

Year of fee payment: 14

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: V1

Effective date: 20111001

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20110318

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20111001

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20111001

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R119

Ref document number: 59711087

Country of ref document: DE

Effective date: 20111001

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20110318