EP1070917B1 - Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem sowie Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem sowie Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1070917B1
EP1070917B1 EP00810632A EP00810632A EP1070917B1 EP 1070917 B1 EP1070917 B1 EP 1070917B1 EP 00810632 A EP00810632 A EP 00810632A EP 00810632 A EP00810632 A EP 00810632A EP 1070917 B1 EP1070917 B1 EP 1070917B1
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EP
European Patent Office
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fuel
combustion system
lines
premixing
mass flow
Prior art date
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EP00810632A
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Adnan Dr. Eroglu
Christian Oliver Dr. Paschereit
Wolfgang Prof. Dr. Polifke
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Definitions

  • the present invention relates to the field of combustion technology. It relates to a method for the active suppression of fluid mechanics Instabilities in a combustion system according to the preamble of the claim 1. It also relates to a combustion system for carrying out the Process.
  • Burn instabilities suggested using an active control system have been in either an open or closed control loop the supply of fuel and / or combustion air to the burner or Brennem is controlled or modulated in a defined manner. That's how one relates older, not previously published application by the applicant, for example, to the active control of the instabilities in a premix burner, e.g. in the EP-B1-0 321 809 is shown in FIG. 1 there.
  • a premix burner e.g. in the EP-B1-0 321 809
  • the fuel flows into the loop asymmetrical two outer fuel lines (8, 9 in Fig. 1 of EP-B1-0 321 809) with frequencies between 0.3 Hz and 5 kHz, preferably between 5 Hz and 200 Hz, modulated.
  • the modulation takes place with the help of two fuel valves, which are inserted into the fuel lines.
  • a disadvantage is the use of mechanically moved, electrically driven Fuel valves, the mechanically moving parts are present at the modulation frequencies used are subject to increased wear and are subject to restrictions with regard to functional safety. Another disadvantage is the independent energy requirement of the valves, the additional one Circuit measures required. Fluidic elements for modulating the fuel supply are known from US 3,748,852 and US 3,388,862.
  • the object is achieved by the entirety of the features of claim 1.
  • the essence of the invention is to modulate the fuel supply instead use of the mechanically operated valves to apply fluidic methods, i.e., the fuel flows through fluidic means without moving To change parts, using fluidic switches or control elements come.
  • a preferred embodiment of the method according to the invention is thereby characterized in that within the combustion system the fuel in two separate fuel lines for premixing, and that to Modulation of the supplied fuel with the fuel mass flow the fluidics alternately on both fuel lines in different ways is divided.
  • Such an alternating division is especially for premix burners the above Kind suitable because this advantageously the axial symmetry disturbed the combustion flame and those associated with the axial symmetry axially symmetrical vortex structures and pressure vibrations suppressed or be prevented from arising.
  • the alternating division can consist, for example, that both fuel lines equally a first unmodulated partial mass flow of fuel is supplied is, while a second partial mass flow alternately over one of the two Fuel lines is additionally supplied. This is in the fuel supply not used the full modulation depth.
  • the modulation is preferably carried out using a periodic time function Frequency and amplitude.
  • the frequencies depend on the Geometry and mode of operation of the combustion system and are usually in an area related to the prior art above has already been mentioned.
  • the destruction of the vibrations favoring symmetries in the flame or combustion chamber can be achieved on the one hand in that the Fuel via the two fuel lines to a single premixing device directed and injected there at different points.
  • the combustion system according to the invention which has a premixing device for mixing the fuel with the combustion air, at least one Fuel line for supplying the fuel to the premixing device, and Includes means for modulating the mass flow of the fuel supplied characterized in that the modulation means comprise a fluidic element.
  • a preferred embodiment of the combustion system according to the invention is characterized in that the fuel is supplied via two fuel lines and that the fluidic element is designed and with the two Fuel lines is connected that at least part of the modulation supplied fuel mass flow alternately on one of the two fuel lines is switched.
  • the two fuel lines run to the same premixing device, and the premixing device is designed that the fuel from each of the fuel lines is on a different one Point of the premixing device is injected.
  • the fluidic element used preferably comprises a fuel inlet and two Y-branching from the fuel inlet and with the fuel lines related fuel outlets, as well as two across the fuel inlet running, opposite control channels, which in the area the branch of the fuel outlets lead into the fuel inlet and by applying excess or negative pressure a deflection of the the fuel mass flow entering the fuel inlet from one to the other Allow fuel outlet.
  • the desired modulation is particularly simple with the aid of this fluidic element reached when the two control channels through an outside of the fluidic element running connecting pipe of a given length in a closed Circle are interconnected.
  • a first embodiment of a combustion system according to the Invention reproduced.
  • the combustion system 10 includes a (schematic shown) premix burner 17, for example as a double cone burner is formed, as shown in Fig. 1 of EP-B1-0 321 809.
  • the premix burner 17 becomes a (gaseous) fuel on two opposite Sides injected and mixed with the necessary combustion air.
  • fuel for the premix burner 17 is supplied via two separate fuel lines 15 and 16 brought up, which via a fluidic element 11 from a common fuel inlet 12 are fed.
  • the fluidic element 11 preferably has the (schematic) representation shown in FIG. 4. inner structure.
  • the fuel inlet 12 branches after a constriction inside the element Y-shaped in two sloping fuel outlets 31 and 32 to which the fuel lines 15, 16 are connected are. Furthermore, there are two in the interior of the fluidic element transverse to the fuel inlet 12 extending, opposite control channels 27 and 28 are provided, the in the area of the branch of the fuel outlets 31, 32 in the Fuel inlet 12 open.
  • the function of the fluidic element 11 is based on the principles of the Prandtl diffuser and the Coanda effect.
  • the through the Fuel inlet 12 inflowing mass flow has the natural tendency to result the Coanda effect to flow through one of the fuel outlets 31, 32 (In Fig.
  • the fluidic element 11 in Fig. 1 from a controller 14 via a control line 13 with corresponding periodic pressure surges on the control channels 27, 28 of the fluidic element, it periodically switches to distributes the Fuel mass flow at the fuel inlet 12 to one of the two fuel outlets 31, 32 and thus on one of the two fuel lines 15, 16.
  • the modulation arrangement becomes particularly simple if the (dashed) Control 14 together with control line 13 is completely dispensed with.
  • the two control channels 27 and 28 externally connected to each other by a connecting pipe 29 and thus form a closed circle.
  • the Geometry of the circle, especially the effective length of the connecting pipe 29, determines the tilt frequency and can be selected so that a optimal modulation frequency to suppress combustion vibrations established.
  • the particular advantage of this arrangement is that no supply or control devices for the modulation are required.
  • the desired symmetry disturbance in a Combustion system 20 in which several premix burners 18, 19 in parallel a combustion chamber work, can also be achieved in that the two from the (modulated) fuel lines 15, 16 coming separately from the fluidic element 11 can be connected to the various premix burners 18, 19.
  • the interaction between the two premix burners 18 prevents 19 the formation of thermoacoustic instabilities.
  • FIG. 3 it is also conceivable within the scope of the invention, instead of FIG. 3 to modulate a mixing tube 21 of a premix burner.
  • this mixing tube 21 are the fuel lines 15, 16 coming from the fluidic element 11 to two opposite Injection devices 23, 24 connected through which the Fuel in the area of a swirl element arranged in the interior of the mixing tube 21 25 injected and with the combustion air flowing in through the air inlet 22 whirling is mixed.
  • the mixing tube 21 with the swirl element can be constructed similarly to that described in US Pat. No. 4,226,083 is.

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Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Verbrennungssystem zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Thermoakustische Schwingungen stellen eine Gefahr für jede Art von Verbrennungsanwendungen dar. Sie führen zu Druckschwankungen hoher Amplitude, zu einer Einschränkung des Betriebsbereiches und können unerwünschte Emissionen erhöhen. Dieses trifft insbesondere für Verbrennungssysteme mit geringer akustischer Dämpfung zu, wie sie beispielsweise bei Gasturbinen eingesetzt werden. Um eine hohe Leistung in Bezug auf Pulsationen und Emissionen über einen weiten Betriebsbereich zu garantieren, kann eine aktive Kontrolle der Verbrennungsschwingungen notwendig sein.
Es sind bereits verschiedene Techniken zur Kontrolle bzw. Unterdrückung von Verbrennungsinstabilitäten mittels eines aktiven Kontrollsystems vorgeschlagen worden, bei denen entweder in einer offenen oder geschlossenen Regelschleife die Zufuhr des Brennstoffs und/oder der Verbrennungsluft zum Brenner oder den Brennem in definierter Weise gesteuert bzw. moduliert wird. So bezieht sich eine ältere, nicht vorveröffentlichte Anmeldung der Anmelderin beispielsweise auf die aktive Kontrolle der Instabilitäten bei einem Vormischbrenner, wie er z.B. in der EP-B1-0 321 809 in der dortigen Fig. 1 wiedergegeben ist. In einer offenen Schleife werden bei einem solchen Vormischbrenner die Brennstoffströme in den beiden äusseren Brennstoffleitungen (8, 9 in Fig. 1 der EP-B1-0 321 809) asymmetrisch mit Frequenzen zwischen 0,3 Hz und 5 kHz, vorzugsweise zwischen 5 Hz und 200 Hz, moduliert. Die Modulation erfolgt mit Hilfe zwei Brennstoffventilen, die in die Brennstoffleitungen eingefügt sind.
Nachteilig ist bei der Verwendung von mechanisch bewegten, elektrisch angetriebenen Brennstoffventilen, das mechanisch bewegte Teile vorhanden sind, die bei den angewandten Modulationsfrequenzen einem erhöhten Verschleiss unterworfen sind und hinsichtlich der Funktionssicherheit Einschränkungen unterliegen. Nachteilig ist aber auch der eigenständige Energiebedarf der Ventile, der zusätzliche Schaltungsmassnahmen erforderlich macht. Fluidikelemente zur Modulation der Brennstoffzufuhr sind aus US 3 748 852 und US 3 388 862 bekannt.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur aktiven Kontrolle der Verbrennungsinstabilitäten anzugeben, das einfach und funktionssicher ist und hinsichtlich der apparativen Voraussetzungen nur geringe Anforderungen stellt.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, für die Modulation der Brennstoffzufuhr anstelle der anfälligen mechanisch betätigten Ventile Methoden der Fluidik einzusetzen, d.h., die Brennstoffströme durch strömungstechnische Mittel ohne bewegte Teile zu verändern, wobei Fluidikschalter bzw. -steuerungselemente zum Einsatz kommen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Verbrennungssystems der Brennstoff in zwei getrennten Brennstoffleitungen zum Vormischen geleitet wird, und dass zur Modulation des zugeführten Brennstoffs der Brennstoffmassenstrom mit Mitteln der Fluidik alternierend in unterschiedlicher Weise auf beide Brennstoffleitungen aufgeteilt wird. Eine solche alternierende Aufteilung ist insbesondere für Vormischbrenner der o.g. Art geeignet, weil hierdurch auf vorteilhafte Weise die Axialsymmetrie der Verbrennungsflamme gestört und die mit der Axialsymmetrie verbundenen axialsymmetrischen Wirbelstrukturen und Druckschwingungen unterdrückt bzw. an ihrer Entstehung gehindert werden. Die altemierende Aufteilung kann beispielsweise darin bestehen, dass über beide Brennstoffleitungen gleichermassen eine erster unmodulierter Teilmassenstrom an Brennstoff zugeführt wird, während ein zweiter Teilmassenstrom alternierend über eine der beiden Brennstoffleitungen zusätzlich zugeführt wird. Hierbei wird in der Brennstoffzufuhr nicht die volle Modulationstiefe ausgenutzt.
Es ist aber auch denkbar, dass gemäss einer bevorzugten Weiterbildung der Ausführungsform der (gesamten) Brennstoffmassenstrom alternierend über eine der beiden Brennstoffleitungen geleitet wird (volle Modulationstiefe).
Die Modulation erfolgt vorzugsweise mit einer periodischen Zeitfunktion vorgegebener Frequenz und Amplitude. Die Frequenzen richten sich dabei nach der Geometrie und Betriebsweise des Verbrennungssystems und liegen üblicherweise in einem Bereich, der weiter oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik bereits genannt worden ist.
Die Zerstörung der Schwingungen begünstigenden Symmetrien in der Flamme bzw. Brennkammer kann dabei einerseits dadurch erreicht werden, dass der Brennstoff über die beiden Brennstoffleitungen zu einer einzigen Vormischeinrichtung geleitet und dort an unterschiedlichen Stellen eingedüst wird.
Es ist aber auch denkbar, dass der Brennstoff über die beiden Brennstoffleitungen zu verschiedenen Vormischeinrichtungen (z.B. Vormischbrennern) innerhalb desselben Verbrennungssystems geleitet und dort eingedüst wird, was zu einer Symmetrieunterdrückung innerhalb des Gesamtsystems mehrerer Vormischeinrichtungen führt.
Das erfindungsgemässe Verbrennungssystem, welches eine Vormischeinrichtung zum Vermischen des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft, wenigstens eine Brennstoffleitung zum Zuführen des Brennstoffs zur Vormischeinrichtung, sowie Mittel zur Modulation des Massenstromes des zugeführten Brennstoffs umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel ein Fluidikelement umfassen.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Verbrennungssystems nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass der Brennstoff über zwei Brennstoffleitungen zugeführt wird, und dass das Fluidikelement so ausgebildet und mit den beiden Brennstoffleitungen verbunden ist, dass bei der Modulation zumindest ein Teil des zugeführten Brennstoffmassenstroms altemierend auf eine der beiden Brennstoffleitungen umgeschaltet wird. Insbesondere führen die beiden Brennstoffleitungen zur selben Vormischeinrichtung, und die Vormischeinrichtung ist so ausgebildet, dass der Brennstoff aus jeder der Brennstoffleitungen an einer anderen Stelle der Vormischeinrichtung eingedüst wird.
Bevorzugt umfasst das verwendete Fluidikelement einen Brennstoffeinlass und zwei vom Brennstoffeinlass Y-förmig abzweigende und mit den Brennstoffleitungen in Verbindung stehende Brennstoffauslässe, sowie zwei quer zum Brennstoffeinlass verlaufende, einander gegenüberliegende Steuerkanäle, welche im Bereich der Abzweigung der Brennstoffauslässe in den Brennstoffeinlass münden und durch Beaufschlagung mit Ueber- oder Unterdruck eine Umlenkung des durch den Brennstoffeinlass eintretenden Brennstoffmassenstromes von einem zum anderen Brennstoffauslass ermöglichen.
Besonders einfach wird die gewünschte Modulation mit Hilfe dieses Fluidikelementes erreicht, wenn die beiden Steuerkanäle durch ein ausserhalb des Fluidikelementes verlaufendes Verbindungsrohr vorgegebener Länge in einem geschlossenen Kreis miteinander verbunden sind.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1
ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungssystems nach der Erfindung mit einem Vormischbrenner, der über zwei unterschiedliche Brennstoffleitungen mittels eines Fluidikelementes moduliert mit Brennstoff versorgt wird;
Fig. 2
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Verbrennungssystems nach der Erfindung mit zwei parallel arbeitenden Vormischbrennern, die jeweils über eine Brennstoffleitung mittels eines Fluidikelementes moduliert mit Brennstoff versorgt werden;
Fig. 3
ein drittes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungssystems nach der Erfindung mit einem Mischrohr, in welches im Bereich eines Drallelementes von zwei gegenüberliegenden Seiten Brennstoff eingedüst wird, der über zwei Brennstoffleitungen mittels eines Fluidikelementes moduliert herangeführt wird;
Fig. 4
den inneren Aufbau eines Fluidikelementes, wie es bevorzugt in den Ausführungsbeispielen gemäss Fig. 1 bis 3 eingesetzt wird; und
Fig. 5
die bevorzugte Konfiguration des Fluidikelementes aus Fig. 4 als selbsttätig schwingendes Kippelement.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Verbrennungssystems nach der Erfindung wiedergegeben. Das Verbrennungssystem 10 umfasst einen (schematisiert dargestellten) Vormischbrenner 17, der beispielsweise als Doppelkegelbrenner ausgebildet ist, wie dies in Fig. 1 der EP-B1-0 321 809 gezeigt ist. Beim Vormischbrenner 17 wird ein (gasförmiger) Brennstoff an zwei gegenüberliegenden Seiten eingedüst und mit der notwendigen Verbrennungsluft vermischt. Der Brennstoff für den Vormischbrenner 17 wird dazu über zwei getrennte Brennstoffleitungen 15 und 16 herangeführt, die über ein Fluidikelement 11 aus einem gemeinsamen Brennstoffeinlass 12 gespeist werden.
Das Fluidikelement 11 hat vorzugsweise den in Fig. 4 wiedergegebenen (schematisierten) inneren Aufbau. Der Brennstoffeinlass 12 verzweigt sich nach einer Verengung im Inneren des Elementes Y-förmig in zwei schräg abgehende Brennstoffauslässe 31 und 32, an welche die Brennstoffleitungen 15, 16. angeschlossen sind. Weiterhin sind im Inneren des Fluidikelementes zwei quer zum Brennstoffeinlass 12 verlaufende, einander gegenüberliegende Steuerkanäle 27 und 28 vorgesehen, die im Bereich der Abzweigung der Brennstoffauslässe 31, 32 in den Brennstoffeinlass 12 münden. Die Funktion des Fluidikelementes 11 basiert auf den Prinzipien des Prandtl-Diffusors und des Coanda-Effekts. Der durch den Brennstoffeinlass 12 einströmende Massenstrom hat die natürliche Tendenz, infolge des Coanda-Effekts durch einen der Brennstoffauslässe 31, 32 abzuströmen (in Fig. 4 ist durch die Pfeile angedeutet, dass der Strom in diesem Beispiel durch den oberen Brennstoffauslass 31 abströmt). Durch Beaufschlagung mit Ueberdruck in dem einen Steuerkanal (27 in Fig. 4) oder Unterdruck im anderen Steuerkanal (28 in Fig. 4) kann eine Umlenkung des durch den Brennstoffeinlass 12 eintretenden Brennstoffmassenstromes von einem Brennstoffauslass 31 zum anderen Brennstoffauslass 32 bewirkt werden, und umgekehrt.
Wird also dass Fluidikelement 11 in Fig. 1 aus einer Steuerung 14 über eine Steuerleitung 13 mit entsprechenden periodischen Druckstössen auf die Steuerkanäle 27, 28 des Fluidikelementes angesteuert, verteilt es periodisch umschaltend den Brennstoffmassenstrom am Brennstoffeinlass 12 auf einen der beiden Brennstoffauslässe 31, 32 und damit auf eine der beiden Brennstoffleitungen 15, 16. Die Umschaltfrequenz und damit die Modulationsfrequenz der Brennstoffzufuhr wird dabei von der Steuerung 14 vorgegeben.
Besonders einfach wird die Modulationsanordnung, wenn auf die (gestrichelt eingezeichnete) Steuerung 14 samt Steuerungsleitung 13 ganz verzichtet wird. In diesem Fall werden - wie in Fig. 5 dargestellt - die beiden Steuerungskanäle 27 und 28 extern durch ein Verbindungsrohr 29 miteinander verbunden und bilden so einen geschlossenen Kreis. Bei einer derartigen Konfiguration des Fluidikelementes kommt es zu selbsttätigen Kippschwingungen, die ein periodisches Umschalten der Strömung zwischen den Brennstoffauslässen 31 und 32 bewirken. Die Geometrie des Kreises, insbesondere die wirksame Länge des Verbindungsrohres 29, bestimmt dabei die Kippfrequenz und kann so gewählt werden, dass sich eine zur Unterdrückung der Verbrennungsschwingungen optimale Modulationsfrequenz einstellt. Der besondere Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass keinerlei Versorgungs- oder Steuerungseinrichtungen für die Modulation benötigt werden.
Im Beispiel der Fig. 1 wird die gesamte Brennstoffzufuhr zum Vormischbrenner 17 moduliert (100%-Modulation). Es ist aber - wie weiter oben bereits erwähnt - im Rahmen der Erfindung durchaus auch denkbar und sinnvoll, nur einen Teilstrom zwischen den beiden Brennstoffleitungen 15 und 16 periodisch umzuschalten, während der übrige Brennstoffstrom gleichermassen durch beiden Leitungen fliesst. Entsprechend währen in Fig. 1 Bypassleitungen vom Brennstoffeinlass 12 zu den Brennstoffleitungen 15, 16 vorzusehen, welche das Fluidikelement 11 überbrücken.
Während im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 die Modulation der Brennstoffzufuhr durch periodisches Hin- und Herschalten zwischen den beiden Brennstoffleitungen 15, 16 die Symmetrie im angeschlossenen Vormischbrenner 17 selbst störend beeinflusst, kann gemäss Fig. 2 die gewünschte Symmetriestörung bei einem Verbrennungssystem 20, bei dem mehrere Vormischbrenner 18, 19 parallel in eine Brennkammer arbeiten, auch dadurch erreicht werden, dass die beiden aus dem Fluidikelement 11 kommenden (modulierten) Brennstoffleitungen 15, 16 separat an die verschiedenen Vormischbrenner 18, 19 angeschlossen werden. In diesem Fall verhindert die Interaktion zwischen den beiden Vormischbrennem 18, 19 die Ausbildung der thermoakustischen Instabilitäten.
Schliesslich ist es im Rahmen der Erfindung auch denkbar, gemäss Fig. 3 anstelle eines Vormischbrenners ein Mischrohr 21 zu modulieren. Bei diesem Mischrohr 21 sind die Brennstoffleitungen 15, 16 vom Fluidikelement 11 kommend an zwei gegenüberliegende Eindüsvorrichtungen 23, 24 angeschlossen, durch die der Brennstoff im Bereich eines im Inneren des Mischrohres 21 angeordneten Drallelementes 25 eingedüst und mit der durch den Lufteinlass 22 einströmenden Verbrennungsluft wirbelnd vermischt wird. Bei entsprechender Modulation im Fluidikelement 11 werden dann Instabilitäten in der durch den Auslass 26 austretenden Luft-Brennstoff-Mischung unterdrückt. Das Mischrohr 21 mit dem Drallelement kann dabei ähnlich aufgebaut sein, wie dies in der US-A-4,226,083 beschrieben ist.
BEZUGSZEICHENLISTE
10,20,30
Verbrennungssystem
11
Fluidikelement
12
Brennstoffeinlass
13
Steuerungsleitung
14
Steuerung
15,16
Brennstoffleitung
17,18,19
Vormischbrenner (Doppelkegel- oder EV-Brenner)
21
Mischrohr
22
Lufteinlass
23,24
Eindüsvorrichtung
25
Drallelement
26
Auslass
27,28
Steuerkanal
29
Verbindungsrohr
31,32
Brennstoffauslass

Claims (17)

  1. Verfahren zur aktiven Unterdrückung von strömungsmechanischen Instabilitäten in einem Verbrennungssystem (10, 20, 30), in dem flüssiger oder gasförmiger Brennstoff mit Verbrennungsluft vorgemischt und Brennstoff-Luft-Mischung anschliessend verbrannt wird, bei welchem Verfahren der Massenstrom des zugeführten Brennstoffs nach Massgabe einer ausgewählten Zeitfunktion moduliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation mit Mitteln der Fluidik (11) erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Verbrennungssystems (10, 20, 30) der Brennstoff in zwei getrennten Brennstoffleitungen (15, 16) zum Vormischen geleitet wird, und dass zur Modulation des zugeführten Brennstoffs der Brennstoffmassenstrom mit Mitteln der Fluidik (11) altemierend in unterschiedlicher Weise auf beide Brennstoffleitungen (15, 16) aufgeteilt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoffmassernstrom altemierend über eine der beiden Brennstoffleitungen (15, 16) geleitet wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulation mit einer periodischen Zeitfunktion vorgegebener Frequenz und Amplitude erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff über die beiden Brennstoffleitungen (15, 16) zu einer einzigen Vormischeinrichtung (17, 21) geleitet und dort an unterschiedlichen Stellen eingedüst wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff über die beiden Brennstoffleitungen (15, 16) zu verschiedenen Vormischeinrichtungen (18, 19) innerhalb desselben Verbrennungssystems (20) geleitet und dort eingedüst wird.
  7. Verbrennungssystem (10, 20, 30) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, welches Verbrennungssystem (10, 20, 30) eine Vormischeinrichtung (17, 18, 19, 21) zum Vermischen des Brennstoffs mit der Verbrennungsluft, wenigstens eine Brennstoffleitung (15, 16) zum Zuführen des Brennstoffs zur Vormischeinrichtung (10, 20, 30), sowie Mittel zur Modulation des Massenstromes des zugeführten Brennstoffs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Modulationsmittel ein Fluidikelement (11) umfassen.
  8. Verbrennungssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff über zwei Brennstoffleitungen (15, 16) zugeführt wird, und dass das Fluidikelement (11) so ausgebildet und mit den beiden Brennstoffleitungen (15, 16) verbunden ist, dass bei der Modulation zumindest ein Teil des zugeführten Brennstoffmassenstroms alternierend auf eine der beiden Brennstoffleitungen (15, 16) umgeschaltet wird.
  9. Verbrennungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennstoffleitungen (15, 16) zu verschiedenen Vormischeinrichtungen (18, 19) innerhalb des Verbrennungssystems (20) führen.
  10. Verbrennungssystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischeinrichtungen Vormischbrenner (18, 19) sind.
  11. Verbrennungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Brennstoffleitungen (15, 16) zur selben Vormischeinrichtung (17, 21) führen, und dass die Vormischeinrichtung (17, 21) so ausgebildet ist, dass der Brennstoff aus jeder der Brennstoffleitungen (15, 16) an einer anderen Stelle der Vormischeinrichtung (17, 21) eingedüst wird.
  12. Verbrennungssystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischeinrichtung (17, 21) eine Hauptströmungsrichtung für das Brennstoff-Luft-Gemisch aufweist, und dass der über die beiden Brennstoffleitungen (15, 16) herangeführte Brennstoff quer zur Hauptströmungsrichtung an einander gegenüberliegenden Stellen (23, 24) eingedüst wird.
  13. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischeinrichtung ein Vormischbrenner (17) ist.
  14. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormischeinrichtung ein Mischrohr (21) ist.
  15. Verbrennungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischrohr (21) in seinem Inneren ein Drallelement (25) aufweist, und dass im Bereich des Drallelementes (25) zwei gegenüberliegende, quer zur Rohrachse in das Mischrohr (21) gerichtete Eindüsvorrichtungen (23, 24) angeordnet sind.
  16. Verbrennungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidikelement (11) einen Brennstoffeinlass (12) und zwei vom Brennstoffeinlass (12) Y-förmig abzweigende und mit den Brennstoffleitungen (15, 16) in Verbindung stehende Brennstoffauslässe (31, 32) umfasst, und dass zwei quer zum Brennstoffeinlass (12) verlaufende, einander gegenüberliegende Steuerkanäle (27, 28) vorgesehen sind, welche im Bereich der Abzweigung der Brennstoffauslässe (31, 32) in den Brennstoffeinlass (12) münden und durch Beaufschlagung mit Ueber- oder Unterdruck eine Umlenkung des durch den Brennstoffeinlass (12) eintretenden Brennstoffmassenstromes von einem zum anderen Brennstoffauslass (31 bzw. 32) ermöglichen.
  17. Verbrennungssystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerkanäle (27, 28) durch ein ausserhalb des Fluidikelementes (11) verlaufendes Verbindungsrohr (29) vorgegebener Länge in einem geschlossenen Kreis miteinander verbunden sind.
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