EP1112461B1 - Verfahren zum betrieb eines brenners und brenneranordnung - Google Patents

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EP1112461B1
EP1112461B1 EP99968703A EP99968703A EP1112461B1 EP 1112461 B1 EP1112461 B1 EP 1112461B1 EP 99968703 A EP99968703 A EP 99968703A EP 99968703 A EP99968703 A EP 99968703A EP 1112461 B1 EP1112461 B1 EP 1112461B1
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EP
European Patent Office
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fuel
burner
opening
degree
calculation
Prior art date
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EP99968703A
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EP1112461A1 (de
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Eberhard Deuker
Gilbert Braun
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/16—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour in which an emulsion of water and fuel is sprayed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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    • F23N2221/10—Analysing fuel properties, e.g. density, calorific
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2235/16—Fuel valves variable flow or proportional valves
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/22—Controlling water injection

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a burner, which a fuel quantity of a fuel over a Fuel supply line is supplied, the amount of fuel on the degree of opening of an actuator depending on a preset power of the burner is set.
  • the invention also relates to a corresponding burner arrangement. Such a method and such an arrangement are out Document US-A-4,716,719 already known.
  • actuators for setting a mass flow of a medium depend on the density and the speed cause a drop in pressure in the medium.
  • K V is related to the maximum value k VS when the valve is fully open.
  • the value k VS V 0 ⁇ p V 0 ⁇ / ( ⁇ p V ⁇ 0 ) with the maximum flow V ⁇ 0 z. B. specified by the valve manufacturer.
  • the object of the invention is to provide a method of operation of a burner with a pre-selected output related supply of fuel. Another object of the invention is the specification of a corresponding burner arrangement.
  • the object is directed to a method solved by a method for operating a burner, the a fuel amount of a fuel via a fuel supply line is supplied, the amount of fuel over the degree of opening of an actuator depending on a selected one Power of the burner is set and where the Degree of opening determined based on this performance and immediately is set.
  • the invention is based on the knowledge that one, usually carried out, iterative regulation of the supplied Amount of fuel depending on the preselected output too sluggish compared to suddenly changed operational conditions is. With such an iterative regulation, the Degree of opening gradually regulated so that the preselected Performance.
  • the requested service e.g. through a generally very complex mechanical system directly converted into a manipulated variable, by which the degree of opening is determined.
  • the degree of opening is determined.
  • such Systems usually results in a very limited Variability in response to changes Boundary conditions, because an implementation of the preselected Performance in the opening degree only with a preset, established mechanism takes place.
  • a burner for a gas turbine comes as the burner in question, but the invention is also e.g. for an internal combustion engine suitable for a vehicle.
  • Fuel for the burner can e.g. B. be: petroleum, natural gas, diesel, gasoline or kerosene.
  • the degree of opening is first in the invention calculated based on the selected power and then immediately set.
  • This has the advantage that there is no iterative Regulation must be carried out. So there is a significant faster system response. So the system is very responsive much faster e.g. to external faults such as pump switching.
  • the current Operating conditions better and more flexibly can, as the degree of opening adapts to the respective operating conditions is calculated. For example, are changes in the Temperature, density or type of fuel or an am Burner location variable pressure in a simple way for the Regulation of the amount of fuel to be supplied can be used. Compared to control systems with a direct, mechanical implementation results from the preselected power in the degree of opening a significantly increased flexibility with regard to changed boundary conditions.
  • the calorific value of the fuel is preferably determined and used to calculate the degree of opening.
  • preferred dimensions becomes a mixture of at least two as fuel Fabrics used.
  • To determine the amount of fuel required the calorific value of the fuel is used because this also determines a power release from the combustion.
  • Such a determination of the calorific value is particularly important then an advantage if a fuel mixture is used possibly even with a time-variable composition.
  • An oil-water mixture is preferably used as fuel used, the energy consumption for one Evaporation of the water determined during combustion and for Calculation of the degree of opening is used.
  • Such Oil-water emulsion or dispersion is used to reduce Nitric oxide emissions used. By adding water the average combustion temperature is reduced. By the evaporation of the water becomes part of the energy of the Fuel consumes and therefore does not contribute to the desired Performance at.
  • the density of the fuel is preferably determined and Calculation of the degree of opening used.
  • About the density of fuel is the mass flow of fuel through determines the fuel supply line. Especially when used of a fuel mixture is the determination of the density of fuel is an advantage.
  • a pressure loss in the fuel supply line is preferred determined and to calculate the degree of opening used. Such a loss of pressure causes the mass flow of fuel through the fuel supply line co-determined, so that this pressure loss advantageously is taken into account when calculating the degree of opening.
  • the burner preferably opens into a combustion chamber in which Combustion chamber pressure prevails, the combustion chamber pressure being measured and is used to calculate the degree of opening.
  • the pressure in the combustion chamber affects the amount of in fuel entering the combustion chamber.
  • a flow comparison value is preferably determined for the actuator, in which a fuel mass flow through the actuator results under the prevailing pressure conditions, which leads to selected burner output, the degree of opening being determined by means of a known relationship between the flow comparison value and the degree of opening.
  • a flow comparison value is the k V value given from the cited paperback for mechanical engineering.
  • the burner is preferred for optional operation with designed at least two different fuels.
  • preferred dimensions is the burner both as a diffusion burner can also be operated as a premix burner.
  • the Burner designed for operation in a gas turbine, in particular for operation in a stationary gas turbine.
  • Such a burner is e.g. both with petroleum and with Natural gas can be operated.
  • It preferably has a central pilot burner which works as a diffusion burner, i.e. it there is no premixing of combustion air and fuel.
  • the central pilot burner is from a main burner surround that works as a premix burner, i.e. combustion air and fuel are mixed first and then incinerated.
  • the diffusion burner preferably has a flow / return nozzle, i.e.
  • the fuel especially petroleum
  • the remaining one Part of the fuel is returned via a return line returned to a fuel collection container.
  • the fed and the amount of fuel returned are each adjustable by its own actuator.
  • the regulation the amount of fuel supplied is for such a system very complex. Flexible adjustment of the degree of opening depends on the respective operating conditions special advantage.
  • a burner arrangement with a burner, which a fuel amount of a fuel via a fuel supply line can be supplied, the amount of fuel depending on the degree of opening of an actuator selected power of the burner is adjustable, with a control device is connected to the actuator, in which Control unit the degree of opening depending on the power, the type of fuel and a pressure drop in the Fuel supply line can be determined and a corresponding signal is so transferable to the actuator that this degree of opening is set.
  • the invention is based on the drawing in one embodiment explained in more detail.
  • the only figure shows schematically and not to scale a burner 1, which in a Gas turbine 2 is arranged.
  • the gas turbine 2 points one behind the other switched a compressor 4, a combustion chamber 6 and a turbine 8.
  • the burner 1 has a central one Diffusion burner 3 and the diffusion burner 3 in the form of an annular channel surrounding premix burner 5.
  • the diffusion burner 3 comprises a flow channel 7 and a return line 9.
  • the diffusion burner 3 opens out with a nozzle opening 11 into the combustion chamber 6.
  • the premix burner 5 is connected via a Flow path 13 from the compressor 4 compressor air supplied. Compressor air is also, not shown here, fed to the diffusion burner 3.
  • To the premix burner 5 leads a fuel supply line 15a.
  • the diffusion burner 3 guides a fuel supply line 15b. On The return line 9 is closed by a fuel return line 17 on.
  • An actuator 19a is in the fuel supply line 15a and an actuator 19b into the fuel supply line 15b built-in. With the pistons 20a, 20b, a respective one is clearly shown Degree of opening O shown for the actuators 19a, 19b.
  • An actuator 21 is in the fuel return line 17 built-in. It is also an opening degree with a piston 22 O illustrates for actuator 21.
  • the actuator 19a is via a line 23a, the actuator 19b via a Line 23b and the actuator 21 via a line 25 with a control device 27 connected. In this control device 27 continues to lead a line 28 through which a desired Power L is entered for the gas turbine 2.
  • the control device 27 is also connected via a line 29 connected to a pressure sensor 31 which is in the combustion chamber 6 is arranged.
  • the fuel supply lines 15a and 15b are connected to a pump 39. Before the pump is 39 a mixer 37 switched.
  • the mixer 37 is with a water tank 35 and an oil tank 33 connected. In the oil tank 33 The fuel return line 17 continues to open.
  • a negative calorific value HW H for the water H takes into account the energy consumption for the evaporation of the water H.
  • the desired degree of opening O is finally determined from the known relationship between the k V value and degree of opening O.
  • the respective degrees of opening O in the actuators 19a, 19b are set via signals SA, SB.
  • a signal SC for the actuator 21 in the return line 17 takes place in the same way as the calculation of the signals SA and SB.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad eines Stellgliedes abhängig von einer vorgewählten Leistung des Brenners eingestellt wird. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Brenneranordnung. Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind aus Dokument US-A-4 716 719 schon bekannt.
In dem Buch "Die Gasturbine" von J. Kruschik, Springer-Verlag, Wien 1960, 2. Auflage, Seite 354 ff., sind verschiedene Regelsysteme für Brenner von Gasturbinen beschrieben. Je nach Einsatzgebiet der Gasturbine ergeben sich ganz unterschiedliche Ausbildungen der Regelsysteme. Gemeinsam ist den Regelsystemen, daß je nach einer vorgewählten Leistung der Gasturbine eine Brennstoffzufuhr zum Brenner geregelt wird. Dies geschieht z.B. drehzahlabhängig über die Regelung eines Stellgliedes in einer Brennstoffzufuhrleitung mittels eines Fliehkraftpendels. In dem Beispiel nach Abbildung 359 auf Seite 356 wird die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge abhängig vom durch den Verdichter der Gasturbine erzeugten Luftdruck geregelt. In einem weiteren Beispiel gemäß Abbildung 361 auf Seite 358 wird die zu verbrennende Brennstoffmenge mit einer Vorlauf-/Rücklaufdüse geregelt. Wie ab Seite 365 ausgeführt ist das Regelsystem für die Brennstoffzufuhr einer Flugzeugturbine besonders anspruchsvoll, da man hier großen Temperatur- und Druckschwankungen der Außenluft gerecht werden muß.
In "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau", herausgegeben von W. Baltz und K.H. Kütner, Springer-Verlag, 1990, 17. Auflage, Kapitel X15 6.4 wird ausgeführt, daß Stellglieder zur Einstellung eines Massenstroms eines Mediums abhängig von der Dichte und der Geschwindigkeit des Mediums einen Druckabfall verursachen. Den Durchfluß inkompressibler Medien kennzeichnet nach der VDI/VDE-Richtlinie 2173 der für jede Anordnung experimentell bestimmte kv-Wert (Kenngröße des Ventils) als Volumenstrom Wasser (Dichte ρo) bei Temperaturen von 5 bis 30°C und einem Druckabfall ΔpV0 von 0,98 bar. Beliebige Druckabfälle Δpv und andere Dichten ρ ergeben den Volumenstrom V V = kV ΔpV ρ0/(Δpv 0ρ)
Die Abhängigkeit des kV-Werts von der Stellgröße ist die Ventilkennlinie. KV wird auf den maximalen Wert kVS bei vollständig geöffnetem Ventil bezogen. Der Wert kVS = V 0 Δp V0ρ/(ΔpV ρ0) mit dem maximalen Durchfluß V ˙ 0 wird z. B. vom Ventilhersteller angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zum Betrieb eines Brenners mit einer auf eine vorgewählte Leistung bezogenen Zufuhr von Brennstoff. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer entsprechenden Brenneranordnung.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad eines Stellgliedes abhängig von einer gewählten Leistung des Brenners eingestellt wird und wobei der Öffnungsgrad anhand dieser Leistung bestimmt und unmittelbar eingestellt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine, üblicherweise durchgeführte, iterative Regelung der zugeführten Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der vorgewählten Leistung zu träge gegenüber plötzlich geänderten betrieblichen Randbedingungen ist. Bei einer solchen iterativen Regelung wird der Öffnungsgrad schrittweise so geregelt, daß sich die vorgewählte Leistung einstellt. In anderen Regelsystemen wird die angeforderte Leistung z.B. durch ein in der Regel sehr komplexes mechanisches System direkt in eine Stellgröße umgesetzt, durch welche der Öffnungsgrad festgelegt ist. Bei solchen Systemen ergibt sich in der Regel eine sehr eingeschränkte Variabilität hinsichtlich der Reaktion auf geänderte Randbedingungen, da eine Umsetzung von der vorgewählten Leistung in den Öffnungsgrad nur mit einem voreingestellten, festgelegten Mechanismus erfolgt.
Als Brenner kommt insbesondere ein Brenner für eine Gasturbine in Frage, die Erfindung ist aber auch z.B. für eine Verbrennungsmaschine eines Fahrzeugs geeignet. Brennstoff für den Brenner kann z. B. sein: Erdöl, Erdgas, Diesel, Benzin oder Kerosin.
Demgegenüber wird bei der Erfindung der Öffnungsgrad zunächst anhand der gewählten Leistung berechnet und dann unmittelbar eingestellt. Damit ergibt sich der Vorteil, daß keine iterative Regelung durchgeführt werden muß. Somit erfolgt eine bedeutend schnellere Systemreaktion. Das System reagiert also sehr viel schneller z.B. auf äußere Störfälle wie eine Pumpenumschaltung. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß man den aktuellen Betriebsbedingungen besser und variabler gerecht werden kann, da der Öffnungsgrad angepaßt an die jeweiligen Betriebsbedingungen berechnet wird. Z.B. sind Änderungen in der Temperatur, Dichte oder Art des Brennstoffes oder ein am Brennerort veränderlicher Druck in einfacher Weise für die Regulierung der zuzuführenden Brennstoffmenge heranziehbar. Gegenüber Regelsystemen mit einer direkten, mechanischen Umsetzung von der vorgewählten Leistung in den Öffnungsgrad ergibt sich also eine erheblich erhöhte Flexibilität hinsichtlich geänderter Randbedingungen.
Bevorzugt wird der Heizwert des Brennstoffes ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Bevorzugtermaßen wird als Brennstoff ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen verwendet. Zur Ermittlung der benötigten Brennstoffmenge wird der Heizwert des Brennstoffes herangezogen, da dieser eine Leistungsfreisetzung aus der Verbrennung mitbestimmt. Eine solche Bestimmung des Heizwertes ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Brennstoffgemisch verwendet wird, möglicherweise sogar mit einer zeitlich variablen Zusammensetzung. Vorzugsweise wird als Brennstoff ein Öl-Wasser-Gemisch verwendet, wobei der Energieverbrauch für eine Verdampfung des Wassers bei der Verbrennung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen wird. Eine solche Öl-Wasser-Emulsion oder Dispersion wird zur Verringerung von Stickoxidemissionen verwendet. Durch die Beimischung von Wasser wird die mittlere Verbrennungstemperatur abgesenkt. Durch die Verdampfung des Wassers wird ein Teil der Energie des Brennstoffes verbraucht und trägt damit nicht zur gewünschten Leistung bei.
Bevorzugt wird die Dichte des Brennstoffes ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Über die Dichte des Brennstoffes ist der Massenström des Brennstoffes durch die Brennstoffzufuhrleitung mitbestimmt. Gerade bei Verwendung eines Brennstoffgemisches ist die Bestimmung der Dichte des Brennstoffes von Vorteil.
Bevorzugtermaßen wird ein Druckverlust in der Brennstoffzufuhrleitung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Durch einen solchen Druckverlust wird der Massenstrom des Brennstoffes durch die Brennstoffzufuhrleitung mitbestimmt, so daß dieser Druckverlust vorteilhafter Weise bei der Berechnung des Öffnungsgrades berücksichtigt wird.
Bevorzugt mündet der Brenner in eine Brennkammer, in der ein Brennkammerdruck herrscht, wobei der Brennkammerdruck gemessen und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen wird.
Der Druck in der Brennkammer wirkt sich auf die Menge des in die Brennkammer eintretenden Brennstoffes aus. Insbesondere bei einer Gasturbine herrscht in deren Brennkammer ein erheblich höherer Druck, verglichen mit dem Umgebungsdruck, da der Brennkammer Verbrennungsluft aus einem Verdichter zugeführt wird.
Bevorzugt wird für das Stellglied ein Durchflußvergleichswert ermittelt, bei dem sich unter den herrschenden Druckverhältnissen ein Brennstoffmassenstrom durch das Stellglied ergibt, der zu gewählten Leistung des Brenners führt, wobei der Öffnungsgrad mittels eines bekannten Zusammenhangs zwischen dem Durchflußvergleichswert und dem Öffnungsgrad bestimmt wird. Ein solcher Durchflußvergleichswert ist der aus dem zitierten Taschenbuch für den Maschinenbau angegebene kV-Wert.
Bevorzugt ist der Brenner für einen wahlweisen Betrieb mit mindestens zwei unterschiedlichen Brennstoffen ausgelegt. Bevorzugtermaßen ist der Brenner sowohl als Diffusionsbrenner als auch als Vormischbrenner betreibbar. Vorzugsweise ist der Brenner für einen Betrieb in einer Gasturbine ausgelegt, insbesondere für einen Betrieb in einer stationären Gasturbine. Ein solcher Brenner ist z.B. sowohl mit Erdöl als auch mit Erdgas betreibbar. Er weist bevorzugt einen zentralen Pilotbrenner auf, welcher als Diffusionsbrenner arbeitet, d.h. es erfolgt keine Vormischung von Verbrennungsluft und Brennstoff. Der zentrale Pilotbrenner ist von einem Hauptbrenner umgeben, der als Vormischbrenner arbeitet, d.h. Verbrennungsluft und Brennstoff werden zunächst gemischt und anschließend der Verbrennung zugeführt. Der Diffusionsbrenner weist bevorzugt eine Vorlauf-/Rücklaufdüse auf, d.h. der Brennstoff, insbesondere Erdöl, tritt über einen Vorlaufkanal in die Düse ein und teilweise aus der Düsenöffnung aus. Der verbleibende Teil des Brennstoffes wird über eine Rücklaufleitung wieder in einen Brennstoffsammelbehälter zurückgeführt. Die zugeführte und die zurückgeführte Brennstoffmenge sind dabei jeweils durch ein eigenes Stellglied einstellbar. Die Regelung der zugeführten Brennstoffmenge ist für ein solches System sehr komplex. Eine flexible Einstellung des Öffnungsgrades abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen ist hier von besonderem Vorteil.
Erfindungsgemäß wird die auf eine Brenneranordnung gerichtete Aufgabe gelöst durch eine Brenneranordnung mit einem Brenner, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zuführbar ist, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad eines Stellgliedes abhängig von einer gewählten Leistung des Brenners einstellbar ist, wobei mit dem Stellglied eine Steuereinrichtung verbunden ist, in welcher Steuereinheit der Öffnungsgrad abhängig von der Leistung, der Art des Brennstoffes und einem Druckverlust in der Brennstoffzufuhrleitung bestimmbar und ein entsprechendes Signal an das Stellglied so übertragbar ist, daß dieser Öffnungsgrad eingestellt wird.
Die Vorteile einer solchen Brenneranordnung ergeben sich entsprechend den obigen Ausführungen zu den Vorteilen des Verfahrens zum Betrieb eines Brenners.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch und nicht maßstäblich einen Brenner 1, welcher in einer Gasturbine 2 angeordnet ist. Die Gasturbine 2 weist hintereinander geschaltet einen Verdichter 4, eine Brennkammer 6 und eine Turbine 8 auf. Der Brenner 1 weist einen zentralen Diffusionsbrenner 3 und einen den Diffusionsbrenner 3 ringkanalförmig umgebenden Vormischbrenner 5 auf. Der Diffusionsbrenner 3 umfaßt einen Vorlaufkanal 7 und eine Rücklaufleitung 9. Der Diffusionsbrenner 3 mündet mit einer Düsenöffnung 11 in die Brennkammer 6. Dem Vormischbrenner 5 wird über einen Strömungsweg 13 aus dem Verdichter 4 Verdichterluft zugeführt. Verdichterluft wird auch, hier nicht näher dargestellt, dem Diffusionsbrenner 3 zugeführt. Zu dem Vormischbrenner 5 führt eine Brennstoffzufuhrleitung 15a. Zu dem Diffusionsbrenner 3 führt eine Brennstoffzufuhrleitung 15b. An der Rückleitung 9 schließt sich eine Brennstoffrückleitung 17 an. In die Brennstoffzufuhrleitung 15a ist ein Stellglied 19a und in die Brennstoffzufuhrleitung 15b ein Stellglied 19b eingebaut. Mit den Kolben 20a, 20b ist anschaulich ein jeweiliger Öffnungsgrad O für die Stellglieder 19a, 19b dargestellt. In die Brennstoffrückleitung 17 ist ein Stellglied 21 eingebaut. Es ist ebenfalls mit einem Kolben 22 ein Öffnungsgrad O für das Stellglied 21 veranschaulicht. Das Stellglied 19a ist über eine Leitung 23a, das Stellglied 19b über eine Leitung 23b und das Stellglied 21 über eine Leitung 25 mit einer Steuereinrichtung 27 verbunden. In diese Steuereinrichtung 27 führt weiterhin eine Leitung 28, über die eine gewünschte Leistung L für die Gasturbine 2 eingegeben wird. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 27 über eine Leitung 29 mit einem Drucksensor 31 verbunden, welcher in der Brennkammer 6 angeordnet ist. Die Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b sind an eine Pumpe 39 angeschlossen. Vor die Pumpe 39 ist ein Mischer 37 geschaltet. Der Mischer 37 ist mit einem Wassertank 35 und einem Öltank 33 verbunden. In den Öltank 33 mündet weiterhin die Brennstoffrückleitung 17.
Bei Betrieb der Gasturbine 2 wird über die Pumpe 39 Öl B aus dem Öltank 33 in den Mischer 37 gefördert. Weiterhin wird Wasser H aus dem Wassertank 35 in den Mischer 37 geleitet. Das Öl B und das Wasser H vermischen sich zu einem Brennstoff BH. Dieser wird über die Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b dem Vormischbrenner 5 und dem Diffusionsbrenner 3 zugeführt. Der Brennstoff BH verbrennt sodann in der Brennkammer 6. Das entstehende heiße Abgas treibt die Turbine 8 an. Je nach der gewünschten Leistung für die Turbine 8 muß mehr oder weniger Brennstoff BH zugeführt werden. Dabei ist es auch oft wünschenswert, einen veränderlichen Gehalt an Wasser H im Brennstoff BH einzustellen. Mit dem veränderlichen Wassergehalt ändert sich sowohl der Heizwert des Brennstoffs BH als auch der Energieverbrauch zu einer Verdampfung des Wassers H. Es ändert sich auch die Dichte des Brennstoffes BH. Diese veränderlichen Größen beeinflussen eine Leistungsfreisetztung bei der Verbrennung, so daß die zugeführte Menge an Brennstoff BH zur Erzielung der gewünschten Leistung L entsprechend reguliert werden muß. Außerdem können z.B. plötzliche Druckeinbrüche eine sehr schnelle Regulierung der zugeführten Brennstoffmenge erforderlich machen. Diesen Anforderungen wird die gezeigte Anordnung dadurch gerecht, daß die gewünschte Leistung L an die Steuereinrichtung 27 gegeben wird, wo aus den physikalischen Randbedingungen unmittelbar der jeweilige Öffnungsgrad O der Stellglieder 19a,19b und 21 berechnet wird. Es erfolgt also keine langsame, iterative Nachregelung der zugeführten Brennstoffmenge. In die Berechnung der Öffnungsgrade O fließen die Art und Zusammensetzung des Brennstoffes BH ein, so daß man einer variablen Zusammensetzung des Brennstoffes BH gerecht wird. Im einzelnen erfolgt die Berechnung der Öffnungsgrade O z.B. wie folgt:
Zunächst wird der Heizwert HWBH des Brennstoffes BH anhand des Massenstromes m ˙ H und des Heizwertes HWH des Wassers H, des Massenstromes m ˙ B und des Heizwertes HWB des Heizöles B anhand folgender Formel ermittelt: HWBH = m H ·HWH + m B ·HWB m H + m B
Über einen negativen Heizwert HWH für das Wasser H wird hierbei der Energieverbrauch für die Verdampfung des Wassers H berücksichtigt.
In einem zweiten Schritt wird die Dichte DBH des Brennstoffes anhand der Dichte DB des Öles und der Dichte DH des Wassers anhand folgender Formel bestimmt: DBH = ( m H + m B )·DB ·DH m H ·DB + m B ·DH
Weiterhin wird der Druckverlust ΔpD im Diffusionsbrenner 3 aus einer für den Diffusionsbrenner 3 spezifischen, vom einlaufenden Massenstrom m ˙ VL und rücklaufenden Massenstrom m ˙ RL abhängigen Kennlinienwert K nach folgender Formel bestimmt: ΔpD = K ( m VL m RL ) · m 2 VL ·1 DBH
Der Rohrleitungsdruckverlust ΔpR in den Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b wird anhand eines für diese Leitungen spezifischen kV-Wertes kVR anhand folgender Formel ermittelt: ΔpR = m 2 VL ·1 DBH ·1 k 2 VR
Mit Hilfe des in der Brennkammer 6 herrschenden Brennkammerdruckes pB wird nun der hinter den Stellglieder 19a,19b einzustellende Druck pS bestimmt aus: pS = pB + ΔpD + ΔpR
Der kV-Wert der Stellglieder 19a,19b ergibt sich nunmehr mit dem Druck pP hinter der Pumpe 39 zu: kV = m VL DBH ·(pP-pS)
Aus dem bekannten Zusammenhang zwischen dem kV-Wert und Öffnungsgrad O ist schließlich der gewünschte Öffnungsgrad O festgelegt. Über Signale SA,SB werden die jeweiligen Öffnungsgrade O bei den Stellgliedern 19a, 19b eingestellt. Ein Signal SC für das Stellglied 21 in der Rücklaufleitung 17 erfolgt sinngemäß genauso wie die Berechnung der Signale SA und SB.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners (1), dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes (BH) über eine Brennstoffzufuhrleitung (15) zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge uber den Öffnungsgrad (O) eines Stellgliedes (19) abhängig von einer gewählten Leistung (L) des Brenners (1) eingestellt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Heizwert des Brennstoffes (BH) ermittelt wird, und daß der Öffnungsgrad (O) anhand der gewählten Leistung (L) und anhand des Heizwertes des Brennstoffs (BH) berechnet und unmittelbar eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff (BH) ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen (B, H) verwendet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß als Brennstoff (BH) ein Öl/Wasser-Gemisch verwendet wird, wobei der Energieverbrauch für eine Verdampfung des Wassers (H) bei der Verbrennung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (O) herangezogen wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    wobei die Dichte des Brennstoffes (BH) ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (O) herangezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckverlust Δp in der Brennstoffzufuhrleitung (15) ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (O) herangezogen wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) in eine Brennkammer (6) mündet, in der ein Brennkammerdruck (pB) herrscht, wobei der Brennkammerdruck (pB) gemessen und zur Berechnung des Öffnungsgrades (0) herangezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß für das Stellglied (19) ein Durchflußvergleichswert (kV) ermittelt wird, bei dem sich unter den herrschenden Druckverhältnissen ein Brennstoffmassenstrom durch das Stellglied ergibt, der zur gewahlten Leistung (L) des Brenners (1) führt, wobei der Durchflußvergleichswert (kV) zur Berechnung des Öffnungsgrades (O) herangezogen wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) für einen wahlweisen Betrieb mit mindestens zwei unterschiedlichen Brennstoffen (BH, G) ausgelegt ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) sowohl als Diffusionsbrenner (3) als auch als Vormischbrenner (5) betreibbar ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (1) für einen Betrieb in einer Gasturbine (2) ausgelegt ist, insbesondere in einer stationären Gasturbine (2).
  11. Brenneranordnung mit einem Brenner (1), dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes (BH) über eine Brennstoffzufuhrleitung (15) zuführbar ist, wobei die Brennstoffmenge uber den Öffnungsgrad (O) eines Stellgliedes (19) abhängig von einer gewählten Leistung (L) des Brenners (1) einstellbar ist,
    dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Stellglied (19) eine Steuereinrichtung (27) verbunden ist, in welcher Steuereinheit (27) eine Berechnung des Öffnungsgrades (O) abhängig von der gewählten Leistung (L) und abhängig vom Heizwert des Brennstoffs durchführbar ist, wobei ein Signal (S) zur Einstellung des Öffnungsgrades (O) von der Steuereinheit (27) an das Stellglied (19) übertragbar ist wodurch der Öffnungsgrad des Stellgliedes entsprechend der gewählten Leistung und dem Heizwert des Brennstoffes unmittelbar eingestellt wird.
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