EP1213541B1 - Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu - Google Patents

Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu Download PDF

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EP1213541B1
EP1213541B1 EP01128082A EP01128082A EP1213541B1 EP 1213541 B1 EP1213541 B1 EP 1213541B1 EP 01128082 A EP01128082 A EP 01128082A EP 01128082 A EP01128082 A EP 01128082A EP 1213541 B1 EP1213541 B1 EP 1213541B1
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EP
European Patent Office
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premix burner
fuel
air mixture
combustion chamber
catalyst unit
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EP01128082A
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Wolfgang Weisenstein
Timothy Dr. Griffin
Peter Dr. Jansohn
Thomas Ruck
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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    • 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
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Definitions

  • the invention relates to a premixed burner assembly with catalytic combustion for operating a combustor of a gas turbine assembly and a method therefor, comprising a premix burner in which at least one fuel addition unit and supply air openings are provided such that gaseous and / or liquid fuel is miscible with combustion air within the premix burner are and form a fuel-air mixture which exits from the premix burner downstream in the direction of the combustion chamber, which is arranged downstream of the premix burner assembly, and can be brought to ignition within the combustion chamber.
  • a generic premix burner arrangement can be found in EP 0 833 105 A2.
  • the premix burner described in this document has a central fuel nozzle axially to the swirl generator, followed by downstream of a mixing section, within which the atomized fuel completely mixed with air to form a fuel-air mixture.
  • the combustion chamber is provided, within which forms a spatially stable flame zone during operation of the premix burner.
  • DE 44 26 351 A discloses a two-stage combustion chamber with a premix burner wherein the combustion of the first stage takes place in a catalytic converter.
  • the invention has the object of developing a premix burner arrangement with catalytic combustion for operating a combustion chamber of a gas turbine arrangement according to the preamble of claim 1 in such a way that, on the one hand, measures are taken to considerably reduce the NO x emission values. Furthermore, the measures should lead to a flame stabilization within the combustion chamber, so that the operating ranges of the premix burner arrangement should be increased, in particular with regard to an improved lean extinction limit.
  • claim 9 is a method of operating a premixed combustor with catalytic combustion.
  • the concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims and from the description with reference to the exemplary embodiments.
  • a Vormischbrenneran extract according to the preamble of claim 1 is developed such that before the entry of the fuel-air mixture in the combustion chamber is provided with a catalyst unit through which a part of the fuel-air mixture is introduced and passes before this part flows into the combustion chamber together with the remaining portion of the fuel-air mixture.
  • the catalyst unit is preferably arranged concentrically at the outlet of the premix burner or the mixing section shortly before entry into the combustion chamber, so that only peripheral Partial flows of the propagating in the direction of the combustion chamber fuel-air mixture flow through the catalyst unit.
  • the at least partially catalytically converted material flow After exiting the at least partially catalytically converted fuel-air mixture from the catalyst unit, the at least partially catalytically converted material flow reaches edge regions of the flame front forming within the combustion chamber, whereby the flame itself can be stabilized significantly.
  • the effects of flame stabilization due to the peripheral material flows are particularly evident in operating conditions in which lean mixtures are used.
  • the catalyst unit in principle, it is possible to arrange the catalyst unit around the mixing tube in a partially or completely circular manner, wherein a circularly extending discharge channel provided in the interior of the mixing tube is provided for the partial separation of peripheral partial flows of the fuel-air mixture spreading inside the premix burner.
  • the inner diameter of the mixing tube can remain almost unimpaired.
  • Another embodiment provides to provide the catalyst unit in the interior downstream of the outlet of the mixing tube so that peripheral partial flows of the fuel-air mixture forcibly passed through the catalyst material, especially since the catalyst material tapers the flow cross-section within the mixing tube at its exit to the combustion chamber.
  • the catalyst unit is designed between the mixing tube and the combustion chamber, for example in the form of a pinhole.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a premix burner assembly shown with mixing section, which is composed in a conventional manner from the following components.
  • an injection nozzle 2 is provided in the center of a cone-shaped, swirl-producing premix burner, which atomizes liquid fuel preferably axially to the premix burner arrangement.
  • a swirl generator 4 connected downstream of the conical premix burner imposes a critical swirl number on the fuel-air mixture through which a stable flame front 7 can form within the combustion chamber 6.
  • Downstream of the swirl generator is a mixing tube 5, within which the fuel-air mixture is able to completely mix, before it enters the combustion chamber 6.
  • a catalyst unit 8 is provided which completely surrounds the mixing tube region 51 in a circular manner.
  • the catalyst unit 8 upstream in the flow direction is provided also within the mixing tube 5 completely circular peripheral branch channel 9, by the peripheral portion of the fuel-air mixture within the mixing tube 5 in the direction of the catalyst unit 8 is derived.
  • the main portion of the fuel-air mixture passes unimpeded axially the mixing tube 5 and passes within the combustion chamber 6 for ignition.
  • the forcibly discharged peripheral fuel-air mixture streams which pass through the catalyst unit 8, are at least partially thermally and / or chemically catalytically reacted by these and, after exiting the catalyst unit 8 directly into the combustion chamber 6, in which they on the peripheral areas of Flammenfront 7 strike and these are able to stabilize.
  • the inner contour of the mixing tube 5 is formed tapering at the inlet regions of the discharge channels 9, so that the diversion of the peripheral fuel-air mixture components takes place forcibly.
  • FIG. shows the basic arrangement of a known Vormischbrenneran Aunt with central fuel injection 2, a conically shaped premix burner, a downstream in the flow direction swirl generator 4 and a to complete the mixing of the fuel-air mixture downstream mixing tube 5.
  • the combustion chamber 6, which is connected downstream of the mixing tube 5.
  • a catalyst unit 8 is provided at the downstream end of the mixing tube 5 such that catalyst material protrudes into the peripheral edge regions in the interior of the mixing tube 5 and reduces the flow cross-section through the mixing tube 5.
  • the catalyst unit 8 is formed of a porous material coated with catalyst material, so that peripheral flow portions of the fuel-air mixture propagating inside the premix burner unit are forced to flow through the catalyst unit 8 in which they are at least partially catalytically reacted.
  • the catalytic conversion takes place either thermally and / or chemically and, in addition to a decisive reduction of the NO x emission values, contributes to the stabilization of the flame front forming inside the combustion chamber.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung sowie ein hierauf gerichtetes Verfahren, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung bringbar ist.
    • Stand der Technik
  • Eine gattungsgemäße Vormischbrenneranordnung ist der EP 0 833 105 A2 zu entnehmen. Der in dieser Druckschrift beschriebene Vormischbrenner weist eine zentrale Brennstoffdüse axialwärts zum Drallerzeuger auf, an dem sich stromab eine Mischstrecke anschließt, innerhalb der sich der zerstäubte Brennstoff vollständig mit Luft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch vermengt. Am stromabwärtigen Ausgang des Mischrohrs ist die Brennkammer vorgesehen, innerhalb der sich beim Betrieb des Vormischbrenners eine räumlich stabile Flammenzone ausbildet.
  • DE 44 26 351 A offenbart eine zweistufige Brennkammer mit einem Vormischbrenner wobei die Verbrennung der ersten Stufe in einem Katalysator erfolgt.
  • Gleichwohl die bekannte Vormischbrenneranordnung nach Gesichtspunkten verbesserter Emissionswerte, d.h. insbesondere reduzierter NOx-Emissionswerte, durch Vorsehen einer Mischstrecke konzipiert worden ist, gilt es insbesondere die Abgaswerte gattungsgemäßer Verbrennungssysteme weiter zu verbessern. Auch treten überdies beim Betrieb bekannter Vormischbrenneranordnungen sogenannte
  • Brennkammerschwingungen auf, wodurch die Flammenstabilität stark in Mitleidenschaft gezogen wird. Derartige Brennkammerschwingungen bzw. - pulsationen wirken sich besonders nachteilhaft in Betriebszuständen aus, bei denen mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen gearbeitet wird. Hohe magere Löschgrenzen, d.h. ein Erlöschen der Flamme trotz verhältnismäßig hohem Brennstoffanteil, sind die Folge, wodurch der Betriebsbereich der Vormischbrenner insbesondere bezüglich magerer Betriebsweise stark begrenzt wird.
    Bisherige Ansätze und Versuche, Vormischbrenneranordnungen mit Katalysatoren zu kombinieren, um zumindest die vorstehend erwähnten NOx-Emissionen beim Verbrennungsvorgang zu reduzieren, schlugen fehl bzw. lieferten nur unbefriedigende Resultate, zumal die übliche Verwendung flüssigen Brennstoffes, bspw. Öl, zum Befeuern derartiger Vormischbrenneranordnungen an sich bekannte Katalysatoren durch Zusetzen der Katalysatoröffnungen unbrauchbar macht.
    • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass einerseits Maßnahmen getroffen werden, durch die die NOx-Emissionswerte erheblich reduziert werden sollen. Ferner sollen die Maßnahmen zu einer Flammenstabilisierung innerhalb der Brennkammer führen, so dass die Betriebsbereiche der Vormischbrenneranordnung insbesondere hinsichtlich einer verbesserten mageren Löschgrenze vergrößert werden sollen.
  • Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 9 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Vormischbrenneranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weitergebildet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer eine Katalysatoreinheit vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches eingeleitet wird und hindurchtritt, bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer einströmt.
  • Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Verwendung einer Katalysatoreinheit innerhalb eines an sich bekannten Vormischbrenners, der üblicherweise mit Flüssigbrennstoff, wie beispielsweise Öl, betrieben wird, ist das Anbringen der Katalysatoreinheit in einem Bereich stromab der Zerstäubungsdüse des Vormischbrenners, in dem das Brennstoff-Luft-Gemisch vollständig durchmischt ist und der Flüssigbrennstoff räumlich feinst verteilt bzw. bereits weitgehend verdampft ist. Gelangt Brennstoff in der vorstehend bezeichneten Form in einen Katalysator, so ist es möglich, den Brennstoff innerhalb des Katalysators katalytisch wenigstens teilweise umzusetzen, beispielsweise durch thermische und/oder chemische Umsetzung ohne dabei das Katalysatormaterial selbst zu zerstören oder zuzusetzen.
  • Erfindungsgemäß tritt nur ein Teil des sich durch den Vormischbrenner in Richtung Brennkammer ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Katalysatoreinheit hindurch, zumal die Katalysatoreinheit vorzugsweise konzentrisch am Ausgang des Vormischbrenners bzw. der Mischstrecke kurz vor Eintritt in die Brennkammer angeordnet ist, so dass nur periphere Teilströme des sich in Richtung der Brennkammer ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Katalysatoreinheit hindurchströmen. Nach Austritt des zumindest teilweise katalytisch umgesetzten Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Katalysatoreinheit gelangt der wenigstens partiell katalytisch umgesetzter Stoffstrom in Randbereiche, der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront, wodurch die Flamme selbst deutlich stabilisiert werden kann. Die Auswirkungen der durch die peripheren Stoffströme bedingte Flammenstabilisierung werden besonders in Betriebszuständen deutlich, in denen mit mageren Gemischen gearbeitet wird. Ein besonders wichtiges Indiz zur positiven Auswirkung der peripher in die Brennkammer eintretenden Stoffströme macht sich in der Absenkung der mageren Löschgrenze bemerkbar, wodurch die Betriebsbereiche des Vormischbrenners erheblich vergrößert werden können. Auch bilden sich Brennkammerpulsationen in einem weit geringeren Ausmaß aus.
  • Durch die periphere Anordnung der Katalysatoreinheit in Bezug auf das sich axial innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff-Luft-Gemische ist ein uneingeschränkter Betrieb mit Flüssigbrennstoff, wie beispielsweise Öl, möglich, trotz Gegenwart der der Brennkammer vorgeschalteten Katalysatoreinheit. Da die Brennstoffeindüsung mittig zur Vormischbrennerachse erfolgt, die Katalysatoreinheit jedoch möglichst weit von der Brennstoffeinspeisung und lediglich an der äußeren Peripherie des sich ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist, vermag die Katalysatoreinheit unbeschadet eine Ölverbrennung innerhalb des Brennersystems zu überstehen.
  • Grundsätzlich ist es möglich, die Katalysatoreinheit um das Mischrohr teilweise oder vollständig zirkular verteilt anzuordnen, wobei ein im Inneren des Mischrohres vorgesehener, zirkular verlaufender Ableitungskanal für die partielle Abtrennung peripherer Teilströme des sich im Inneren des Vormischbrenners ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist. Hierbei kann der Innendurchmesser des Mischrohres nahezu unbeeinträchtigt bleiben. Eine andere Ausführungsform sieht vor, die Katalysatoreinheit im Inneren stromab am Austritt des Mischrohrs derart vorzusehen, so dass periphere Teilströmungen des Brennstoff-Luft-Gemisches zwangsgeführt durch Katalysatormaterial hindurchtreten, zumal das Katalysatormaterial den Strömungsquerschnitt innerhalb des Mischrohrs an dessen Austritt zur Brennkammer verjüngt.
  • Auch sind Konstruktionen denkbar, bei denen die Katalysatoreinheit zwischen dem Mischrohr und der Brennkammer beispielsweise in Art einer Lochblende ausgeführt ist.
    • Kurze Beschreibung der Erfindung
  • Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Vormischbrenneranordnung mit außerhalb des Mischrohrs angeordneter Katalysatoreinheit, sowie
    Fig. 2
    Vormischbrenneranordnung mit innerhalb des Mischrohres angeordneter Katalysatoreinheit.
    Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
  • In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vormischbrenneranordnung mit Mischstrecke dargestellt, die in an sich bekannter Weise aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist. Im Zentrum eines kegelförmig ausgebildeten, drallerzeugenden Vormischbrenners ist eine Einspritzdüse 2 vorgesehen, die axial zur Vormischbrenneranordnung vorzugsweise Flüssigbrennstoff zerstäubt. Über längs zu den konisch ausgebildeten Teilschalen 1 des Vormischbrenners vorgesehenen Lufteintrittschlitzen 3 wird im Inneren der Vormischbrenneranordnung ein Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das sich stromab, d.h. in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 von links nach rechts ausbreitet. Ein dem kegelförmigen Vormischbrenner nachgeschalteter Drallerzeuger 4 prägt dem Brennstoff-Luft-Gemisch eine kritische Drallzahl auf, durch die sich innerhalb der Brennkammer 6 eine stabile Flammenfront 7 ausbilden kann. Dem Drallerzeuger nachgeordnet ist ein Mischrohr 5, innerhalb dem sich das Brennstoff-Luft-Gemisch vollständig zu durchmischen vermag, bevor es in die Brennkammer 6 eintritt.
  • Um den stromab gewandten Bereich 51 des Mischrohres 5 ist eine Katalysatoreinheit 8 vorgesehen, die den Mischrohrbereich 51 zirkular vollständig umgibt. Der Katalysatoreinheit 8 in Strömungsrichtung vorgeordnet ist ein ebenfalls innerhalb des Mischrohres 5 vollständig zirkular umlaufender Abzweigungskanal 9 vorgesehen, durch den der periphere Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb des Mischrohres 5 in Richtung der Katalysatoreinheit 8 abgeleitet wird. Der Hauptanteil des Brennstoff-Luft-Gemisches passiert ungehindert axial das Mischrohr 5 und gelangt innerhalb der Brennkammer 6 zur Zündung. Die zwangsweise abgeführten peripheren Brennstoff-Luft-Gemischströme, die die Katalysatoreinheit 8 durchlaufen, werden durch diese wenigstens teilweise thermisch und/oder chemisch katalytisch umgesetzt und gelangen nach Austritt aus der Katalysatoreinheit 8 unmittelbar in die Brennkammer 6, in der sie auf die peripheren Bereiche der Flammenfront 7 auftreffen und diese zu stabilisieren vermögen.
  • Vorzugsweise ist die Innenkontur des Mischrohrs 5 an den Eintrittsbereichen der Ableitungskanäle 9 verjüngend ausgebildet, so dass die Abzweigung der peripheren Brennstoff-Luft-Gemischanteile zwangsweise erfolgt.
  • Eine weitere alternative Ausführungsvariante ist in Fig. 2 dargestellt. Auch in diesem Fall zeigt das Ausführungsbeispiel die Grundanordnung einer an sich bekannten Vormischbrenneranordnung mit zentraler Brennstoffeindüsung 2, einem kegelförmig ausgebildeten Vormischbrenner, einem diesen in Strömungsrichtung nachgeschalteten Drallerzeuger 4 und einem zur Vervollständigung der Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemisches nachgeordneten Mischrohres 5. Nicht im einzelnen dargestellt ist die Brennkammer 6, die dem Mischrohr 5 nachgeschaltet ist.
  • Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine Katalysatoreinheit 8 am stromab gewandten Ende des Mischrohres 5 derart vorgesehen, so dass Katalysatormaterial in die peripheren Randbereiche in das Innere des Mischrohres 5 hineinragt und den Strömungsquerschnitt durch das Mischrohr 5 reduziert. Die Katalysatoreinheit 8 ist aus einem, mit Katalysatormaterial beschichteten porösen Material ausgebildet, so dass periphere Strömungsanteile des sich im Inneren der Vormischbrennereinheit ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches zwangsweise durch die Katalysatoreinheit 8 hindurchströmen, in der sie zumindest teilweise katalytisch umgesetzt werden. Die katalytische Umsetzung erfolgt entweder thermisch und/oder chemisch und trägt neben einer entscheidenden Reduzierung der NOx-Emissionswerte zur Stabilisierung der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront bei.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kegelförmig ausgebildete Teilschalen des Vormischbrenners
    2
    Einspritzdüse
    3
    Luftschlitze
    4
    Drallerzeuger
    5
    Mischrohr
    51
    Mischrohrbereich
    6
    Brennkammer
    7
    Flammenfront
    8
    Katalysatoreinheit
    9
    Abzweigungskanal

Claims (13)

  1. Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer (6) einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenner vermischt werden und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrennergehäuse stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) eine Katalysatoreinheit (8) vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches eingeleitet wird und hindurchtritt bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) einströmt.
  2. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners in diesem integriert oder an diesem unmittelbar angrenzend vorgesehen ist.
  3. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches ableiten und der Katalysatoreinheit (8) zuleiten, dass die Mittel wenigstens einen Strömungskanal (9) aufweisen, der stromauf offen ausgebildet ist und peripher an das sich innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff/Luft-Gemisch angrenzt und einen Teil der dieser Strömung abzweigt und der Katalysatoreinheit (8) zuführt.
  4. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (9) mit seiner einseitigen Öffnung das sich innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff/Luft-Gemisch wenigstens teilweise zirkular umgibt.
  5. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass an das Vormischbrennergehäuses stromab angrenzend eine den Strömungsquerschnitt des Brennstoff/Luft-Gemisches verjüngende Einheit vorgesehen ist, in der der Strömungskanal sowie die Katalysatoreinheit (8) vorgesehen sind.
  6. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) eine, den Strömungsquerschnitt innerhalb des Vormischbrennergehäuses verjüngende Geometrie aufweist, die am Ende des Vormischbrennergehäuses integriert oder stromab am Vormischbrennergehäuse vorgesehen ist, und dass die Katalysatoreinheit wenigstens teilweise vom Brennstoff/Luft-Gemisch durchströmbar ist und Katalysatormaterial aufweist.
  7. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) aus porösem Material besteht, deren Oberfläche mit einer Katalysatorschicht überzogen ist.
  8. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) zirkular das Brennstoff/Luft-Gemisch umgibt.
  9. Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (2) sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenner gemischt wird und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer (6), die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zur Zündung gebracht wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches wenigstens teilweise katalytisch umgesetzt wird und nachfolgend zusammen mit dem übrigen, unkatalysierten Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) einströmt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass zirkular um das Brennstoff/Luft-Gemisch ein Teil des Gemisches zirkular abgezweigt wird und einer Katalysatoreinheit (8) zugeleitet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung im Wege einer thermischen und/oder chemischen katalytischen Umsetzung erfolgt.
  12. Verfahren nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung im Wege einer partiellen Oxidation erfolgt und zumindest teilweise die partiellen Oxidationsprodukte CO und H2 erzeugt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung stromauf nahe einer sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront erfolgt.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6928822B2 (en) * 2002-05-28 2005-08-16 Lytesyde, Llc Turbine engine apparatus and method
US7617682B2 (en) * 2002-12-13 2009-11-17 Siemens Energy, Inc. Catalytic oxidation element for a gas turbine engine
US7096671B2 (en) * 2003-10-14 2006-08-29 Siemens Westinghouse Power Corporation Catalytic combustion system and method
US8202916B2 (en) 2004-07-29 2012-06-19 Gas Technologies Llc Method of and apparatus for producing methanol
US8293186B2 (en) * 2004-07-29 2012-10-23 Gas Technologies Llc Method and apparatus for producing methanol
US9180426B2 (en) 2004-07-29 2015-11-10 Gas Technologies, Llc Scrubber for methanol production system
US7456327B2 (en) 2004-07-29 2008-11-25 Gas Technologies, Llc Method for direct-oxygenation of alkane gases
US7642293B2 (en) 2004-07-29 2010-01-05 Gas Technologies Llc Method and apparatus for producing methanol with hydrocarbon recycling
US7578981B2 (en) * 2004-07-29 2009-08-25 Gas Technologies Llc System for direct-oxygenation of alkane gases
US7910787B2 (en) 2004-07-29 2011-03-22 Gas Technologies Llc Method and system for methanol production
JP4913746B2 (ja) * 2004-11-30 2012-04-11 アルストム テクノロジー リミテッド 予混合バーナー内の水素を燃焼する方法及び装置
EP1828684A1 (de) * 2004-12-23 2007-09-05 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner mit mischstrecke
GB0509944D0 (en) * 2005-05-16 2005-06-22 Boc Group Plc Gas combustion apparatus
US7752850B2 (en) * 2005-07-01 2010-07-13 Siemens Energy, Inc. Controlled pilot oxidizer for a gas turbine combustor
US7879296B2 (en) * 2005-12-27 2011-02-01 Gas Technologies Llc Tandem reactor system having an injectively-mixed backmixing reaction chamber, tubular-reactor, and axially movable interface
US7687669B2 (en) 2005-12-27 2010-03-30 Gas Technologies Llc Method for direct-oxygenation of alkane gases
US8413446B2 (en) * 2008-12-10 2013-04-09 Caterpillar Inc. Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
US20120144832A1 (en) * 2010-12-10 2012-06-14 General Electric Company Passive air-fuel mixing prechamber
WO2013144048A1 (en) * 2012-03-29 2013-10-03 Alstom Technology Ltd Gas turbine combustor

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4040252A (en) * 1976-01-30 1977-08-09 United Technologies Corporation Catalytic premixing combustor
SE7802205L (sv) 1977-03-04 1978-09-05 Johnson Matthey Co Ltd Forbettringar i och avseende katalys
JP2774557B2 (ja) 1989-03-30 1998-07-09 財団法人電力中央研究所 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器
GB9027331D0 (en) 1990-12-18 1991-02-06 Ici Plc Catalytic combustion
US5634784A (en) * 1991-01-09 1997-06-03 Precision Combustion, Inc. Catalytic method
US5318436A (en) * 1991-11-14 1994-06-07 United Technologies Corporation Low NOx combustion piloted by low NOx pilots
AU681271B2 (en) * 1994-06-07 1997-08-21 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst
DE4426351B4 (de) 1994-07-25 2006-04-06 Alstom Brennkammer für eine Gasturbine
JP3196549B2 (ja) * 1995-01-09 2001-08-06 株式会社日立製作所 燃料改質装置を備えた発電システム
US5950434A (en) * 1995-06-12 1999-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Burner, particularly for a gas turbine, with catalytically induced combustion
DE19521356C2 (de) * 1995-06-12 1999-04-01 Siemens Ag Gasturbine, umfassend einen Verdichterteil, einen Brennerteil und einen Turbinenteil
DE19640198A1 (de) 1996-09-30 1998-04-02 Abb Research Ltd Vormischbrenner
JPH10339438A (ja) 1997-06-03 1998-12-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 希薄予混合ガスタービン燃焼器
US6415608B1 (en) * 2000-09-26 2002-07-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Piloted rich-catalytic lean-burn hybrid combustor

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