EP1334309B1 - Procede pour alimenter un bruleur a premelange en combustible - Google Patents

Procede pour alimenter un bruleur a premelange en combustible Download PDF

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EP1334309B1 EP01970078A EP01970078A EP1334309B1 EP 1334309 B1 EP1334309 B1 EP 1334309B1 EP 01970078 A EP01970078 A EP 01970078A EP 01970078 A EP01970078 A EP 01970078A EP 1334309 B1 EP1334309 B1 EP 1334309B1
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Alstom Technology AG
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
    • F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
    • 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 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/002—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply the air being submitted to a rotary or spinning motion
    • 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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for supplying fuel to a premix burner having at least one burner shell at least partially delimiting an axially extending premix burner space for operating a gas turbine having a premix gas supply directed into the premix burner space above the burner cup, the premix gas being mixed with combustion air and downstream, is ignited outside the premix burner.
  • Premix burners of the aforementioned type are well known for operating gas turbine plants and have different premix burner geometries. So is in the EP 0 321 809 B1 a cone-shaped premix burner consisting of several burner shells, a so-called double-cone burner, whose burner shells are composed in such a way that tangential air inlet slots for the combustion air are formed along the burner axis. At the inflow edges of the burner shells formed thereby are provided outlet openings for the premix gas, which are distributed in the direction of the burner axis. The injection of the Premixgases through the outlet openings along the inflow edges of the burner bowls leads due to the Brennerschalengeometrie in conjunction with the Brennungszu Kunststoff to a swirling mixing of the premixing gas and the combustion air supply.
  • premix burner geometry is in the WO 93/17279 shown, in which the premix burner is formed with an additional conical inner body. Also in this case, the premix gas is fed into the premix burner via respective exit openings arranged along the axially extending air inlet slots, where the premix gas is mixed with combustion air and ignited downstream within the combustion chamber.
  • the emission values, the extinguishing behavior of the flame forming in the combustion chamber, the flame backflow behavior and the flame stability can be decisively influenced by a suitable choice of the abovementioned parameters.
  • premix burners With the currently known premix burners, it is nearly impossible to use the premix burner with different types of fuel, such as liquid or gaseous fuel to operate, especially since the usually arranged centrally in the burner axis burner lance for supplying pilot gas, which is required as mentioned above for starting the gas turbine and for the lower load range, is located in close proximity to the central liquid fuel nozzle , Unintended ignition interactions between the two fuel outlets can not be excluded.
  • fuel such as liquid or gaseous fuel
  • the two writings DE-A1-44 46 945 and EP-A1-0 592 717 disclose gas-powered premix burners in which combustion air is introduced at least approximately tangentially into the pre-mixing chamber of the burner. Fuel is injected via a plurality of nozzles arranged in the longitudinal direction of the premixing chamber and mixed with the combustion air. The nozzles are divided into at least two groups with different fuel supply.
  • the object of the invention is to further develop a method and a device for supplying fuel to a premix burner according to the preamble of claim 1 in such a way that the above-mentioned disadvantages of the prior art are to be avoided.
  • it is necessary to take measures on the premix burner so that an optimized adaptation of the premix burner behavior in the entire load range of the gas turbine is possible. This should in particular be done without great technical and design effort and be feasible with only a small cost.
  • the idea underlying the invention is the axial stepped supply of premix gas along the flanks of the burner shells by the burner shells are divided into at least two axially successively arranged areas, which are each supplied via separated Premixgaszu effeten.
  • the separate areas along the burner shells are arranged axially one behind the other in the flow direction of the premix burner, wherein it has been recognized according to the invention that for starting the gas turbine more than 60% of the total premix gas supply over the upstream first area should be done and for the further start-up of the load Gas turbine to full load one step-wise or continuous redistribution of the Premixgaszu Adjust on the downstream of the first region adjacent areas.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section through a cone-shaped premix burner.
  • the premix burner has cone-shaped burner shells 1, 2, along which are provided in the axial direction to the burner longitudinal axis A outlet openings 3, can be fed by the premix gas into the interior of the premix burner.
  • the burner shells 1, 2 are subdivided into two differently separated regions S1, S2, which are supplied with premix gas by different premix gas supply lines 4, 5.
  • supply air is guided into the interior of the premix burner by air inlet slots, not shown in FIG. 1, which mixes with the premix gas 6 to form a fuel air mixture.
  • a liquid fuel atomization direction 7 can be provided in the center of the premix burner, which allows mixing operation or switching from gaseous fuel to liquid fuel.
  • the supply of liquid fuel takes place with the aid of a known atomizing nozzle, which is a conical spreading sputtering cloud generated within the premix burner.
  • the spreading liquid fuel cloud is surrounded by a protective air jacket.
  • a pedestal that is to ignite the premix burner is not made as usual in the prior art, a pedestal, but in the embodiment illustrated two-stage Vormischbrennerica each area of the burner shell is supplied with a Premixgaszussel which is arranged upstream within the premix burner. In the exemplary embodiment, this is the area stage 1, which is operated for starting and for operating the premix burner in the low load range with more than 60% of the total Premixgaszu exit.
  • FIG. 2 shows an overview diagram from which the percentage distribution of the premix gas distribution between area S1 and area S2 can be seen.
  • the fields entered in black correspond to the portion of the premix gas exiting via region 1, the brighter fields in each case to the premix gas fraction which reaches the interior of the burner via region S2 of the premix burner.
  • the lion's share ie, more than 90%
  • the proportion of premix gas exiting via region 2 increases slightly.
  • both areas S1 and S2 are supplied with premix gas in approximately equal parts.
  • a conical premix burner is provided, which has two regions S1 and S2, via which premix gas enters the interior of the premix burner separately.
  • a main control valve 9 is provided in a common supply line 8 is supplied via the premix to the premix burner.
  • the direct inflow of premix gas to the area S1 of the premix burner can be regulated.
  • a crossing point 10 is provided, at which a portion of the premix gas is discharged into a Zumonirast 11.
  • the area S1 of the premix burner is supplied with premix gas.
  • the pressure relief valve 12 has a conically shaped piston 15, the spring-loaded by a spring 16 gas-tight a counter-contour 17 rests. Now, if the piston 15 by means of gas pressure (see arrow on the left side of the throttle valve) pressurized, so the pressure acting on the piston 15 gas pressure, the spring 16 against a stop 18 can push together. This opens a gap between the piston 15 and the mating contour 17, whereby gas can pass through the pressure relief valve to the right.
  • the gas pressure-dependent flow rate of the premix gas by the pressure relief valve 12 is set individually.
  • a number of disadvantages are associated with the method according to the invention for supplying fuel to a premix burner:
  • the graduated premix gas feed into the premix burner allows it to be used in significantly larger range limits than just single-stage premix burners.
  • control unit designed as a pressure relief valve only a single control unit is required to operate the premix burner.
  • the entire device is structurally simple and inexpensive to produce.

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Abstract

L'invention concerne un procédé et un dispositif permettant d'alimenter un brûleur à mélange préalable en combustible, ledit brûleur présentant au moins une coque (1, 2) délimitant au moins en partie une chambre de brûleur à mélange préalable s'étendant dans le sens axial, afin de faire fonctionner une turbine à gaz. Selon l'invention, il est prévu une alimentation en gaz de mélange préalable dirigée dans la chambre du brûleur à mélange préalable, par l'intermédiaire de la coque (1, 2). Le gaz de mélange préalable (6) est mélangé à de l'air acheminé pour la combustion et est enflammé en aval, en dehors du brûleur à mélange préalable. L'invention se caractérise en ce que l'alimentation en gaz de mélange préalable intervient de manière séparée par l'intermédiaire d'au moins deux zones (S1, S2) séparées dans l'espace dans le sens axial, le long de la coque (1, 2). Une zone (S1) est disposée en amont et au moins une seconde zone (S2) est disposée en aval. Pour lancer la turbine à gaz, plus de 60 % de l'ensemble du gaz de mélange préalable est acheminé par l'intermédiaire de la première zone (S1) et pour accroître ensuite la charge de la turbine à gaz jusqu'à ce qu'elle tourne à pleine charge, une redistribution progressive ou continue de l'alimentation en gaz de mélange préalable intervient sur la seconde zone (S2).

Claims (7)

  1. Procédé pour l'alimentation en combustible d'un brûleur à prémélange pour le fonctionnement d'une turbine à gaz, dans lequel le brûleur à prémélange présente au moins une coque de brûleur (1, 2) qui limite au moins en partie un espace de prémélange s'étendant axialement, et une alimentation en gaz de prémélange (3) orientée dans l'espace de prémélange par la coque de brûleur (1, 2),
    - le gaz de prémélange (6) étant mélangé dans l'espace de prémélange à de l'air comburant, et
    - étant allumé en aval, en dehors du brûleur à prémélange, et
    - l'alimentation en gaz de prémélange étant réalisée de manière séparée par le biais d'au moins deux régions (S1, S2) séparées physiquement axialement le long de la coque de brûleur (1, 2), avec une région (S1) qui est disposée en amont et au moins une deuxième région (S2) qui est disposée en aval,
    caractérisé en ce que
    pour le démarrage de la turbine à gaz, plus de 60% de la totalité de l'alimentation en gaz de prémélange est effectuée par le biais de la première région (S1) et en ce que pour le fonctionnement à plus haut régime subséquent de la charge de la turbine à gaz jusqu'à la pleine charge, une répartition étagée ou continue de l'alimentation en gaz de prémélange a lieu dans la deuxième région (S2).
  2. Procédé selon la revendication 1,
    caractérisé en ce que
    l'alimentation en gaz de prémélange à la première (S1) et à la deuxième (S2) région s'effectue indépendamment.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce que
    dans des conditions de pleine charge, au moins 50% du gaz de prémélange total acheminé au brûleur à prémélange sont acheminés par le biais de la deuxième région (S2) ou par les régions situées en aval.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
    caractérisé en ce que
    le brûleur à prémélange a une forme conique et présente au moins deux coques de brûleur (1, 2) qui sont disposées l'une par rapport à l'autre de telle sorte qu'elles délimitent à chaque fois deux fentes d'entrée d'air à travers lesquelles l'air comburant entre dans l'espace de prémélange s'élargissant sous forme conique, en ce que la première région (S1) des coques de brûleur (1, 2) est injectée par le biais de l'au moins une partie du gaz de prémélange dans l'espace de prémélange, est disposée dans la région de la section transversale du cône la plus étroite et s'étend dans la région du brûleur à prémélange s'élargissant en section transversale.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
    caractérisé en ce que
    les régions (S1, S2) séparées axialement l'une de l'autre sont alimentées en gaz de prémélange par le biais de conduites d'alimentation séparées pour l'alimentation en gaz de prémélange.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
    caractérisé en ce que
    l'alimentation en gaz de prémélange s'effectue indépendamment pour les régions individuelles (S1, S2).
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5,
    caractérisé en ce que
    l'alimentation en gaz de prémélange s'effectue avec une unité de réglage unique (12) pour les régions individuelles (S1, S2).
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