EP1614967B1 - Procédé et système de combustion à prémélange - Google Patents

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EP1614967B1
EP1614967B1 EP04016246.3A EP04016246A EP1614967B1 EP 1614967 B1 EP1614967 B1 EP 1614967B1 EP 04016246 A EP04016246 A EP 04016246A EP 1614967 B1 EP1614967 B1 EP 1614967B1
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EP
European Patent Office
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low
fuel
air
calorific
distributor
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EP04016246.3A
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EP1614967A1 (fr
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Andreas Heilos
Berthold Köstlin
Bernd Dr. Prade
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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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
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/343—Pilot flames, i.e. fuel nozzles or injectors using only a very small proportion of the total fuel to insure continuous combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/36—Supply of different fuels

Definitions

  • a speed level of a low-calorie fuel-air mixture may preferably be 10%, 20% to 30% or more above a speed level that would be appropriate for a standard fuel.
  • a channel cross-section of a premixing space can preferably be reduced in comparison to an initial cross-section and / or in comparison to a channel cross-section which is customary for standard fuel. By such a channel constriction, the speed level can be increased and the residence time of an air / fuel particle in the premixing space is reduced thereby.
  • the premix space has a second distributor for normal and / or high calorific fuel, ie standard fuel.
  • the first distributor and the second distributor are designed in different ways.
  • the first distributor has a flow cross-section for the low-calorie fuel, which is a factor of at least two, preferably about five to ten, above the flow cross-section for standard fuel, So for normal and / or high calorific fuel, a second distributor is.
  • the first distributor is designed in the form of a distributor ring for the low-calorie fuel.
  • a pre-mixing space is usually provided as a ring-cylindrical design in a premix combustion system. This is adapted to the shape of the first distributor according to the development.
  • the swirl generator 15 is held by an anchoring 17 in the wall 19 of the premixing chamber 9.
  • the formed in the form of a blade swirl generator 15 has a formed in the form of bores second distributor 21 for standard fuel E in the form of normal and / or high calorific fuel, in the present case in the form of natural gas on. Normal natural gas typically has a calorific value in the range of 40 to 50 MJ / kg.
  • the second distributor 21 is thus formed in the form of a hollow axis in the swirl generator 15.
  • the swirl generator 15 itself is formed in the form of a blade, in particular in the form of a diagonal lattice blade.
  • an injection of natural gas via the bores 22 takes place.
  • the swirl generator 15 with the bores 22 is additionally designed as a second distributor 21 for standard fuel E.
  • the standard fuel E in the form of normal and / or high-calorie natural gas is fed via a line system 23 to the second distributor 21.
  • FIG. 1 shown preferred embodiment advantageously takes into account another problem.
  • nitrogen oxide minimization by the addition of inert gas streams (quenching) is normally limited.
  • the combustion of low-calorie fuels S 1 in the form of gas in premix operation offers significantly more potential with regard to the minimization of thermal nitrogen oxide formation.
  • IGCC plant integrated coal gasification plant
  • an inert gas I, z As air-nitrogen, supply the gas turbine process.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Claims (17)

  1. Procédé de combustion d'un combustible ( S1, S2 ) à faible valeur calorifique pour le fonctionnement d'une turbine à gaz, dans lequel on envoie de l'air ( L1 ) d'une chambre ( 13 ) de distribution à un espace ( 9 ) de prémélange,
    on envoie à la chambre ( 9 ) de prémélange un combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique par un répartiteur ( 11 ) pénétrant dans la chambre ( 9 ) de prémélange entre la chambre ( 3 ) de distribution et un générateur ( 15 ) de tourbillon par un deuxième répartiteur ( 11 ) pour du combustible standard sous la forme d'un axe creux dans le générateur ( 15 ) de tourbillon,
    dans le cadre d'un prémélange, on prémélange le combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique à de l'air ( L1 ) en un mélange de combustible/air à faible valeur calorifique et on empêche une transformation du mélange de combustible/air à faible valeur calorifique et
    dans le cadre d'une combustion, on transforme le mélange de combustible/air à faible valeur calorifique en un combustible ( H ) gazeux.
  2. Procédé suivant la revendication 1,
    caractérisé en ce qu'on utilise du combustible ( S1, S2 ) à faible valeur calorifique ayant une valeur calorifique inférieure à 20 MJ/kg.
  3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2,
    caractérisé en ce qu'on utilise du combustible ( S1, S2 ) à faible calorifique sous la forme de gaz de synthèse.
  4. Procédé suivant la revendication 1 à 3,
    caractérisé en ce qu'on utilise le combustible ( S1, S2 ) à faible valeur calorifique sous une forme en partie diluée.
  5. Procédé suivant la revendication 1 à 4,
    caractérisé en ce que l'on mélange le combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique dans une quantité d'air ( L1 ) pour donner un mélange de combustible/air à faible valeur calorifique qui est plus élevée d'un facteur d' environ 5 à 10 que la quantité d'un combustible standard qui serait nécessaire, sinon dans les mêmes conditions.
  6. Procédé suivant la revendication 1 à 5,
    caractérisé en ce que l'on envoie une fraction du combustible ( S2 ) à faible valeur calorifique par l'intermédiaire d'une flamme ( 29 ) pilote directement à la combustion.
  7. Procédé suivant la revendication 6,
    caractérisé en ce que l'on fait fonctionner la flamme ( 29 ) pilote en diffusion.
  8. Procédé suivant l'une des revendication 1 à 7,
    caractérisé en ce qu'en plus ou en variante au combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique, on prémélange du combustible ( E ) standard à de l'air ( L1 ) pour donner un mélange de combustible/air.
  9. Procédé suivant la revendication 8,
    caractérisé en ce qu'on ajoute un courant massique de gaz inerte avant le prémélange de l'air ( L1 ).
  10. Système ( 10 ) de combustion à prémélange pour la combustion d'un combustible ( S1, S2 ) à faible valeur calorifique pour le fonctionnement d'une turbine à gaz, comprenant
    - une chambre ( 3 ) de distribution pour l'apport d'air ( L1 ),
    - un espace ( 9 ) de prémélange pour le prémélange du combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique à de l'air ( L1 ) pour donner un mélange de combustible/air à faible valeur calorifique, qui est conçu pour empêcher une transformation du mélange de combustible/air à faible valeur calorifique,
    - un espace ( 3 ) de combustion pour la combustion du mélange de combustible/air à faible valeur calorifique en un gaz ( H ) combustible,
    dans lequel l'espace ( 9 ) de prémélange a un premier répartiteur ( 11 ) pour l'apport du combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique et un deuxième répartiteur ( 21 ) pour du combustible ( E ) standard, le deuxième répartiteur ( 21 ) étant sous la forme d'un axe creux dans un générateur ( 15 ) de tourbillon, caractérisé en ce que le premier répartiteur ( 11 ) est monté entre la chambre ( 13 ) et le générateur ( 15 ) de tourbillon et pénètre dans l'espace ( 9 ) de prémélange.
  11. Système ( 10 ) de combustion à prémélange suivant la revendication 10,
    caractérisé en ce que le premier répartiteur ( 11 ) et le deuxième répartiteur ( 21 ) sont conçus de façon différente.
  12. Système ( 10 ) de combustion à prémélange suivant l'une des revendications 10 ou 11,
    caractérisé en ce que le premier répartiteur ( 11 ) a une section transversale d'écoulement pour le combustible à faible valeur calorifique qui est supérieure d'un facteur d'environ 5 à 10 à la section transversale d'écoulement d'un deuxième répartiteur ( 21 ) pour du combustible ( E ) standard.
  13. Système ( 10 ) de combustion à prémélange suivant l'une des revendications 10 à 12,
    caractérisé en ce que le premier répartiteur ( 11 ) est sous la forme d'un anneau répartiteur pour le combustible ( S1 ) à faible valeur calorifique.
  14. Système ( 10 ) de combustion à prémélange suivant l'une des revendications 10 ou 13,
    caractérisé par un brûleur ( 31 ) pilote conçu de la même façon pour un combustible ( S2 ) à faible valeur calorifique et/ou un combustible ( E ) standard.
  15. Installation de turbine à gaz ayant un système 10 de combustion à prémélange selon l'une des revendications 10 à 14.
  16. Installation de turbine à gaz suivant la revendications 15, sous la forme d'une installation intégrée de gazéification du charbon.
  17. Installation suivant la revendication 15 ou 16, dans laquelle une arrivée de gaz ( I ) inerte débouche dans une chambre ( 13 ) de distribution d'air.
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