EP1649218B1 - Verfahren zur reduktion der nox-emissionen einer mehrere brenner umfassenden brenneranordnung sowie brenneranordnung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur reduktion der nox-emissionen einer mehrere brenner umfassenden brenneranordnung sowie brenneranordnung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP1649218B1
EP1649218B1 EP04766213.5A EP04766213A EP1649218B1 EP 1649218 B1 EP1649218 B1 EP 1649218B1 EP 04766213 A EP04766213 A EP 04766213A EP 1649218 B1 EP1649218 B1 EP 1649218B1
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EP
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burners
burner
throttling
flame
temperatures
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Ken-Yves Haffner
Douglas Pennell
Christian Steinbach
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General Electric Technology GmbH
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Alstom Technology AG
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    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23N2237/00—Controlling
    • F23N2237/02—Controlling two or more burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2241/00—Applications
    • F23N2241/20—Gas turbines

Definitions

  • the present invention relates to the field of combustion technology. It relates to a method for reducing the NOx emissions according to the preamble of claim 1 and a burner assembly for carrying out the method.
  • the object is solved by the entirety of the features of claims 1 and 13.
  • the essence of the invention is to measure directly or indirectly, the flame temperatures of the individual burner or burner groups and then at those burners or burner groups whose flame temperatures are above a predetermined value, the supply of fuel to throttle permanently to the design and manufacturing technology related deviations to balance this burner. This process can be carried out one or more times and then leads to a permanent homogenization of the flame temperatures and, consequently, to a reduction of the NOx emissions caused by the inhomogeneities.
  • a preferred embodiment of the inventive method is characterized in that the individual burner or burner groups are each supplied via a fuel supply with fuel, and that the throttling of the fuel supply is carried out by means disposed in the fuel supply throttle body.
  • One possibility for measuring the flame temperatures consists in that the measurement of the flame temperatures is made directly on the flames, wherein the measurement of the flame temperatures takes place in particular by optical means.
  • One way to measure the flame temperatures is that the measurement of the flame temperatures takes place indirectly, in particular the flames are generated in a combustion chamber, and the Measurement of the flame temperatures, the temperatures of selected parts or areas of the combustion chamber are measured, or the hot gases generated by the burners in the flames are sent through a utilization device, in particular a gas turbine, and for measuring the flame temperatures of the burner or burner groups, the temperatures at the output of the Usage device to be measured.
  • the indirect measurement of the flame temperature can be realized and carried out much easier metrologically.
  • an adjustable throttle body is used, which can be either an adjustable valve, an adjustable throttle screw or a replaceable aperture with a predetermined aperture.
  • a preferred embodiment of the burner assembly according to the invention is characterized in that the first means comprise a plurality of sensors which are connected to a measuring unit, wherein the sensors are designed either for direct measurement of the flame temperature, preferably by optical means.
  • the sensors are configured to measure the temperature of components
  • the burners are housed in one or more combustors, and the sensors are distributed in or on the combustor (s).
  • a utilization device for the hot gases in particular in the form of a gas turbine, arranged, the sensors for measuring the temperature of hot gases are formed, and the sensors are arranged at the output of the utilization device.
  • One of the purposes of the present invention is to identify the hottest burners by directly or indirectly measuring the flame temperature or the differences in flame temperature on gas turbines having multiple burners or groups of burners. This measurement can be done in a number of ways (e.g., by measuring the temperature after the turbine, by measuring the material temperature of combustor parts, by direct optical measurement of the flame temperature).
  • the flame temperatures are homogenized by throttling the fuel supply to the burners at too high a flame temperature.
  • This throttling can be done by means of adjustable valves, adjustable throttle screws or fixed throttle elements (for example diaphragms).
  • the process of flame temperature measurement and throttling of the burners with too high a flame temperature can be repeated until the desired homogeneity is reached.
  • Fig. 1 is shown in a schematic representation of a burner assembly according to a preferred embodiment of the invention with a direct measurement of the flame temperatures.
  • the burners B1, .., Bn are designed, for example, as double-cone burners, as used inter alia in the EP-A2-0 807 787 shown and described.
  • the individual burners B1,..., Bn are each connected via fuel supply lines 19 to a common fuel supply 11.
  • the burners B1, .., Bn are usually arranged on one or more concentric circular rings. They can also be grouped into groups that are fueled and operated together.
  • Each burner B1, .., Bn produced in operation by combustion of the supplied liquid and / or gaseous fuel by means of compressed combustion air, a flame F1, .., Fn, the hot gases then in a subsequent utilization device (turbine, steam generator, etc. ) are used in energy technology. Due to manufacturing and installation tolerances of burners and combustion chamber now have the flames F1, .., Fn of the various burner B1, .., Bn partially deviating flame temperatures, so that individual burners are present whose flame temperatures exceed a predetermined value. Although the mean value of the flame temperatures is within a tolerable range, the elevated temperatures of individual flames result in increased NOx emission. In the embodiment of Fig.
  • the 1 is now a plurality of sensors S1, .., Sn provided that measure the temperatures of the individual flames F1, .., Fn directly by optical means (eg spectral measurement).
  • the sensors S1, .., Sn are connected to a measuring unit 12, in which the flame temperature measurements are evaluated and displayed.
  • a measuring unit 12 in which the flame temperature measurements are evaluated and displayed.
  • a permanent correction can be made in these burners, which leads to a reduction in the flame temperature of the corrected burner.
  • This correction requires no complex control and regulating devices, but can be made with relatively simple and functionally reliable means.
  • Fig. 1 are arranged in the fuel supply lines 19 to the burners B1, .., Bn throttle bodies D1, .., Dn, which allow a simple throttling or throttling the fuel supply to the respective burner.
  • a throttle body Dn is shown as a throttle member Dn, which has a diaphragm opening 18 with a cross section which is smaller than the cross section of the unthrottled fuel supply line 19.
  • a burner with a too high flame temperature is identified during the measurement of the flame temperatures, its fuel supply is initially throttled by a specific amount by means of the associated throttle element Dn. If the measurement is repeated later and the flame temperature is still too high, the throttling is increased by one more step. This sequence can be repeated until the flame temperatures of all burners B1,... Bn lie within a narrow tolerance range and are thus homogenized. The gradual permanent throttling ensures that no control vibrations can occur and the operation remains stable at all times.
  • the use of simple throttle bodies keeps the costs low, and leads to an easy adjustability and a high reliability.
  • Fig. 2 shows a second embodiment of a burner assembly according to the invention.
  • the burners B1,..., Bn of the burner arrangement 10 are shown here with the combustion chamber 13.
  • the flames F1, .., Fn of the burner B1, .., Bn lead at different flame temperatures to different heating of components (walls, etc.) in the combustion chamber 13. They can therefore be measured indirectly, in which the temperature of certain components or areas the combustion chamber 13 by sensors S1 ', .., Sn' mounted there (Thermocouples, resistance thermometer or the like.) Is measured.
  • sensors S1 ', .., Sn' are also connected to a measuring unit 12, so that the burners or burner groups to be throttled are identifiably displayed there.
  • the throttle bodies themselves are in Fig. 2 for the sake of simplicity not shown.
  • FIG. 3 another embodiment of the invention is shown.
  • the combustion chamber 13 with the burners B1, .., Bn is then the input side of a utilization device, in this case a gas turbine 14, arranged.
  • the hot gas generated by the burners B1,..., Bn flows through the turbine 14 under operating power and exits at the outlet of the turbine 14.
  • There is a temperature distribution in the hot gas flow which is characteristic of the flame temperatures of the burner B1, .., Bn. If now this temperature distribution is measured by means of sensors S1 ", .., Sn", it is possible to deduce the flame temperatures of the individual burners B1,..., Bn. Accordingly, a burner with too high a flame temperature can be identified.
  • the sensors S1 ", .., Sn" are also connected to a measuring unit 12.
  • the throttle bodies for the fuel supply are not shown, but are analogous to Fig. 1 installed in the fuel supply lines.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zur Reduktion der NOx-Emissionen gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens.
    • STAND DER TECHNIK
  • Durch die mager vorgemischte Verbrennung sind in der letzten Dekade die NOx-Emissionen von Gasturbinen-Kraftwerken um den Faktor 10 gesenkt worden. Dies vor allem dadurch, dass die Temperaturen in der Reaktionszone der Brennkammer (Flammentemperatur) signifikant abgesenkt wurden. Meist ist in den Brennkammern von Gasturbinen eine Vielzahl von Brennern angeordnet, die parallel arbeiten und das für den Betrieb der Turbine benötigte Heissgas erzeugen (siehe z.B. die EP-A1-1 273 776 ). Nachteilig ist dabei im Hinblick auf die NOx-Emissionen, dass infolge von Toleranzen in der Brenner- und Brennkammerfertigung nicht alle Brenner in ihrem optimalen, schadstoffarmen Betriebspunkt betrieben werden. Es tritt vielmehr eine breite Streuung in der Flammentemperatur auf. Hierdurch kann das NOx-Minderungspotential von mager-vorgemischten Brennern nur teilweise ausgenutzt werden.
  • In der JP-A2-10317991 ist vorgeschlagen worden, bei einer Gasturbine mit einer Mehrzahl von Vormischbrennern die Menge des NOx zu reduzieren und gleichzeitig die Verbrennung bei einer Laständerung in der Turbine zu stabilisieren, indem die Temperaturen der Flammenstabilisatoren, der Brennkammerauskleidung und der Heissgase gemessen werden und daraus der Betriebszustand der Brenner abgeleitet wird. Die Brennstoffzufuhr zu den Brennern wird dann nach Massgabe der Messergebnisse so gesteuert, dass die Verbrennung im Hinblick auf partielle Fehlzündungen und Abweichungen von der zugeführten Brennstoffmenge stabilisiert wird. Zielsetzung ist dabei die (dynamische) Stabilisierung der Verbrennung bei Lastwechseln in der Gasturbine. Gleichzeitig wird damit ein Anstieg der NOx-Menge durch auftretende Brennerinstabilitäten verhindert.
  • Ein dauerhafter Ausgleich von Toleranzen in der Brenner- und Brennkammerkonfiguration ist damit nicht erreichbar.
  • Aus der EP-A1-0 529 900 ist eine Gasturbine und ein Verfahren zu deren Steuerung bekannt, bei denen der Brennstoffzufluss zu einer Mehrzahl von Brennern einzeln mittels entsprechender Steuereinrichtungen unter Berücksichtigung einer vorgegebenen Verbrennungscharakteristik nach Massgabe bestimmter in der Brennkammer aufgenommener Temperaturwerte geregelt wird. Eine solche Regelung ist sehr aufwändig und anfällig für regelungstechnisch bedingte Instabilitäten.
  • Aus der EP-A1-0 969 192 ist ein Verfahren zum Abgleichen des Brennstoffverteilsystems bei Gasturbinen mit mehreren Brennern bekannt, bei dem Ungleichheiten im Brennstoffverteilsystem durch gezielte Veränderung der Brennstoffmassenströme mittels Drosselorganen ausgeglichen werden. Gemessen werden dazu bestimmte Druckdifferenzen im System. Eine direkte Optimierung der Flammentemperaturen ist dabei nicht möglich.
    • DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit welchem auf einfache Weise konstruktions- und herstellungsbedingte Inhomogenitäten in den Flammentemperaturen einer Brenneranordnung ausgeglichen und dadurch die mit den Inhomogenitäten verbundenen zusätzlichen NOx-Emissionen dauerhaft verringert werden können, sowie eine Brenneranordnung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
  • Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, direkt oder indirekt die Flammentemperaturen der einzelnen Brenner oder Brennergruppen zu messen und dann bei denjenigen Brennern bzw. Brennergruppen, deren Flammentemperaturen über einem vorgegebenen Wert liegen, die Brennstoffzufuhr dauerhaft zu drosseln, um die konstruktions- und herstellungstechnisch bedingte Abweichungen dieser Brenner auszugleichen. Dieser Vorgang kann ein- oder mehrmals durchgeführt werden und führt dann zu einer dauerhaften Homogenisierung der Flammentemperaturen und damit verbunden zu einer Reduktion der durch die Inhomogenitäten bedingten NOx-Emissionen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die einzelnen Brenner oder Brennergruppen jeweils über eine Brennstoffzuleitung mit Brennstoff versorgt werden, und dass die Drosselung der Brennstoffzufuhr mittels eines in der Brennstoffzuleitung angeordneten Drosselorgans vorgenommen wird. Hierdurch wird eine besonders einfache Abstimmung der verschiedenen Brenner hinsichtlich der Homogenisierung der Flammentemperatur erreicht.
  • Eine Möglichkeit zur Messung der Flammentemperaturen besteht dabei darin, dass die Messung der Flammentemperaturen direkt an den Flammen vorgenommen wird, wobei die Messung der Flammentemperaturen insbesondere auf optischem Wege erfolgt.
  • Eine Möglichkeit zur Messung der Flammentemperaturen besteht dabei darin, dass die Messung der Flammentemperaturen auf indirektem Wege erfolgt, wobei insbesondere die Flammen in einer Brennkammer erzeugt werden, und zur Messung der Flammentemperaturen die Temperaturen ausgewählter Teile oder Bereiche der Brennkammer gemessen werden, oder die von den Brennern in den Flammen erzeugten heissen Gase durch eine Nutzungseinrichtung, insbesondere eine Gasturbine, geschickt werden, und zur Messung der Flammentemperaturen der Brenner oder Brennergruppen die Temperaturen am Ausgang der Nutzungseinrichtung gemessen werden. Die indirekte Messung der Flammentemperatur lässt sich dabei messtechnisch wesentlich einfacher verwirklichen und durchführen.
  • Zum dauerhaften Drosseln der Brennstoffzufuhr wird vorzugsweise ein einstellbares Drosselorgan verwendet, das wahlweise ein einstellbares Ventil, eine verstellbare Drosselschraube oder eine auswechselbare Blende mit einer vorgegebenen Blendenöffnung sein kann.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Brenneranordnung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Mehrzahl von Sensoren umfassen, welche an eine Messeinheit angeschlossen sind, wobei die Sensoren entweder zur direkten Messung der Flammentemperatur, vorzugsweise auf optischem Wege, ausgebildet sind.
  • Alternativ dazu sind die Sensoren zur Messung der Temperatur von Bauteilen ausgebildet, sind die Brenner in einer oder mehreren Brennkammern untergebracht, und sind die Sensoren in oder an der oder den Brennkammern verteilt angeordnet.
  • Wiederum alternativ dazu ist hinter der Brenneranordnung eine Nutzungseinrichtung für die heissen Gase, insbesondere in Form einer Gasturbine, angeordnet, sind die Sensoren zur Messung der Temperatur heisser Gase ausgebildet, und sind die Sensoren am Ausgang der Nutzungseinrichtung angeordnet.
  • 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
    in einer schematisierten Darstellung eine Brenneranordnung gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer direkten Messung der Flammentemperaturen und Drosselorganen in den Brennstoffzuleitungen zu den einzelnen Brennern;
    Fig. 2
    ein zu Fig. 1 alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Sensoren zur Bestimmung der Flammentemperaturen an der Brennkammer angeordnet sind und Materialtemperaturen von Brennkammerteilen aufnehmen;
    Fig. 3
    ein zu Fig. 1 und 2 alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Sensoren am Ausgang einer Nutzungseinrichtung der Brennkammergase in Form einer Gasturbine angeordnet sind und die Flammentemperaturen aus der Temperaturverteilung am Ausgang einer Nutzungseinrichtung bestimmen; und
    Fig. 4
    in verschiedenen Teilfiguren (Fig. 4a, b und c) verschiedene Arten von Drosselorganen, wie sie bei der Verwirklichung der Erfindung zum Einsatz kommen können.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung hat unter anderem zum Inhalt, dass durch die direkte oder indirekte Messung der Flammentemperatur oder der Differenzen der Flammentemperatur an Gasturbinen mit mehreren Brennern oder Brennergruppen die heissesten Brenner identifiziert werden. Diese Messung kann auf verschiedene Art und Weise erfolgen (z.B. durch die Messung der Temperatur nach der Turbine, durch die Messung der Materialtemperatur von Brennkammerteilen, durch direkte optische Messung der Flammentemperatur).
  • Nach der Messung der Flammentemperatur erfolgt eine Homogenisierung der Flammentemperaturen durch Androsseln der Brennstoffzufuhr zu den Brennern mit zu hoher Flammentemperatur. Dieses Androsseln kann mittels einstellbarer Ventile, einstellbarer Drosselschrauben oder fest eingebauter Drosselorgane (z.B. Blenden) erfolgen. Der Vorgang der Flammentemperaturmessung und Androsselung der Brenner mit zu hoher Flammentemperatur kann bis zum Erreichen der gewünschten Homogenität wiederholt werden.
  • In Fig. 1 ist in einer schematisierten Darstellung eine Brenneranordnung gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer direkten Messung der Flammentemperaturen wiedergegeben. Die Brenneranordnung 10 umfasst eine Mehrzahl von (n; n = natürliche Zahl) Brennern B1,..,Bn, die in einer nicht eingezeichneten Brennkammer (13 in Fig. 2) angeordnet sind und parallel betrieben werden können. Die Brenner B1,..,Bn sind beispielsweise als Doppelkegelbrenner ausgebildet, wie sie u.a. in der EP-A2-0 807 787 gezeigt und beschrieben sind. Die einzelnen Brenner B1,..,Bn sind jeweils über Brennstoffzuleitungen 19 an eine gemeinsame Brennstoffversorgung 11 angeschlossen. Die Brenner B1,..,Bn sind üblicherweise auf einem oder mehreren konzentrischen Kreisringen angeordnet. Sie können auch zu Gruppen zusammengefasst sein, die gemeinsam mit Brennstoff versorgt und betrieben werden.
  • Jeder der Brenner B1,..,Bn erzeugt im Betrieb durch Verbrennung des zugeführten flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoffs mit Hilfe von komprimierter Verbrennungsluft eine Flamme F1,..,Fn, deren heisse Gase dann in einer nachfolgenden Nutzungseinrichtung (Turbine, Dampferzeuger etc.) energietechnisch genutzt werden. Aufgrund von herstellungs- und einbautechnischer Toleranzen bei Brennern und Brennkammer haben nun die Flammen F1,..,Fn der verschiedenen Brenner B1,..,Bn teilweise abweichende Flammentemperaturen, so dass einzelne Brenner vorhanden sind, deren Flammentemperaturen einen vorgegebenen Wert überschreiten. Obgleich der Mittelwert der Flammentemperaturen in einem tolerierbaren Bereich liegt, führen die erhöhten Temperaturen einzelner Flammen zu erhöhter NOx-Emission. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 ist nun eine Mehrzahl von Sensoren S1,..,Sn vorgesehen, die auf optischem Wege (z.B. Spektralmessung) die Temperaturen der einzelnen Flammen F1,..,Fn direkt messen. Die Sensoren S1,..,Sn sind an eine Messeinheit 12 angeschlossen, in der die Flammentemperaturmessungen ausgewertet und angezeigt werden. Insbesondere ist es denkbar und vorteilhaft, dass diejenigen Brenner identifiziert und angezeigt werden, deren Flammentemperatur einen vorgegebenen Wert überschreitet und damit zu hoch ist.
  • Werden nun nach einer solchen Flammentemperaturmessung ausgewählte Brenner als mit einer zu hohen Flammentemperatur arbeitend angezeigt, kann bei diesen Brennern eine dauerhafte Korrektur vorgenommen werden, die dazu führt, dass sich die Flammentemperatur des korrigierten Brenners verringert. Diese Korrektur erfordert keine aufwendigen Steuer- und Regelungseinrichtungen, sondern kann mit vergleichsweise einfachen und funktionssicheren Mitteln vorgenommen werden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind dazu in den Brennstoffzuleitungen 19 zu den Brennern B1,..,Bn Drosselorgane D1,..,Dn angeordnet, die eine einfache Androsselung bzw. Drosselung der Brennstoffzufuhr zum jeweiligen Brenner ermöglichen.
  • Eine beispielhafte Auswahl von geeigneten Drosselorganen Dn ist in den Teilfiguren (a) bis (c) der Fig. 4 wiedergegeben. Das Drosselorgan Dn der Fig. 4a ist als einstellbares Ventil 15 ausgebildet. Durch ein partielles Schliessen des Ventils 15 kann die Brennstoffzufuhr in der zugehörigen Brennstoffzuleitung 19 im gewünschten Umfang gedrosselt werden. In Fig. 4b ist als Drosselorgan Dn eine Drosselschraube 16 dargestellt, die durch Eindrehen den Querschnitt der Brennstoffzuleitung 19 verengt und damit die Brennstoffzufuhr drosselt. In Fig. 4c schliesslich ist als Drosselorgan Dn eine Blende 17 abgebildet, die eine Blendenöffnung 18 mit einem Querschnitt aufweist, der kleiner ist als der Querschnitt der ungedrosselten Brennstoffzuleitung 19. Durch Einbau verschiedener Blenden 17 mit unterschiedlichen Öffnungsquerschnitten kann eine unterschiedlich starke Drosselung der Brennstoffzufuhr erreicht werden.
  • Wird bei der Messung der Flammentemperaturen ein Brenner mit zu hoher Flammentemperatur identifiziert, wird dessen Brennstoffzufuhr mittels des zugehörigen Drosselorgans Dn zunächst um einen bestimmten Betrag angedrosselt. Wird später die Messung wiederholt und noch immer eine zu hohe Flammentemperatur festgestellt, wird die Drosselung um einen weiteren Schritt verstärkt. Diese Abfolge kann so lange wiederholt werden, bis die Flammentemperaturen aller Brenner B1,..Bn in einem engen Toleranzbereich liegen und damit homogenisiert sind. Die schrittweise dauerhafte Drosselung sorgt dafür, dass keine Regelungsschwingungen auftreten können und der Betrieb zu jeder Zeit stabil bleibt. Der Einsatz einfacher Drosselorgane hält die Kosten gering, und führt zu einer einfachen Einstellbarkeit und einer hohen Funktionssicherheit.
  • In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Brenneranordnung nach der Erfindung wiedergegeben. Die Brenner B1,..,Bn der Brenneranordnung 10 sind hier mit der Brennkammer 13 dargestellt. Die Flammen F1,..,Fn der Brenner B1,..,Bn führen bei unterschiedlichen Flammentemperaturen zu unterschiedlicher Aufheizung von Bauteilen (Wänden etc.) in der Brennkammer 13. Sie können daher indirekt gemessen werden, in dem die Temperatur bestimmter Bauteile oder Bereiche der Brennkammer 13 durch dort angebrachte Sensoren S1',..,Sn' (Thermoelemente, Widerstandsthermometer oder dgl.) gemessen wird. Auch diese Sensoren S1',..,Sn' sind an eine Messeinheit 12 angeschlossen, so dass dort die zu drosselnden Brenner bzw. Brennergruppen identifizierbar angezeigt werden. Die Drosselorgane selbst sind in Fig. 2 der Einfachheit halber nicht gezeigt.
  • In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Brennkammer 13 mit den Brennern B1,..,Bn ist hierauf der Eingangsseite einer Nutzungseinrichtung, in diesem Fall einer Gasturbine 14, angeordnet. Das durch die Brenner B1,..,Bn erzeugte Heissgas strömt unter Arbeitsleistung durch die Turbine 14 und tritt am Ausgang der Turbine 14 aus. Dort stellt sich eine Temperaturverteilung im Heissgasstrom ein, die charakteristisch für die Flammentemperaturen der Brenner B1,..,Bn ist. Wird nun mittels Sensoren S1",..,Sn" diese Temperaturverteilung gemessen, kann auf die Flammentemperaturen der einzelnen Brenner B1,..,Bn zurückgeschlossen werden. Entsprechend kann ein Brenner mit zu hoher Flammentemperatur identifiziert werden. Die Sensoren S1",..,Sn" sind ebenfalls an eine Messeinheit 12 angeschlossen. Die Drosselorgane für die Brennstoffzufuhr sind nicht dargestellt, sind aber analog zu Fig. 1 in die Brennstoffzuleitungen eingebaut.
  • Insgesamt ergeben sich mit der Erfindung die folgenden Vorteile:
    • Absenkung der maximalen Temperatur in der Brennkammer, insbesondere von Gasturbinen;
    • Reduktion der NOx-Emissionen, insbesondere von Gasturbinen;
    • Vergleichmässigung der Temperaturverteilung und somit der thermischen Bauteilbelastung;
    • Einfache Einstellbarkeit und einfacher Einbau;
    • Hohe Funktionssicherheit.
    BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    Brenneranordnung
    11
    Brennstoffversorgung
    12
    Messeinheit
    13
    Brennkammer
    14
    Turbine (Gasturbine)
    15
    einstellbares Ventil
    16
    Drosselschraube
    17
    Blende
    18
    Blendenöffnung
    19
    Brennstoffzuleitung
    B1,..,Bn
    Brenner (z.B. Doppelkegelbrenner)
    D1,..Dn
    Drosselorgan
    F1,..,Fn
    Flamme
    S1,..,Sn
    Sensor
    S1',..,Sn'
    Sensor
    S1",..,Sn"
    Sensor

Claims (20)

  1. Verfahren zur Reduktion der NOx-Emissionen einer mehrere Brenner (B1,..,Bn) umfassenden Brenneranordnung (10), insbesondere in einer Gasturbine, welche Brenner (B1,..,Bn) parallel betrieben werden und jeweils zugeführten Brennstoff mittels Verbrennungsluft unter Bildung einer Flamme (F1,..,Fn) verbrennen, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem vorgegebenen Zeitpunkt direkt oder indirekt die Flammentemperaturen einzelner Brenner (B1,..,Bn) oder Brennergruppen oder Differenzen zwischen den Flammentemperaturen einzelner Brenner (B1,..,Bn) oder Brennergruppen gemessen werden, und dass selektiv bei denjenigen Brennern oder Brennergruppen, deren Flammentemperatur einen vorgegebenen Wert der Flammentemperatur überschreitet, die Brennstoffzufuhr zur Homogenisierung der Flammentemperaturen der Brenner (B1,..,Bn) dauerhaft ohne Steuer- und Regelungseinrichtungen mit einem einstellbaren Drosselorgan gedrosselt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte der Flammentemperaturmessung und der nachfolgenden Drosselung der Brennstoffzufuhr einzelner Brenner oder Brennergruppen einmal oder mehrmals wiederholt werden, bis ein vorgegebener Grad an Homogenität der Flammentemperaturen erreicht ist.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Brenner (B1,..,Bn) oder Brennergruppen jeweils über eine Brennstoffzuleitung (19) mit Brennstoff versorgt werden, und dass die Drosselung der Brennstoffzufuhr mittels eines in der Brennstoffzuleitung (19) angeordneten Drosselorgans (D1,..,Dn) vorgenommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Flammentemperaturen direkt an den Flammen (F1,..,Fn) vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Flammentemperaturen auf optischem Wege erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Flammentemperaturen auf indirektem Wege erfolgt.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flammen (F1,..,Fn) in einer Brennkammer (13) erzeugt werden, und dass zur Messung der Flammentemperaturen die Temperaturen ausgewählter Teile oder Bereiche der Brennkammern (13) gemessen werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Brennern (B1,..Bn) in den Flammen (F1,..,Fn) erzeugten heissen Gase durch eine Nutzungseinrichtung, insbesondere eine Gasturbine (14), geschickt werden, und dass zur Messung der Flammentemperaturen der Brenner (B1,..,Bn) oder Brennergruppen die Temperaturen am Ausgang der Nutzungseinrichtung gemessen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein einstellbares Drosselorgan (D1,..,Dn) verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als einstellbares Drosselorgan (D1,..,Dn) ein einstellbares Ventil (15) verwendet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als einstellbares Drosselorgan (D1,..,Dn) eine verstellbare Drosselschraube (16) verwendet wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als einstellbares Drosselorgan (D1,..,Dn) eine auswechselbare Blende (17) mit einer vorgegebenen Blendenöffnung (18) verwendet wird.
  13. Brenneranordnung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, welche Anordnung eine Mehrzahl von Brennern (B1,..,Bn) umfasst, die parallel betreibbar und einzeln oder in Gruppen über eine Brennstoffzuleitung (19) an eine Brennstoffversorgung 11) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass erste Mittel (S1,..,Sn; S1',..,Sn'; S1",..,Sn"; 12) zur Messung der Flammentemperaturen der einzelnen Brenner (B1,..,Bn) oder Brennergruppen vorgesehen sind, und dass in den Brennstoffzuleitungen (19) zweite Mittel (D1,..,Dn; 15,..,18) zur dauerhaft einstellbaren Drosselung der Brennstoffzufuhr ohne Steuer- und Regelungseinrichtungen angeordnet sind.
  14. Brenneranordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Mehrzahl von Sensoren (S1,..,Sn; S1',..,Sn'; S1",..,Sn") umfassen, welche an eine Messeinheit (12) angeschlossen sind.
  15. Brenneranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1,..,Sn) zur direkten Messung der Flammentemperatur. vorzugsweise auf optischem Wege, ausgebildet sind.
  16. Brenneranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (S1',..,Sn') zur Messung der Temperatur von Bauteilen ausgebildet sind, dass die Brenner (B1,..,Bn) in einer oder mehreren Brennkammern (13) untergebracht sind, und dass die Sensoren (S1',..,Sn') in oder an der oder den Brennkammern (13) verteilt angeordnet sind.
  17. Brenneranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass hinter der Brenneranordnung (10) eine Nutzungseinrichtung für die heissen Gase, insbesondere in Form einer Gasturbine (14), angeordnet ist, dass die Sensoren (S1",..,Sn") zur Messung der Temperatur heisser Gase ausgebildet sind, und dass die Sensoren am Ausgang der Nutzungseinrichtung (14) angeordnet sind.
  18. Brenneranordnung nach einem der Ansprüche 13-17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Mittel einstellbare Drosselorgane (D1,..,Dn) zur Drosselung der Brennstoffzufuhr umfassen.
  19. Brenneranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselorgane (D1,..,Dn) ein einstellbares Ventil (15) oder eine verstellbare Drosselschraube (16) umfassen.
  20. Brenneranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselorgane (D1,..,Dn) eine auswechselbare Blende (17) mit einer fest vorgegebenen Blendenöffnung (18) umfassen.
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