NL7909203A - Tweetrapsbrander met lage stikstofoxyde-uitstoot voor een gasturbine. - Google Patents

Description

P & c ‘ * W 2348-1007 Ned.

t

Tweetrapsbrander met lage stikstofoxyde-uitstoot voor een gasturbine

De laatste jaren moeten gasturbinefabrikanten in toenemende mate letten op luchtvervuilende uitlaatgassen. In het bijzonder is daarbij van belang de uitstoot van stikstofoxiden (NO ) daar deze oxyden een voorloper zijn voor luchtvervuiling.

5 Het is bekend dat de vorming van Ν0χ toeneemt met toenemende vlam- temperatuur en met toenemende verblijfstijd. Daardoor is het theoretisch mogelijk de NO uitstoot te verminderen door de vlamtemperatuur te verlagen / en/of de tijd waarin de reagerende gassen op de piektemperaturen blijven.

In de praktijk is dit echter moeilijk te bereiken door de turbulente 10 vlamdiffusiekarakteristieken van de tegenwoordige gasturbinebranders. Met deze branders vindt de verbranding plaats in een dunne laag rondom de verdagende druppels van de vloeibare brandstof bij een brandstof/lucht equivalentieverhouding in de beurt van één onafhankelijk van de gemiddelde equivalentieverhouding in de gehele reaktiezone. Daar dit de voorwaarde 15 is, die de hoogste vlamtemperatuur geeft, worden vrij grote hoeveelheden NO geproduceerd. Als gevolg hiervan voldoen de bekende ééntrapsbranders X j voor ëén-brandstof met verstuivingsmondstukken niet aan de nieuwe uitstoot-voorwaarden, onverschillig hoe laag de nominale equivalentieverhouding in de reaktiezone is.

20 Het is bekend dat door het inspuiten van grote hoeveelheden water of stoom de Ν0χ produktie kan worden verminderd zodanig dat de bekende branders kunnen voldoen aan de lage ΝΟχ uitstooteisen. Dit inspuiten heeft echter ook veel nadelen waaronder grotere gecompliceerdheid van het systeem, toename van de bedrijfskosten door de noodzaak van waterbehandeling en het 25 slechter worden van andere parameters van de werking.

Pogingen tot het bereiken van een homogene arme reaktiezone door daarbuiten de brandstof vooraf te verdanken en voor te mengen met lucht bij lage equivalentieverhouding hébben slechts beperkte toepassingsmogelijkheden. Deze ontwerpen zijn bijvoorbeeld gebruikt voor schone, zeer 30 vluchtige brandstoffen zoals benzine, straalmotorbrandstof enz., voor regeneratieve cycli (hoge branderinlaattemperatuur), en bij lagere drukken (minder dan 980 kPa). Behalve de toename van de gecompliceerdheid is een ernstig nadeel van deze maatregel het gevaar van zelfontsteking en terugslaan van de vlammen. Bij een druk van 980 kPa is de verblijfstijd, die 35 nodig is voor volledige verdamping van destillaatbrandstof en die voor zelfontsteking vrijwel gelijk. Zie bijvoorbeeld ASME Preprint^ 77-GT-69.

Het probleem van het verkrijgen van een lage ΝΟχ uitstoot wordt nog ingewikkelder wanneer het nodig is aan andere eisen voor het branderontwerp 7 § ö 9 2 Ö 3 Ϋ -2- te voldoen. Onder deze eisen zijn die van goede ontstekingskwaliteiten, goede mogelijkheid van dwarsontsteking, stabiliteit over het gehele belas-tingsgebied, grote verhouding van de mogelijke brandstoftoevoeruitersten, laag doorloopgetal, lange levensduur en veilige werking.

5 Sommige van de factoren welke de vorming van stikstofoxyden uit brandstofstikstof en uit luchtstikstof veroorzaken zijn bekend en er zijn reeds pogingen gedaan in het licht van deze faktoren verschillende brander-werkingen aan te passen. Zie bijvoorbeeld de Amerikaanse octrooischriften' 3.958.416/ 3.958.413 en 3.946.553. De tot nu toe töegepaste werkwijzen 10 konden echter hetzij tot nu toe niet aanpassen aan de toepassing in een brander voor een stationaire gasturbine of zijn ongeschikt wegens de hieronder vermelde redenen.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een nieuw ver-brandingssysteem met twee trappen en twee manieren van werken/ voor een 15 gasturbine, waardoor over de gehele gasturbinecyclus kan worden gewerkt met vlamtemperaturen waardoor de vervuilende uitstoot belangrijk wordt verminderd tot een aanvaardbaar niveau, bij gebruik van verschillende -gasvormige en destillaatbrandstoffen.

De uitvinding zal hieronder nader worden toegelicht aan de hand 20 van de tekening, waarin twee uitvoeringsvoorbeelden van een gasturbine-brander volgens de uitvinding zijn weergegeven.

Fig. 1 is een schematische langsdoorsnede door de eerste uitvoeringsvorm.

Fig. 2 is een schematische langsdoorsnede door de tweede uitvoerings- 25 vorm.

. Fig. 3 toont schematisch drie branders volgens de uitvinding met een ontstekingssysteem voor hoge belasting.

Fig. 4 is een grafiek van de brandstoftoevoer bij de brander volgens de uitvinding als functie van de tijd.

30 De uitvinding heeft betrekking op een brander voor een stationaire gasturbine. Bijvoorbeeld een opstelling van branders en de werkwijze waarmee zij worden gebruikt voor het "bereiken van een vermindering van de Ν0χ uitstoot. In het bijzonder heeft de brander twee branderkamers welke met elkaar zijn verbonden door een vernauwde hals, afzonderlijke brandstoftoe-35 voerorganen voor elke kamer en organen voor het regelen van de brandstoftoevoer van elk brandstoftoevoerorgaan ten opzichte van de andere. Voor het geval dat de vlammen zouden uitdoven zijn de branders voorzien van een ontstekingssysteem voor hoge belasting, doordat elke eerste kamer van aangrenzende branders met elkaar zijn verbonden, evenals elke tweede kamer van 7909203 » -3- 't aangrenzende branders, door dwarsontstekingsbuizen. De brander wordt in bedrijf gesteld door eerst brandstof toe te voeren alleen in de eerste kamer en deze daarin te laten verbranden. Daarna wordt de brandstof toevoer verplaatst naar de tweede kamer totdat de verbranding in de eerste kamer 5 ophoudt, gevolgd door een opnieuw verplaatsen van de brandstof toevoer naar de eerste kamer voor mengdoeleinden, totdat de gewenste NO vermindering is

X

bereikt.

De brander 1 volgens de uitvinding, weergegeven in fig. 1 en 2, bestaat in hoofdzaak uit een eerste verbrandingszone of kamer 2, welke is 10 verbonden met een vernauwde hals of keel 3 welke op zijn beurt is verbonden met een tweede verbrandingszone of kamer 4.

De eerste verbrandingskamer 2 kan van de gebruikelijke soort voor arme verbranding zijn, waarbij gebruik wordt gemaakt van een enkel, bij voorkeur axisymmetrisch mondstuk 5 of verstuiver. De tweede branderkamer 4 15 wordt voorzien van brandstof uit een aantal brandstofmondstukken 6. In fig. 1 en 2 zijn vier radiale mondstukken symmetrisch over de branderomtrek verdeeld geplaatst, maar een willekeurig aantal mondstukken kan worden toegepast, indien dit wordt gewenst. Lucht van de niet-weergegeven gastur-binecompressor wordt toegevoerd aan de brander bij hoge druk, bijvoorbeeld 20 van 980 tot 2940 kPa. Bijvoorbeeld kan de lucht worden toegevoerd door een of meer luchttoevoerpoorten 7. De poorten 7 in de eerste branderkamer 2 zijn bij voorkeur zodanig geplaatst dat zij een recirculatie veroorzaken van de stroming, waardoor een stabiele verbranding ontstaat over een groot werkgebied. Er zijn maatregelen getroffen voor een snelle afkoeling van de 25 verbrandingsprodukten in de tweede kamer 4 met een geschikt warmteuitwisse-lingsmedium. Bijvoorbeeld kan koellucht worden toegelaten aan de kamer 4 door een aantal openingen 8. De hoeveelheid gebruikt warmteuitwisselings-medium is die welke voldoende is voor het zodanig koelen van de verbrandingsprodukten dat de mediumtemperatuur wordt verlaagd tot de gewenste gasturbine-30 ontstekingstemperatuur.

De zones 2, 3 en 4 hebben bij voorkeur een cirkelvormige dwarsdoorsnede, maar een willekeurige andere vorm van de doorsnede kan ook worden toegepast. Het constructiemateriaal kan metaal of keramisch materiaal zijn en de kamers kunnen aan het oppervlak worden gekoeld door een groot 35 aantal technieken, waaronder koeling met water, koeling met gesloten systeem, stoomfilmkoeling en de bekende luchtfilmkoeling. Als voorbeeld is een nuttige inrichting een opstelling van ringvormige rijen, schematisch aangeduide, jaloezieën langs de wanden van de kamers voor het verschaffen van luchtfilmkoeling, zoals beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.777.484, terwijl 7909203 V' f -4- een gunstige sleufkoeling is beschreven in Amerikaans octrooischrift 3.728.039.

Het is duidelijk dat de hals of keel 3 werkt als een aërodynamisch scheidingsorgaan of isolator tussen de eerste branderkamer 2 en de tweede 5 branderkamer 4. Teneinde deze functie goed te kunnen uitoefenen moet de hals 3 een geschikt verkleinde diameter hebben ten opzichte van de eerste kamer 2 en de tweede kamer 4. In het algemeen wordt een verhouding toegepast van de kleinste van de beide kamers, namelijk de eerste branderkamer 2 of de tweede branderkamer 4, namelijk de diameter daarvan tot de diameter van 10 de hals 3, van tenminste 1,2 : 1 en bij voorkeur tenminste ongeveer 1,5 : 1. Voor het vergemakkelijken van een soepele overgang tussen de eerste branderkamer 2 en de hals 3 is het meest stroomafwaartse deel 2a van de kamer 2 uitgevoerd met een gelijkmatig afnemende diameter, d.w.z. conisch. De lengte van de hals 3 is niet kritisch en daarvoor kan elke afstand worden gebruikt 15 waardoor de scheidingsfunctie en de smoorfunctie van de hals 3 worden verkregen. In het algemeen is de lengte van de eerste branderkamer 2 tenminste driemaal zo groot als die van de hals 3 en bij voorkeur tenminste ongeveer vijfmaal die van de hals 3. De tweede branderkamer 4 heeft dezelfde algemene-vorm als de eerste branderkamer 2 behalve natuurlijk dat het kegelvormige 20 overgangsdeel van deze kamer zich bevindt in het stroomopwaartse deel 4a van de kamer 4 nabij de hals 3.

Een tweede en voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is weergegeven in fig. 2, waarin dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt voor dezelfde onderdelen als in fig. 1. De inrichting volgens fig. 2 verschilt van 25 die van fig. 1 op de volgende punten. In de eerste plaats is de diameter van de nek 3 kleiner gemaakt teneinde de gemiddelde luchtsnelheid in dit gebied te vergroten, welk ontwerp doelmatiger is voor het beletten van terugslaan van de vlammen. De hoogte, d.w.z. de lengte, van het convergerende conische deel 2a is eveneens vergroot. Bij deze uitvoeringsvorm zijn de brandstof-30 mondstukken 6 verplaatst van de keel 3 naar het divergerende conische deel 4a van de tweede kamer 4 en zijn de mondstukken bovendien teruggeplaatst in mini-branderkamers of wervelkamers 9, waarin de werking van de tweede brandstofmondstukken 6 stabieler is en het minder waarschijnlijk is dat zij worden uitgeblazen tijdens het wisselen van de brandstoftoevoer, hetgeen 35 hieronder wordt beschreven.

Fig. 3 toont als voorbeeld drie met elkaar verbonden branders volgens de uitvinding. De eerste branderkamer 2 van elke brander 1 is verbonden met de eerste branderkamer 2 van de aangrenzende branders 1 door een dwarsont-stekingsbuis 10, op bekende wijze. Bovendien is elke tweede branderkamer 4 7909203 * -5- van elke brander 1 verbonden met de tweede branderkamer 4 van elke aangrenzende brander 1 door een dwarsontstekingsbuis 11. Zoals hieronder nader wordt beschreven vindt de verbranding onder vollastomstandigheden van het ontwerp van de branders slechts plaats in de tweede kamers 4 en vindt geen 5 verbranding plaats in de eerste kamers 2. Wanneer, om welke reden dan ook, één kamer wordt uitgedoofd bij deze vollastomstandigheden, kan de dwars-ontsteking bij de bekende opstelling niet plaatsvinden daar de standaard-dwarsontstekingsbuizen 10 stroomopwaarts zijn gelegen van de reaktiekamer 4 en daar de hals 3 het terugslaan van de vlakken belet. Bij de uitvoerings-10 vorm volgens fig. 3 dient het tweede stel dwarsontstekingsbuizen 11 als ontstekingssysteem bij vollast. Hoewel het de voorkeur verdient het dubbele stel dwarsontstekingsbuizen aan te brengen, d.w.z. de buizen 10 en 11, kan elk herontstekingssysteem voor volle belasting worden aangebracht bij de brander volgens de uitvinding, indien men dit wenst.

15 De werking van de branders volgens de uitvinding is grafisch weer gegeven in fig. 4. De verbranding begint door het ontsteken van een mengsel van koolwaterstofbrandstof en lucht in de eerste branderkamer 2. Dit wordt op bekende wijze verkregen met een bougie 12, welke is aangebracht nabij het brandstofmondstuk 5 in de eerste branderkamer 2. Bij als voorbeeld 20 bekende installaties zijn tien branders volgens een ring geplaatst en zijn gewoonlijk slechts twee van de branders voorzien van bougies 12, terwijl de .andere acht branders worden ontstoken door dwarsontsteking door middel van dwarsontstekingsbuizen 10.'Tijdens de ontsteking en de dwarsontsteking en ook tijdens de werking van de brander bij lage belasting voert slechts 25 het primaire brandstofmondstuk 5 brandstof toe aan de brander 1. Tot dit ogenblik vindt de verbranding in één trap en heterogeen plaats, waarbij de verbrandingskarakteristiek met turbulente vlamdiffusie optreedt van de bekende branders.

Ongeveer bij halve belasting worden de tweede brandstofmondstukken 6 30 in werking gesteld, waarbij het juiste tijdstip afhangt van stabiliteits-grenzen en de karakteristiek van de vervuilende stoffen-uitstoot van de beide wijzen van werking en de verdeling van de brandstof over de beide trappen. Door het stromen van de ontstoken brandstof van de eerste kamer 2 naar de tweede kamer 4 worden de gassen in de tweede kamer 4 ontstoken.

35 De brander werkt nu als heterogene tweetrapsbrander, hetgeen voortgaat totdat de gewenste basisbelasting is bereikt. Na een korte periode voor stabilisatie en opwarmen wordt de werking veranderd van de heterogene tweetraps-verbranding naar een homogene enkeltrapsverbranding. Deze procedure begint door het gelijktijdig vergroten van de toegevoerde brandstofhoeveelheid 79 0 92 0 3.

* Y' -6- aan de secundaire mondstukken 6 en het verminderen van de toegevoerde brand-stofhoeveelheid aan het eerste brandstofmondstuk 5, terwijl de totale brandstofstroom constant blijft. De relatieve hoeveelheden van toegevoerde brandstof aan de mondstukken 5 en 6 kan worden geregeld met een regelorgaan 13 5 voor de brandstof toevoer, dat is verbonden met het mondstuk 5 en de mondstukken 6. De verandering in de brandstofverdeling gaat voort totdat de vlammen uitdoven in de eerste branderkamer 2, hetgeen in de meeste gevallen t gebeurt wanneer alle brandstof wordt toegevoerd aan de tweede mondstukken 6...

10 Daarna wordt de brandstoftoevoer aan het mondstuk 5 opnieuw inge steld of vergroot en wordt de toevoer aan de mondstukken 6 verminderd, terwijl de totale toegevoerde brandstofhoeveelheid vrijwel constant blijft.

De brander 1 is ontworpen om geen terugslaan van de vlammen te geven bij normale werking doordat de eerste kamer 2 lang genoeg is gemaakt zodat de 15 stromingsdoorsnede soortgelijk is aan die van een volledig ontwikkelde turbulente pijpstroming, terwijl de hals 3 nauw genoeg is om de snelheid te vergroten tot een niveau waarboven de vlamsnelheid niet kan worden overwonnen. Als gevolg hiervan vermengen zich het grootste deel van de brandstof en de lucht bij wijze van voorvermenging in de eerste trap of eerste kamer 20 2 en verbranden dan homogeen in de tweede trap ofwel de tweede kamer 4.

De overschakeling van de brandstofverdeling van de tweede mondstukken 6 naar het eerste mondstuk 5 gaat door totdat het gewenste lage uitstootniveau van de vervuilding is verkregen. De gewenste niveau's worden bereikt wanneer het grootste deel van de brandstof wordt toegevoerd door het mondstuk 5 en 25 in de meeste gevallen tenminste 60% van de brandstof wordt toegevoerd door het mondstuk 5. - ·

Opgemerkt wordt dat een belangrijk kenmerk van de brander volgens de uitvinding is dat zo terugslaan van de vlammen zou optreden hierbij geèn-beschadigingen ontstaan aan de constructiedelen zoals bij branders met een 30 voormenggedeelte. Echter ontstaan dan wel veel ΝΟχ gassen en moet zodanig worden geregeld dat de overschakelprocedure opnieuw wordt uitgevoerd en * de brander weer wordt ingesteld op homogene werking.

Bij het uitschakelen van de gasturbine worden maatregelen genomen voor het opnieuw ontsteken van de eerste kamer 2 daar er slechts een kleine 35 brandstoftoevoerverhouding zonder uitdoven mogelijk is bij de homogene wijze van werken. Het opnieuw ontsteken van de eerste trap betekent dat er een terugkeer plaatsvindt naar de heterogene tweetrapsverbranding waarbij het systeem een grote brandstoftoevoerverhouding zonder uitdoven mogelijk is, waardoor de turbine langzaam tot stilstand kan worden gebracht voor het 7909203 -7- Η venninderen van ongewenste warmtespanningen.

Voor het aantonen van de vermindering in NO uitstoot,· welke met de uitvinding wordt verkregen, werkt een brander volgens de uitvinding vergeleken met een in de handel verkrijgbare bekende brander met inrichting vol-5 gens MS 700IE. De brander volgens de uitvinding had de vorm van fig. 1 en maakte gebruik van een enkel MS 700IE mondstuk met luchtverstuiving als het primaire mondstuk 5 en vier kleinere secundaire mondstukken 6 met druk-verstuiving. De gegevens werden verzameld bij ongeveer 1138°C, hetgeen het laboratoriumequivalent is met de basisbelasting (gecorrigeerd voor stralings-10 verliezen van thermokoppels). Onder deze omstandigheden vertoonde de standaard bekende brander een NO uitstoot in het laboratorium van 120 volume- x delen per miljoen, terwijl een brander volgens de uitvinding slechts een uitstoot had van 56 volumedelen per miljoen. Deze proef werd gedaan met zogenaamde "bedorven" lucht, hetgeen betekent dat de verbrandingsprodukten 15 van een direkte verhitter, bijvoorbeeld een propaanverhitter, welke wordt gebruikt voor het verhogen van de luchttemperatuur tot het juiste inlaat-niveau, worden gebruikt als het oxidatiemiddel voor de verbranding tijdens de proef. Daardoor is de ΝΟχ uitstoot lager dan zou worden verkregen met ~ niet-bedorven lucht. Gebaseerd op deze laboratoriumresultaten wordt verwacht 20 dat de werking van de brander volgens de uitvinding onder praktijkomstandigheden, d.w.z. bij gebruik in een turbine met niet bedorven lucht, met homogene werking een vergelijkbare verlaging van de NO uitstoot zal vertonen. Gemeend wordt daarom dat de branders volgens de uitvinding zullen voldoen aan de eisen van lage NO uitstoot.

x 25 Een tweede proef met het verbrandingssysteem volgens de uitvinding waarbij met twee trappen en met twee verbrandingswijzen wordt gewerkt, werd uitgevoerd, waarbij een "bedorven" luchttoevoer werd toegepast, terwijl de brandtemperatuur constant bleef op ongeveer 1132°C. Op een tijdstip gedurende de vergroting van de brandstoftoevoer aan de secundaire brandstof-30 mondstukken 6, terwijl de brandstoftoevoer door het primaire mondstuk 5 een waarde van 20% bedroeg en er verbranding plaatsvond zowel in de kamer 2 als in de kamer 4, was de ΝΟχ uitstoot ongeveer 95 volumedelen per miljoen.

Na omschakeling van de heterogene verbranding in twee trappen op de homogene verbranding, op een tijdstip waarop ongeveer 14% van de brandstof werd 35 toegevoerd via het primaire mondstuk van de eerste trap, bedroeg de NO

X

uitstoot 93,5 volumedelen per miljoen. De hoeveelheid brandstof, welke aan het primaire mondstuk 5 werd toegevoerd, werd daarna vergroot van 14% tot ongeveer 70%, waarbij de NO uitstoot bleef dalen van 93,5 tot ongeveer 49

X

volumedelen per miljoen.

7909203 4 -8- • 5 4

Een derde proef werd uitgevoerd op een wijze soortgelijk aan de eerste proef, welke hierboven is beschreven, waarbij niet bedorven lucht werd gebruikt, d.w.z. indirekt vóorverwarmde lucht zonder verbrandingsprodukten.

Bij een brandtemperatuur van ongeveer 1127°C gaf de bekende brander ongeveer 5 260 volumedelen per miljoen ΝΟχ af, terwijl de brander volgens de uitvinding, werkend op de homogene wijze, ongeveer 65 volumedelen per miljoen afgaf.

De in de beide bovengenoemde proeven gebruikte brandstof was destillaat no. 2.

fjit de bovenstaande laboratoriumproef gegevens en in het bijzonder uit die van de derde proef, waarbij niet bedorven lucht werd gebruikt, zal het 10 een deskundige duidelijk zijn dat een belangrijke verlaging ontstaat van NO uitstoot, met een faktor vier, verkregen door de brander volgens de uitvinding. Door toepassing van deze branders zal het niveau van de ΝΟχ uitstoot belangrijk worden verlaagd en voldoen aan de meeste eisen voor de NO. uitstoot, x 15 Daar nu de uitvoeringsvormen van de brander volgens de uitvinding en de werking daarvan zijn beschreven, zal een deskundige beter kunnen begrijpen in welke opzichten de uitvinding verschilt van de stand van de techniek in de bovengenoemde octrooischriften. In het bijzonder beschrijft het Amerikaanse octrooischrift 3.946.533 een brander met twee trappen en 20 een aantal brands tof mondstukken, voor regeling van de uitstoot. De brandstof en de lucht worden echter buiten de voeringwand van de brander gemengd, hetgeen een verschil is met de uitvinding. Verder zijn er met de brander volgens de uitvinding sommige omstandigheden waarin de reaktie plaatsvindt op heterogene wijze in onvoorgemengde toestand, d.w.z. tijdens het starten, 25 bij gedeeltelijke belasting en gedurende overgangsperioden van de basisbelasting, welke wijze van werken niet mogelijk is. met de brander van het genoemde octrooischrift. De werkingen van de brander volgens de uitvinding vergemakkelijken een grote verhouding van de mogelijke brandstoftoevoer-hoeveelheden zonder dat de verbranding dooft, een goede ontsteking en dwars-30 ontsteking, evenals vlamstabiliteit, hetgeen essentiële kenmerken zijn voor een praktisch ontwerp. Verder wordt de overschakeling van de heterogene op de homogene werking volgens de uitvinding verkregen door het wijzigen van de brandstofverdeling over de mondstukken van de eerste en de tweede trap, welk kenmerk niet in dit octrooischrift is beschreven.

35 De Amerikaanse octrooischriften 3.958.413 en 3.958.416 hebben be trekking op tweetrapsbranders, waarbij de trappen van elkaar zijn gescheiden door een convergerend-divergerend keelgedeelte. Ook wordt de eerste trap volgens deze beide octrooischriften op sommige ogenblikken gedurende de cyclus gebruikt als een kamer waarin verbranding plaatsvindt en op andere 7909203 -9- *1 % tijden in de cyclus als een kamer waarin de voormenging plaatsvindt. Daardoor veroorzaakt het terugslaan van de vlammen geen beschadiging van de onderdelen/ zoals wel het geval is bij de brander volgens Amerikaans octrooi-schrift 3.946.533. Het octrooischrift 3.958.413 schijnt verder een variabele 5 grootte van de luchtinlaat te beschrijven, voor het wijzigen van de luchtverdeling over de trappen, voor het verkrijgen van de overgang van de heterogene verbranding in de eerste trap of in de eerste en de tweede trap naa-r de homogene verbranding slechts in de tweede trap. In tegenstelling daarmee wordt volgens de uitvinding wijziging van de brandstofverdeling over 10 de trappen toegepast, met behulp van een aantal brandstofmondstukken in plaats van variabele grootte van de opening daarvan, en door verandering van de brandstofverdeling in plaats van verandering van de luchtverdeling.

·* 790920?

Claims (12)

1. Werkwijze voor het doen werken van een gasturbinebrander zodanig dat een lage NO uitstoot ontstaat, welke brander bestaat uit een eerste en een tweede branderkamer welke met elkaar zijn verbonden door een hals, waarbij de eerste kamer eerste brandstoftoevoerorganen heeft en tenminste 5 de hals of de tweede kamer zijn voorzien van tweede brandstoftoevoerorganen, welke werkwijze is gekenmerkt door de achtereenvolgende stappen van ê a) het continu toevoeren van brandstof aan de eerste kamer door de eerste brandstoftoevoerorganen en het doen branden van de brandstof in deze kamer; 10 b) het beginnen van de brandstoftoevoer aan de tweede kamer door de tweede brandstoftoevoerorganen en het vergroten van de toegevoerde brand-stofhoeveelheid per tijdseenheid totdat de brandstoftoevoer door alle brandstoftoevoerorganen ongeveer de gewenste hoeveelheid per tijdseenheid bedraagt, waarbij de brandstof in de tweede kamer begint te ontsteken als 15 gevolg van de doorgang van verbrandingsprodukten van de eerste naar de tweede kamer; c) het verminderen van de brandstoftoevoer door de eerste brandstoftoevoerorganen en het overeenkomstig vergroten van de brandstoftoevoer door de tweede brandstoftoevoerorganen, zodanig dat de totale brandstoftoevoer 20 vrijwel constant blijft totdat tenminste de verbranding van brandstof in de eerste kamer ophoudt; en d) het vergroten van de brandstoftoevoer door de eerste brandstoftoevoerorganen en het overeenkomstig verkleinen van de brandstoftoevoer door de tweede brandstoftoevoerorganen, zodanig dat de totale brandstoftoevoer 25 ongeveer constant blijft totdat het gewenste niveau van de NO uitstoot uit de brander is verkregen.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de brandstoftoevoer door de eerste brandstoftoevoerorganen in stap c) wordt verminderd totdat alle brandstoftoevoer plaatsvindt via de tweede brandstoftoevoer- 30 organen.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk dat de brandstof-verdeling aan het einde van stap d) zodanig is dat het grootste deel van de brandstof wordt toegevoerd via de eerste brandstoftoevoerorganen.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de brandstof- 35 verdeling aan het einde van stap d) zodanig is dat tenminste 60% van de totale brandstoftoevoer plaatsvindt via de eerste brandstoftoevoerorganen.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de brandstof-verdeling aan het einde van stap d) zodanig is dat het grootste deel van 7909203 -11- . V V de brandstof wordt toegevoerd via de eerste brandstoftbevoerorganen.

6. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de eerste brandstof toevoerorganen bestaan uit een axisymmetrisch brandstofmondstuk, terwijl de tweede brandstoftoevoerorganen bestaan uit een aantal symmetrisch-.aange- 5 brachte brandstofmondstukken.

7. Brander voor een stationaire gasturbine waarmee de Ν0χ uitstoot bij het verbranden van een koolwaterstoffenbrandstof kan worden verminderd, welke brander is gekenmerkt door een eerste branderkamer, eerste brandstoftoevoerorganen ingericht voor brandstoftoevoer aan de eerste kamer, door 10 organen voor de toevoer van samengeperste lucht aan de eerste kamer, door een hals of keel, verbonden met de eerste kamer en met een kleiner dwars-doorsnedeoppervlak dan de eerste kamer, door een tweede branderkamer, verbonden met de hals en met een dwarsdoorsnedeoppervlak dat groter is dan dat van de hals, door organen voor de toevoer van samengeperste lucht aan 15 de tweede kamer door tweede brandstoftoevoerorganen, ingericht voor de toevoer van brandstof aan tenminste of de hals of de tweede kamer, door organen voor de toevoer van een koelende hoeveelheid van een warmteuit-wisselingsmedium aan de tweede kamer stroomafwaarts van de organen voor de toevoer van samengeperste lucht aan de tweede kamer, en de organen voor het 20 wijzigen van de relatieve brandstoftoevoerhoeveelheden welke worden toegevoerd door de eerste en de tweede brandstoftoevoerorganen.

8. Brander volgens conclusie 7, met het kenmerk dat de eerste brandstoftoevoerorganen bestaan uit een enkel axisymmetrisch brandstofmondstuk, terwijl de tweede brandstoftoevoerorganen bestaan uit een aantal symmetrisch 25 geplaatste brandstofmondstukken.

9. Brander volgens conclusie 8, met het kenmerk dat elk van de mondstukken van de tweede brandstoftoevoerorganen zijn ingericht voor brandstof toevoer aan een derde branderkamer, welke is voorzien van organen voor de toevoer van samengeperste lucht daarin, welke derde branderkamer 30 zodanig is geplaatst dat deze de brandstof en de lucht daarin overvoeren naar de tweede branderkamer. *

10. Brander volgens conclusie 9, met het kenmerk dat de eerste, tweede en derde branderkamers en de hals elk een cirkelvormige dwarsdoorsnede . hebben.

11. Branderinrichting voor een stationaire gasturbine, bestaande uit een aantal aan elkaar grenzende branders, die elk een eerste en een tweede branderkamer hebben, welke door een hals met elkaar zijn verbonden, met het kenmerk dat tenminste één brander is voorzien van organen voor het ontsteken van een brandstof in de eerste kamer daarvan, waarbij een aantal 7909203 -12- * r 4 eerste dwarsontstekingsbuizen zijn aangebracht die elk de eerste kamer van één brander verbinden met de eerste kamer van een aangrenzende brander, terwijl een aantal tweede dwarsontstekingsbuizen zijn aangebracht, die elk de tweede kamer van een brander verbinden met de tweede kamer van een aan-5 grenzende brander.

12. Branderinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk dat de inrichting tien branders omvat, die aan elkaar grenzend zijn aangebracht. ♦ 7909203