NO151844B - Seksjonsoppbygget brennkammer for forbrenning av brenngass med lav brennverdi - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår brennkamre og mer spesielt brennkamre for forbrenning av brenngass med lav brennverdi, slik som kullgass, i en høytemperatur gassturbin.

Usikkerheter med hensyn til omkostninger og tilgang

på petroleum og naturgass sammenkoblet med rikelig tilgang på kull i land som USA, har resultert i interesse for bruk av brenngasser med lav brennverdi derivert fra kull til bruk i gassturbiner. En spesiell anvendelse av kullgass med lav brennverdi, dvs. kullgass med brennverdier på tilnærmet 5815 kJ/kg i forhold til omkring 52335 kJ/kg for naturgass, er i et system hvor et forgassingsanlegg for kull er integrert med en apparatkrets med en kombinert gassturbin og dampturbin for fremstilling av elektrisk kraft for grunnbelastning.

Et brennkammer for en gassturbin for det ovenfor beskrevne system eller for enhver gassturbin som drives med brenngass med lav brennverdi må tilfredsstille flere krav. For å oppnå høy prosesseffektivitet må brennkammeret for kullgass med lav brennverdi være operativ ved høye brenntemperaturer, og spesielt ved temperaturer nærmere de maksimale flammetemperaturer som kan oppnås for brennstoffet enn brennkamre som drives med brennstoffer med høy brennverdi. Brennkammeret for kullgass må også gi plass for et forhold brennstoff/luft som er flere ganger større enn ved brennkamre som benytter konvensjonelle brenngasser, som naturgass, og bør omfatte innretninger som sikrer grundig blanding av kullgass og luft, da det for en gitt ønsket brennkammer-utgangstemperatur kan benyttes mindre tynningsluft for å styre utgangstemperaturen for brennkammerets profiler enn det som kan oppnås ved brennkamre som drives med brennstoffer med høy brennverdi. I tillegg bør kullgassbrenn-kammeret, som ved brennkamre ved andre gassturbiner, ha et minimalt varmetap og kjølebehov, gode flammebetingelser og stabilitetskarakteristikker, lav utstråling og være enkle å fremstille og vedlikeholde.

Følgelig er det et formål med oppfinnelsen å tilveiebringe et brennkammer som er i stand til å forbrenne brenngass med lav brennverdi som sitt primære brennstoff.

En ytterligere hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe et effektivt brennkammer for kullgass med lav brennverdi for en gassturbin som er i stand til å levere forbrenningsprodukter til et turbinmunnstykke ved temperaturer på 1427^ C eller høyere.

Enda en hensikt med oppfinnelsen er å tilveiebringe

et brennkammer som i tillegg til å tilfredstille de oven-nevnte krav er fullt ut luftkjølt, slik at det ikke er behov for tilførsel av kjølemiddel utenfra og at det er kom-pakt og enkelt å vedlikeholde.

Disse og andre mål oppnås med brennkammeret ifølge oppfinnelsen ved de i kravenes karakteriserende deler def-inerte trekk. Det ringsektorformede

brennkammer ifølge oppfinnelsen har ikke behov for noen overgangsseksjon mellom brennkammeret og en turbin, har vegger som er fullstendig luftkjølt og en geometri som ikke separerer strømningene og er operativ med høy effektivitet ved brenntemperaturer opp til 164 9° C.

Oppfinnelsen vil forstås bedre av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor fig. 1 er et sideriss av en del av en gassturbin med bortskårne deler for å vise ett av forbrenningskamrene i.henhold til en foretrukken utførelse av oppfinnelsen, fig. 2 er et grunnriss av brennkammeret på fig. 1, fig. 3 er et delsnitt av brennkammeret etter linjen 3 - 3 på fig. 2, fig. 4 er et langsgående tverrsnitt av brennkammeret etter linjen 4 - 4 på fig. 2, fig. 5 er et perspektivriss av brennkammeret med deler fjernet for å anskueliggjøre detaljer av brennstoff- og lufttilførsels-systemene og omfatter også en perspektivtegning av en foringsvegg og platestøtte, fig. 6 er et lengdesnitt av en del av foringsveggen og trykkmantelen og viser monteringsdetaljer og illustrerer kjølemiddelets og forbrenningens strømningsretninger, fig. 7 er et perspektivriss av en del av en modifisert foringsvegg, fig. 8 er et enderiss av den modifiserte foringsvegg på fig. 7 og viser anordningen av platen i en modifisert ytre mantel i brennkammeret ved hjelp av vulstformede plateholdere, fig. 9 viser et snitt av en del av en foringsvegg og viser en kjent utformning av kjølingen og en hinnekjøling anordnet i henhold til den foreliggende oppfinnelse, fig. 10 er et tverrsnitt som viser detaljer av brennstoff- og lufttilførselssystemet for brennkammeret etter linjen 10 - 10 på fig. 4, fig. 11 er et tverrsnitt av et modifisert brennstoff- og brennlufttilførsels-system hvor flere munnstykker er satt sammen for å kunne erstatte det enkelte munnstykke på fig. 10, og fig. 12 er et tverrsnitt av et brennstoff- og lufttilførselssystem tilsvarende det på fig. 10, bortsett fra at det omfatter en lufthvirvelskovl i tillegg.

Fig. 1 viser en del av en gassturbin 20 som omfatter en brenner ifølge oppfinnelsen." Gassturbinen 20 har et typisk sirkulært tverrsnitt og har en sentralakse 22 langs hvilken en kompressor 26, en brenner 28 og en turbin 30 er anordnet og omsluttet av et turbinhus 24. Under gassturbinens 20 drift for-brenner brenneren 28 brennstoff med høytrykksluft fra kompressoren 26, idet energi tilføres, og en del av energien fra de varme gasser som forlater brenneren 28 slynges dermed ut ved passering gjennom turbinen 30, som driver kompressoren 26 og en hensiktsmessig belastning (ikke vist) som f.eks. en elektrisk generator.

Ved en foretrukken utførelse av oppfinnelsen omfatter brenneren 28 et antall brennkamre,som kammeret 32,anordnet rundt aksen 22 og plasert aksialt umiddelbart foran turbinmunnstykket 34 for første trinn. En primær bærende støtte for brenneren 32 er fremskaffet ved dens bakre ende ved en flensforbindelse 36 med bolter til turbinmunnstykkets ytre vegg 38 og ved dens fremre ende ved brennstoffrøret 40.

Brennkammeret 32 er vist mer detaljert på fig. 2-5, som viser tre lengder.iss av en foretrukken utførelse av oppfinnelsen. Som vist på grunn- eller siderisset av et brennkammer vist på fig. 2 omfatter brennkammeret 32 en ytre mantel 42 i en korrugert utformning som tjener til å bære nær all trykkbelastning under drift, og en indre foringsvegg 44 (stiplet)

som tjener til å bære praktisk talt alle de termiske gradienter i forbindelse med forbrenningen. Denne utformning med dobbelt vegg adskiller effektivt spenninger på grunn av termiske gradienter fra spenninger på grunn av trykkbelastning, hvorved ut-matningsproblemer unngåsy noe som normalt er en begrensende faktor ved utformning av høytemperaturbrennere. Fig. 2 viser også brennstoff- og brennlufttilførselssystemet som er anordnet nær den fremre ende 46 av brennkammeret 32 og vist (stiplet)

i hovedsak ved 48, og rekker av hull 50 og 51 henholdsvis for primær- og sekundær blandingsluft og hull 52 for kjøleluft i mantelen 42.

Brennkammerets 32 tverrsnittsform, som vist på fig. 3, et snitt langs linjen 3 - 3 på fig. 2, er tilnærmet lik en sektorformet del av en ring av en sirkel som er sentrert i gassturbinens 20 akse 22. Den ringsektorformede utformning inn-snevres fra en tilnærmet kvadratisk form nær brennkammerets 32 fremre ende 46, til en ringsektor tilnærmet 1/n av turbinmunnstykkets 34 totale ring i første trinn ved.kammerets bakre ende 54, hvor n er det totale antall brennkamre. Denne enestående ringsektorformede brenner eliminerer behovet for overgangsseksjoner mellom brenneren 28 og turbinen 30, slik behovet er ved konvensjonelle brennkamre av sirkulær eller boksformet type. Dette igjen tillater en kortere gassturbin og forenkler også kjølebehovet da den spesielle form av over-gangsseks jonene ved forandring fra et sirkulært eller multi-sirkulært tverrsnitt til et ringformet tverrsnitt sammenkoblet med en ønsket driftstemperatur-spiss i brenneren på omkring 1649° C ville kreve vannkjøling av overgangsseksjonen, noe som ville forøke kompleksiteten og nedsette ytelsen. Ringsektor-formens enkelhet sammenlignet med formen av en brenner av sirkulær eller boksformet type pluss overgangsseksjonen forenkler også analysen av problemene med strømningsseparasjon og utvelgelse av en ønsket liten vinkeldifferanse mellom foringsveggen 24 i forhold til brennkammerets akse 56 (fig. 2), slik at strømnings-separasjonen og de resulterende sykliske termiske spenninger og hastighetstap utelukkes.

Den dobbeltveggede konstruksjon og brennstoff- og luftstrømningsanordningene for brennkammeret 32 er vist på fig. 4 og 5, som er henholdsvis side- og perspektivriss av brennkammeret 32. Den korrugerte ytre mantel 42, fortrinnsvis fremstilt i høyfast-hets nikkelbasert legering av vanlig tilgjengelig handels-

kvalitet, slik som Inconel 718, sikrer den mekaniske støtte for foringsveggen 44 og støtter også i det vesentlige all trykkbelastning under brennerens 28 drift. Den korrugerte konstruksjon av mantelen 42 gir stor stivhet (vurdert til 40 ganger stivheten for en typisk plate av sammenlignbar tykkelse) for kontroll av bukking og vibrasjonsspenninger og danner også et spor-og kant^ arrangement i mantelen 42 som, slik det er vist mer detaljert på fig. 6, holder veggoppstøttingen slik som støtten 58 som holder foringsveggen 44. Ved hjelp av kjølearrangementer som skal beskrives i det følgende, er mantelen 42 operativ ved temperaturer 260 - 316° C lavere enn foringsveggen 44 når brennstoff med lav brennverdi forbrennes og med neglisjerbare termiske gradienter mellom de indre og ytre overflater.

I mantelen 42 og adskilt og oppstøttet derfra av platestøttene 58 befinner foringsveggen 44 seg som består av et antall med overlappende foringsplater, slik som platen 60,

vist på den uttegnede del av fig. 5. Som vist på fig. 3 har foringsveggen 44,sett i tverrsnitt, et segmentformet utseende på grunn av sammenlåsingen av kantene av de foringsplater som ligger an mot hverandre slik som platene 60A og 60B. Som vist på siderisset på fig. 4 overlapper de fremre og de bakre ender av hosstående plater, slik som platene 60C og 60D, hverandre tilsvarende taksten-eller teleskopform. Under drift av gassturbinen 20 opptar foringsveggen 44 praktisk talt alle termiske gradienter som overføres til brennkammeret 32 på grunn av forbrenningen i brennsonen 62 i veggen 44 og kjølingen av brenner-komponentene. Følgelig er foringsveggens 44 plater fortrinnsvis fremstilt av en høytemperatur nikkelbasert legering, slik som Udimet 500 eller en kobolt-basert legering, slik som MAR-M509,

begge lett tilgjengelige handelsvarer.

Den enestående anordning for oppstøtting av foringsveggen 44 fra den ytre mantel 42 illustreres på fig. 3-6. Som vist på fig. 5 og 6 har hver foringsplate, slik som platen 60, fast montert dertil et antall platestøtter, slik som støtten 58, som er plasert i samme avstand og innrettet tilnærmelsesvis parallelt med kjølemiddelstrømmens ' retning i kjølmiddelkanalen 63

som er definert mellom den ytre mantel 42 og foringsveggen 44. Platestøtten 58 omfatter en langstrakt ribbedel 64 med en hake

6 6 på dens bakre ende og en holdestøtte 6 8 på dens fremre ende. Som best vist på fig. 6 er haken 66 innrettet til å passe inn

i sporet 70 som er utformet i den korrugerte mantel 42 og til å gripe inn i kanten 72 av mantelen 42. Haken 66 holdes i sporet 70 ved kontakt med holdesegmentet 73, et ringformet holde-segment med sirkuært tverrsnitt som innsettes i sporet 70 etter at haken 66 er anordnet. Holdesegmentet 73 støttes i sin tur i sporet 70 av holdestøtten 74 på den platestøtte 75 som er anordnet bakenfor. Ribbeseksjonen 64 i tillegg til haken 66 og holdestøtten 68 tilfører stivhet og overflateareal som kan kjøles til foringsplaten 60, noe som reduserer temperaturspisser i platene, temperaturgradienter og spenninger i tillegg til å lede kjølemiddelstrømmen i kanalen 63.

En alternativ utformning som vises på fig. 7 og 8 har en foringsvegg 76 som omfatter deri utformede integrerte finner 77 av hvilke noen har vulstformede platestøtter 78 som sikrer oppstøtting av foringsveggen 76 uten bruk av separate holdere, slik som holdesegmentet 73 ved konstruksjonen ifølge fig. 6.

Som vist på fig. 8, hvor foringsveggen 76 er vist installert i sporet 79 i den ytre mantel 80, er sporet 79 utformet noe større enn platestøtten 78 for å tillate.termisk utvidelse og hovedsakelig forløpe parallelt med strømmen av kjøleluften i motsatt retning heller enn perpendikulært dertil, slik som et typisk spor 70 gjør som er definert av den ytre mantel 42 på

fig. 1-6.

Både konvektive og hinnekjølingssystemer er benyttet for å overvåke temperaturene på brennerkomponenter, og kjøle-arrangementene er av stor betydning med hensyn til å oppnå

høy forbrenning og prosesseffektivitet og brenntemperaturer relativt tett ved den adiabatiske støkiometriske temperatur-grense for kullgass med lav brennverdi som benyttes som brennerens primærbrennstoff. Som beskrevet ovenfor defineres mellom den ytre mantel 42 og foringsveggen 44 en kjølemiddelkanal 63 hvortil

kjøleluft fra kompressoren 26 (fig. 1) tilføres gjennom kjøleluft-hullene 52 i den ytre mantel 42 nær brennkammerets 32 bakre ende. Under gassturbinens 20 drift (nå i henhold til fig. 4) opptar kjølemiddelkanalen 6 3 en strøm av luft langs hele foringsveggen 44 i motsatt eller reversert strømning i forhold til strømnings-retningen i brennsonen 62, og den motsatt rettede strømning kjøler konvektivt foringsveggens 44 ytre overflate samt mantelens 42 indre overflate. (Varmeoverføringens effektivitet forøkes av kjølemiddelstrømmens retning da den kaldeste luft får kontakt med den varmeste del (bakre ende) av platen for hver foringsplate). Hver foringsplate, slik som platen 60 på fig. 5, omfatter spor 81 for hinnekjøling i kanten 82 som er anordnet nær dens bakre ende, slik at den motsatt rettede luftstrøm strømmer langs foringsveggens 44 ytre overflate, en del derav dreies 180° og passerer gjennom sporene 81 nær den del med overlapping av den hosliggende plates bakre ende og strømmer deretter langs den indre (varm gass) overflate av platens bakre ende for å

oppnå hinnekjøling derav. Nær brennkammerets 32 fremre ende 46 omfatter kanalen 83 som er anordnet til den ytre mantel 42

ved en flensforbindelse 84, en U-formet del som definerer sammen med hvirveltrommelen 85 en U-formet del av kanalen 63 for å dreie den resterende motsatt rettede luft 180° og lede luft,

nå forvarmet, gjennom hvirvelskovlen 86 med forvarmet luft og inn i brennsonen 62.

Denne kombinasjon av konvektiv og hinnekjøling sikrer høy effektivitet fordi alt kjølemiddel tilføres brennsonen og tilbakefører dermed praktisk talt hele varmetapet i foringsveggen 44 til brennsonen. Videre, da luften som tilføres brennsonen 62 gjennom hvirvelskovlen 86 er forvarmet i dens motstrøms-strømning over foringsveggen 44, er blanding av brennstoff og luft og tenning forhøyet, flammegrensene er utvidet, forbrennings-stabiliteten er forbedret og tiden for reaksjonsgjennomføringen er nedsatt.

Sporene 81 for hinnekjølingen sikrer et enestående arrangement for å lede luft fra kjølemiddelkanalen 63 langs kanten 82 i et ubrutt lag av hinnekjøling av den indre overflate av den hosliggende etterfølgende foringsveggplate. Sporene 81 reduserer de store termiske gradienter og de derav følgende høye spenninger som oppstår i brennkammeret med voldsom kjøling av kjent type (fig. 9). Ved disse utformninger av kjent art kan det oppstå overkjøling av kanten på det sted hvor kjølemiddelet treffer (punkt A), hvilket kan resultere i en lokal krølling og deformasjon av kanten. Mellomstykker, innskjæringer og andre mekanismer som er festet til kanten for å avhjelpe dette problem avbryter kjølemiddelstrømmen og nedsetter totaleffekten. Ved sammenligning gir sporene 81 i den foreliggende oppfinnelse lavere varmeoverføringskoeffisienter og dermed reduserte temperaturgradienter på grunn av den jevne ubrutte strøm i kantens område, men opprettholder hensiktsmessig resterende varmestrøm på platen (og unngår derved ekstreme temperaturer på kanten) ved å skaffe

en lokal forhøyelse av overflatearealet i kantområdet på hver foringsvegg. Sporene 81 forbedrer også den konvektive varmeover-gang mellom den motsatt rettede strømning i kanalen 6 3 og den ytre overflate på foringsplatene ved å vaske av fra platene i et område nær sporene 81 et grenseskikt som ellers ville avskjerme platene fra effektiv kjøling.

For å levere brennstoff for forbrenning i brennsonen

62 omfatter brennkammeret 32 i den foretrukne utførelse, som vist på fig. 1 - 5, et enkelt brennstoffrør 40, fortrinnsvis med sirkulært tverrsnitt og konsentrisk anordnet til kammerets kkse 56. Brennstoffrøret 40 er innrettet til å tilføre kullgass med lav brennverdi til brennsonen 62 og også til å oppstøtte den fremre ende av kammeret 32 mot radiale og transversale krefter mens den tillater en ubegrenset aksial bevegelse på grunn av de termiske effekter (dvs. bevegelse i en retning parallelt med brennkammerets akse 56). Som best vist på fig. 4 og 5 er det innsatt i brennstoffrøret 40 og også konsentrisk til kammerets akse 56 et munnstykke 88 for flytende brennstoff. Munnstykket kan opprettholde en strøm av flytende brennstoff slik som forbrenningsolje nr. 2 til brennsonen 62 under oppstarting og drift av gassturbinen 20 med lav belastning. En hvirvelskovl 90 for kullgass er montert på munnstykket 88 for flytende brennstoff og inneholder en anordning slik som hvirvelskovler 92 for å gi kullgassen en hvirvel for å forøke blandingen og forbrenningen av kullgass og luft. For å oppnå en adekvat tilførsel av opp-hvirvlet brennluft til brennsonen 62 er den U-formede del av kanalen 83 trukket ut i avstand fra brennstoffrøret 4 0 for å definere en primærluftkanal 94 derimellom, og en primærluft-hvirvelskovl 96 er også anordnet mellom brennstoffrøret 40 og den U-formede del av kanalen.

Et tverrsnitt av brennstoff- og brennlufttilførsels-systemet i brennkammeret 32 er tatt langs linjen 10 - 10 på

fig. 4 og vist på fig. 10. For å oppnå god blanding av kullgass og luft og allikevel unngå viskositetstap fra blandingen med motsatt roterende luftlag, er hvirvelskovlene 86 for forvarmet luft og hvirvelskovlene 96 for primærluft innrettet til å frem-bringe lufthvirvler i samme retning, men i motsatt retning til hvirvlene som påføres kullgassen fra hvirvelskovlene 90 for kullgass. Et modifisert system er vist på fig. 11, hvor fem munnstykkeanordninger er benyttet i stedet for en enkelt munnstykke-anordning 98 ifølge fig. 10. Dette tillater med omkostningene for noe tilleggskompleksitet^ bruk av hvirveltromler av mindre diameter enn den heller store hvirveltrommel 85 ved utformningen av en enkel munnstykkesamling, noe som reduserer risikoen for en potensiell ødeleggelse av den forbrenningsdrevne trykkpulsering. Som vist på fig. 11 omfatter den sentrale munnstykkesammensetning 102 i hvirveltrommelen 104 en hvirvelskovl 106 for kullgass,

en hvirvelskovl 108 for primærluft og et munnstykke 110 for flytende brennstoff. For enkelhets skyld er ingen foran-staltninger gjort for å føre forvarmet luft gjennom ansamlingen 102 av munnstykker. De fire tilpassede ytre munnstykksammen-setninger, slik som sammensetningen 112 omfatter hver en hvirveltrommel 114 og i ringer med avtagende radius hvirvelskovler 116 for forvarmet luft, hvirvelskovler 118 for primærluft og hvirvelskovler 120 for kullgass.

Anordningen av hvirvelskovler 106 for kullgass nær utsiden av den sentrale munnstykkesammensetning 102 og hvirvelskovlen 120 for kullgass nær senteret for den ytre munnstykkesammensetning 112 forhindrer at man har et skikt av kullgass nær foringsveggen 4 2 under drift, og sikrer også effektiv blanding av kullgass og luft. da,under påvirkning fra de respek-tive hvirvelskovler, kullgassen bare avskjæres av luft og dermed benyttes bevegelsesutskiftningen av væske primært til blanding av brennstoff og luft, ikke til blanding av brennstoff med brennstoff. Anordningen av hvirvelskovlen 108 for primærluft i den sentrale munnstykkesammensetning 102 mellom munnstykket 110 for flytende brennstoff og hvirvelskovlen 106 for kullgass er også viktig for å oppnå en jevn overgang fra drift med lav belastning hvor det flytende brennstoff forbrennes alene til drift med høyere belastning (dvs. over 20% av beregnet topp-belastning), hvor bare kullgass forbrennes. Dette er tilfelle på grunn av at det under overgangsperioden tilføres både flytende brennstoff og kullgass gjennom den sentrale munnstykke-sammenstilling 102 og ..medmindre luft tilføres mellom disse brennstoffer kan flammen slukke på grunn av manglende oxygen.

Av samme grunn kan utformningen av munnstykkesammensetningen

på fig. 10 modifiseres for å oppnå, som vist på fig. 12, en ring med hvirvelskovler 122 og hvirvelskovler 124 for primærluft i tillegg,mellom munnstykket 88 for flytende brennstoff og hvirvelskovlen 126 for kullgass.

Brennkammerets 32 drift kan enkelt forstås fra den etterfølgende beskrivelse i forbindelse med fig. 1 og 4. Ved oppstarting og drift ved lav belastning (dvs. ved mindre enn 20% av beregnet belastning) tilføres flytende brennstoff slik som -fyringsolje nr. 2, til brennsonen 62 gjennom munnstykket 88 for flytende brennstoff. Høytrykksluft kommer inn fra kompressoren 26 til brennkammeret 32 gjennom hvirvel-

skovlen 94 for primærluft, gjennom hullene 52 for luftkjøling nær den ytre mantels 42 bakre ende og fortrinnsvis også gjennom hvirvelskovlen 90 for kullgass (ved lav belastning tilføres ingen kullgass gjennom brennstoffrøret 40 for å oppnå stabilitet og fordi en tilstrekkelig tilførsel av kullgass av høy kvalitet kan være utilgjengelig dersom gassturbinen 20 er del av et integrert forgassings- og gassturbin/dampturbin-system. Når belastningen forøkes f.eks. over 20% av beregnet belastning tilføres kullgass gjennom brennstoffrøret 40 i stedet for luft og strømmen av flytende brennstoff reduseres gradvis til null). Kjøleluft som kommer inn gjennom hullene 52 strømmer langs kjølemiddelkanalen 63 mellom den ytre mantel 42 og foringsveggen 44 i motsatt retning for å strømme inn i brennsonen 62, kjøler denne og forvarmes selv i sin tur. En del av kjøle-luften, f.eks. en total mengde svarende til 2/3 av totalen,

dreies 180° og passerer gjennom sporene 81 for hinnekjøling (fig. 5 og 6) nær den bakre ende av hver foringsplate, slik som platen 60, og danner en kjølehinne på den varme indre overflate av foringsplatene. Den resterende motsatt strømmende kjøleluft i kanalen 63 dreies 180° i kanalen 83 nær brennkammerets fremre ende 46 og passerer gjennom hvirvelskovlen 86 for forvarmet luft inn i brennsonen 62. Når blandingen av hvirvlende luft og brennstoff brenner i brennsonen 62 og strømmer mot brennkammerets bakre ende 54, strømmer primær og sekundær uttynningsluft i brennsonen 62 gjennom hullene 50

og 51 henholdsvis, fortynningsluften hjelper til å kontrollere forbrenningsmengden og temperaturprofilen ved utgangen fra brennkammeret og suger også opp en del av hinnekjølingsluften slik at den både kjøler som en hinne og trer inn i forbrennings-reaksjonen. Etter at forbrenningsproduktene når ned til kammerets 32 bakre ende og oppnår den beregnede belastningstemperatur på 1427 - 1649° C vil disse strømme gjennom turbinen 30 hvor energien trekkes ut derav for å.drive kompressoren 26 og en hensiktsmessig belastning. På grunn av at tidsperioden med høy temperatur er minimert og den støkiometriske flamme-temperatur for kullgass med lav brennverdi er meget lavere enn for naturgass med høy brennverdi eller flytende brennstoff, inneholder disse forbrenningsprodukter små mengder av "termisk N0X" i dvs. oxyder med nitrogen dannet av nitrogen i forbrennings-luften, men noe høyere nivå av NO^ fra omdannelsen av nitrogen bundet til brennstoff dersom merkbare mengder av ammoniakk finnes i kullgassen.

Som sammendrag er en brenner fyrt med kullgass med

lav brennverdi for en høytemperatur gassturbin beskrevet, som omfatter separat uttagbare brennkamre med den følgende kombinasjon av enestående trekk: Ringsektorformet for å omfatte forbrenningsprosessen uten å nødvendiggjøre en overgangsseksjon i turbinens fremre del, idet den muliggjør et enkelt kjølearrangement og en kort, enkelt opplagret rotor og unngår separasjon av strømningen,

dobbeltvegget konstruksjon for å adskille trykkspenning-er fra termiske spenninger,

brennkammer og kjølesystem-arrangement som tillater

en brenner som er fullt ut luftkjølt uten ekstern tilførsel av kjølemiddel,

reversert konvektiv kjølemiddelstrøm mellom de indre

og ytre vegger med innføring av alt kjølemiddel til brennsonen, dermed tilbakeføring av praktisk talt alt varmetap til forbrenningsprosessen, noe som gjør den til en høyeffektiv,hovedsakelig adiabatisk prosess,

korrugert ytre mantel for å oppnå høy styrke og mulig-gjøre oppstøtting av foringsplater,

forvarming av en del av det reaktive oxydasjonsmiddel

ved strømningsmessig forbindelse av kjølemiddelkanalen for reversert strømning til brennkammerets fremre ende og dermed forøkning av tenning, flammegrensene og stabiliteten og senkning av reaksjonstiden,

foringsplater med spor for hinnekjøling som utelukker høye lokale termiske spenninger på kanten og forbedrer avvaskning av grenselag under hinnekjøling av den innvendige foringsplates overflater, og

ribbeformede foringsplatestøtter som senker plate-temperaturene og avstiver platene.

Claims (5)

1. Brennkammer for forbrenning av brenngass med lav brennverdi,i en gassturbin, KARAKTERISERT VED at den omfatter en ytre mantel (42) , en foringsvegg (44) bestående av flere foringsplater som hver har en oppstrømsende som under-støttes overlappende mot den nedstrøms ende av den tilstøt-ende foringsplate, hvor foringsveggen (44) er anordnet koak-sialt i mantelen og har en ytre flate og en indre flate, hvor mantelen og foringsveggen har et tverrsnitt som i det vesentlige tilsvarer en ringformet sektor av gassturbinen, at foringsveggen på innsiden danner en brennsone og at en kjøle-kanal videre er dannet mellom foringsveggen og mantelen, innrettet til å oppta en luftstrøm under brennkammerets drift, i motsatt retning til strømmen i brennsonen, for kjøling av foringsveggens utside, og at foringsveggen har en festeanordning for å holde foringsveggen fra mantelen.

2. Brennkammer ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at foringsveggens nedstrøms ende omfatter spor for hinnekjøling for å tillate en del av den motsatt rettede luftstrøm å vende omtrent 180° og passere gjennom foringsveggen nær overlappings-området for å oppnå en hinnekjøling av foringsveggens (44) indre flate.

3. Brennkammer ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den ytre mantel (42) er en korrugert konstruktjon som innen-for mantelen (42), overfor hver plate (60) i foringsveggen (44) danner et spor (70) og en kant (72) for anlegg og feste av foringsveggens (44) festeanordning, idet sporet (70) og kanten (72) hovedsakelig strekker seg periferisk rundt en ringsektorformet tverrprofil av foringsveggen (44).

4. Brennkammer ifølge krav 3, KARAKTERISERT VED at foringsveggens (44) festeanordning omfatter platestøtter (58) og en segmentdelt holder (73) for hver foringsplate (60), idet hver platestøtte (58) omfatter en ribbeseksjon (64) som er anordnet mot en foringsplate (60), en hake (66) ved dens bakre ende for sammenkobling av kanten og en holder (68) ved dens fremre ende, idet den segmentdelte holder (73) kan anbringes i sporet for å låse haken (66) i dette, og at holderen (73) i sin tur er støttet i sporet (70) ved anlegget•(74) på den hosliggende etterfølgende platestøtte (58).

5. Brennkammer ifølge krav 2, KARAKTERISERT VED at den ytre mantel (42) har spor (79) som hovedsakelig er orien-tert parallelt med den motstrømmende strømningsretning, og at foringsveggen (76) har finner (77) som er utformet sammen-hengende med foringsveggens plater (60) og har en vulstfor-met platestøtte (78) som passer i nevnte spor (79).