NO300240B1

NO300240B1 - Diffusion controlled premix nozzle and a gas turbine burner with such nozzle

Info

Publication number: NO300240B1
Application number: NO914632A
Authority: NO
Inventors: Masayoshi Kuwata; Cheryl Lynn Mele; Richard Joseph Borkowicz
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 1990-11-27
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1997-04-28
Also published as: DE69126846T2; JP2651304B2; NO914632D0; JPH04283316A; EP0488556B1; DE69126846D1; EP0488556A1; NO914632L; RU2076276C1

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en diffusjonsstyrt forblandedyse omfattende en hylse, en diffusjonspilot anordnet i hylsen og som omfatter et brenseltilførselsrør som har en innløpsende og en utløpsende, og et lufttilførselsrør, hvor brenseltilførselsrøret videre omfatter flere brenselfor-delingsrør, et forblandekammer som omgir diffusjonspiloten og omfatter en innløpsende og en utløpsende og hvor brenselfor-delingsrørene (110) strekker seg inn i forblandekammeret. The present invention relates to a diffusion-controlled premixing nozzle comprising a sleeve, a diffusion pilot arranged in the sleeve and comprising a fuel supply pipe which has an inlet end and an outlet end, and an air supply pipe, where the fuel supply pipe further comprises several fuel distribution pipes, a premixing chamber which surrounds the diffusion pilot and comprises an inlet end and an outlet end and where the fuel distribution pipes (110) extend into the premixing chamber.

I et forsøk på å redusere mengden av N0X i eksosgassene fra en gassturbin, har oppfinnerne anordnet det totrinns, dobbeltmodusforbrenningskammer som er vist i US 4 292 801 til en felles assignatar for den foreliggende oppfinnelse. Ifølge patentet ble det oppdaget at mengden av N0X i eksosgassene kunne reduseres betydelig i sammenlikning med et konvensjonelt ettrinns forbrenningskammer med en enkelt dyse, hvis man hadde to forbrenningskamre etablert slik at, under normale driftsforhold, det primære forbrenningskammer oppstrøms virket som et forblandekammer, mens den egentlige forbrenning foregikk i det sekundære forbrenningskammer nedstrøms. Under dette beskrevne driftsforhold, ville det ikke være noen flamme i primærkammeret, hvilket resulterer i redusert NOx-dannelse. I dette driftsforhold danner den sekundære eller midtre dyse flammekilden for drift av forbrenningskammeret. Den spesielle utforming av den patenterte oppfinnelse omfatter et ringformet system av primære dyser som hver tømmes inn i det primære forbrenningskammer, og en sentral sekundær dyse som tømmes inn i det sekundære forbrenningskammer. Disse dysene kan alle beskrives som diffusjonsdyser, idet hver dyse har et aksialt tilførselsrør for brensel, og ved utløpsenden er omgitt av en luftvirvler som leverer luft for forbrenning til brenseldysens utløp. In an effort to reduce the amount of NOx in the exhaust gases from a gas turbine, the inventors have made the two-stage, dual-mode combustor shown in US 4,292,801 a common assignatar of the present invention. According to the patent, it was discovered that the amount of N0X in the exhaust gases could be significantly reduced compared to a conventional single-stage single-nozzle combustion chamber if two combustion chambers were established so that, under normal operating conditions, the upstream primary combustion chamber acted as a premixing chamber, while the actual combustion took place in the secondary combustion chamber downstream. Under this described operating condition, there would be no flame in the primary chamber, resulting in reduced NOx formation. In this operating condition, the secondary or middle nozzle forms the flame source for operating the combustion chamber. The particular design of the patented invention comprises an annular system of primary nozzles which each empty into the primary combustion chamber, and a central secondary nozzle which empty into the secondary combustion chamber. These nozzles can all be described as diffusion nozzles, as each nozzle has an axial supply pipe for fuel, and at the outlet end is surrounded by an air vortex which supplies air for combustion to the outlet of the fuel nozzle.

Ifølge US-PA 97/501 439 oppdaget oppfinnerne at ytterligere reduksjon av NOx-produksjonen kan oppnås ved å endre konstruksjonen av den sentrale eller sekundære dyse slik at den kan beskrives som en kombinert forblande- og diffusjonsdyse. I drift blir en forholdsvis liten mengde brensel brukt til å opprettholde en dif fusjonspilot, mens en forblandeseksjon i dysen frembringer ytterligere brensel for antenning av hovedtilførselen av brensel fra primærdysen oppstrøms, rettet inn i det primære According to US-PA 97/501 439, the inventors discovered that further reduction of NOx production can be achieved by changing the design of the central or secondary nozzle so that it can be described as a combined premix and diffusion nozzle. In operation, a relatively small amount of fuel is used to maintain a diffusion pilot, while a premix section in the nozzle produces additional fuel for ignition of the main supply of fuel from the primary nozzle upstream, directed into the primary

forbrenningskammer. combustion chamber.

I den ovennevnte oppfinnelse er en forblandevirvler plassert ved grensen av den sekundære flammesone, og tjener til å stabilisere og holde flammen i forskjellige operasjonsmodi. Denne virvlerkomponent er imidlertid utsatt for høy flammetempe-raturer, som kan ha en virkning på virvlerens levetid. In the above-mentioned invention, a premixing vortex is located at the boundary of the secondary flame zone, and serves to stabilize and maintain the flame in different operating modes. This swirler component is, however, exposed to high flame temperatures, which can have an effect on the lifetime of the swirler.

Det er et mål med foreliggende oppfinnelse å beholde den ovenfor beskrevne generelle utforming av dysen, men samtidig å flytte.virvleren for å eliminere direkte kontakt med flammen. Forblandevirvleren er plassert oppstrøms for brenselinnføringen. Dermed kommer ikke virvleren under noen driftsforhold i direkte kontakt med flammen og den levetid forlenges vesentlig. It is an aim of the present invention to retain the general design of the nozzle described above, but at the same time to move the swirler to eliminate direct contact with the flame. The premix swirler is located upstream of the fuel inlet. In this way, the swirler does not come into direct contact with the flame under any operating conditions and its service life is significantly extended.

Oppfinnelsen er spesielt anvendelig til gassturbinbren-nere av den type som omfatter to forbrenningskamre atskilt ved en venturihals. Et ringformet system av primærdyser fører brensel inn i et oppstrøms eller primært forbrenningskammer. Virkemåten dikterer, at under belastning blir primærdysene utflammet, men en enkel sentral eller sekundær dyse understøtter forbrenning av forblandet brensel fra primærdysene. The invention is particularly applicable to gas turbine burners of the type which comprise two combustion chambers separated by a venturi throat. An annular system of primary nozzles feeds fuel into an upstream or primary combustion chamber. The mode of operation dictates that under load the primary nozzles are ignited, but a simple central or secondary nozzle supports the combustion of premixed fuel from the primary nozzles.

Ifølge oppfinnelsen er den sentrale eller sekundære dyse, som har vært kjennetegnet som en diffusjonsdyse, erstattet med en diffusjonsstyrt forblandedyse som reduserer brenselstrøm-men til den sentrale dif fus jonsf lamme fra omkring 20% av den totale brenselstrøm til omkring 2% av den totale brenselstrøm for hele forbrenningskammeret. Dette gjøres ved å installere et lufttilførselsrør rundt et minimalt brenseltilførselsrør for å understøtte forbrenningen i dif f us jonsf lammen, mens den maksimale brenseltilførsel inne i den sekundære dyse finner sted gjennom radiale brenselfordelingsrør som hvert leverer brensel til et forblandekammer rundt dif f usjonspiloten som består av det aksiale brenselrør og dets omliggende lufttilførselsrør. På denne måten kan en forholdsvis liten mengde brensel i en diffusjonsflamme brukes til å antenne brenselstrømmen i den sentrale dyses forbrenningskammer, men mengden er betydelig mindre enn den som ville være nødvendig for å antenne hovedstrømmen av forblandet brensel fra de resterende omliggende primærdyser. Konstruksjonen vil således samtidig minimalisere prosenten av den totale brenselstrøm i forbrenningskammeret som brenner som diffusjonsflamme (med høye NOx-utslipp), men vil tillate tilstrekkelig varmeinngang til å antenne hovedstrømmen av forblandet brensel ved å benytte den forblandede pilotstrøm (som har lave N0X-utslipp). According to the invention, the central or secondary nozzle, which has been characterized as a diffusion nozzle, is replaced with a diffusion-controlled premixing nozzle which reduces the fuel flow to the central diffusion flame from about 20% of the total fuel flow to about 2% of the total fuel flow for the entire combustion chamber. This is done by installing an air supply pipe around a minimal fuel supply pipe to support combustion in the diffusion flame, while the maximum fuel supply inside the secondary nozzle takes place through radial fuel distribution pipes which each deliver fuel to a premix chamber around the diffusion pilot consisting of the axial fuel pipe and its surrounding air supply pipe. In this way, a relatively small amount of fuel in a diffusion flame can be used to ignite the fuel stream in the central nozzle's combustion chamber, but the amount is significantly less than that which would be required to ignite the main stream of premixed fuel from the remaining surrounding primary nozzles. The design will thus simultaneously minimize the percentage of the total fuel flow in the combustion chamber that burns as a diffusion flame (with high NOx emissions), but will allow sufficient heat input to ignite the main flow of premixed fuel by using the premixed pilot flow (which has low NOX emissions) .

Samtidig er forblandevirvlerkomponenten som tidligere var plassert ved grensen til den sekundære flammesone, nå flyttet til et punkt oppstrøms for innsprøytingspunktet for brensel. Forblandevirvleren er spesielt laget som en integrert del av den sekundære brenseldyse, og er plassert bak eller oppstrøms for de radiale brenselfordelingsrør. Virvleren vil fortrinnsvis omfatte en rekke blader, perifert plassert i en vinkel i forhold til brenseldysens aksiale senterlinje. At the same time, the premix swirler component which was previously located at the boundary of the secondary flame zone has now been moved to a point upstream of the fuel injection point. The premix swirler is specially made as an integral part of the secondary fuel nozzle, and is located behind or upstream of the radial fuel distribution tubes. The swirler will preferably comprise a number of blades, peripherally positioned at an angle in relation to the axial center line of the fuel nozzle.

I en annen utførelse er det anordnet en venturi ved utløpsenden fra det sekundære forblandekammer for å hjelpe med stabilisering av sekundærflammen. In another embodiment, a venturi is provided at the outlet end of the secondary premixing chamber to assist in stabilizing the secondary flame.

Andre formål og fordeler med den foreliggende oppfinnelse vil fremgå fra den detaljerte beskrivelse som følger, under henvisning til tegningene, der figur 1 viser et oppriss av en gassturbinmotor, delvis i tverrsnitt, figur 2 viser et forstørret detalj riss av en forbrenningsseksjon for gassturbinmotoren, figur 3 viser et skjematisk riss av den kombinerte diffusjons- og forblandedyse på figur 2, og figur 4 og 5 viser et skjematisk riss av diffusjons- og forblandedysen for forbrenningskammeret ifølge foreliggende oppfinnelse, anordnet oppstrøms for brensel-fordelingsrørene eller anordnet mot dysens innløpsende. Other objects and advantages of the present invention will be apparent from the detailed description that follows, with reference to the drawings, in which figure 1 shows an elevation of a gas turbine engine, partly in cross section, figure 2 shows an enlarged detail view of a combustion section for the gas turbine engine, figure 3 shows a schematic view of the combined diffusion and premix nozzle in Figure 2, and Figures 4 and 5 show a schematic view of the diffusion and premix nozzle for the combustion chamber according to the present invention, arranged upstream of the fuel distribution pipes or arranged towards the inlet end of the nozzle.

Det henvises først til figur 1, hvor en gassturbin 12 omfatter en kompressor 14, en brenner 16 og en turbin 18, representert ved et enkelt blad. Skjønt det ikke er spesielt vist, er det velkjent at turbinen er drivende forbundet med kompressoren langs en felles akse. Kompressoren 14 setter innløpsluften under trykk, hvoretter luften skifter retning og strømmer tilbake til brenneren 16 hvor den brukes til å kjøle brenneren, og også til å levere luft til forbrenningsprosessen. Gassturbinen omfatter et flertall av brennerne 16 (én vist), som er plassert rundt gassturbinens periferi. I en spesiell gasstur-binmodell er det fjorten slike brennere. En overgangskanal 20 forbinder utløpsenden 18 av sin spesielle brenner med innløps-enden på turbinen for å levere de varme produkter av forbrenningsprosessen til turbinen. Reference is first made to figure 1, where a gas turbine 12 comprises a compressor 14, a burner 16 and a turbine 18, represented by a single blade. Although not specifically shown, it is well known that the turbine is drivenly connected to the compressor along a common axis. The compressor 14 pressurizes the inlet air, after which the air changes direction and flows back to the burner 16 where it is used to cool the burner and also to supply air to the combustion process. The gas turbine includes a plurality of burners 16 (one shown), which are located around the periphery of the gas turbine. In a special gas turbine bin model there are fourteen such burners. A transition duct 20 connects the outlet end 18 of its particular burner with the inlet end of the turbine to deliver the hot products of the combustion process to the turbine.

Oppfinnelsen er spesielt nyttig i en totrinns, dobbelt-modusbrenner med lav N0X som beskrevet i US 4 292 801. Som beskrevet i dette patent, og som vist på figur 2, omfatter hver brenner 16 et primært eller oppstrøms forbrenningskammer 24 og et sekundært eller nedstrøms forbrenningskammer 26, atskilt av en venturihals 28. Brenneren 16 er omgitt av en strømningshylse 30 som kanaliserer kompressorens utgangsstrøm til brenneren. Brenneren er videre omgitt av et ytre hus 31 (figur 1) som er boltet til turbinhuset 32. The invention is particularly useful in a two-stage, dual-mode low NOX combustor as described in US 4,292,801. As described in this patent, and as shown in Figure 2, each combustor 16 comprises a primary or upstream combustion chamber 24 and a secondary or downstream combustion chamber 26, separated by a venturi neck 28. The burner 16 is surrounded by a flow sleeve 30 which channels the compressor output flow to the burner. The burner is further surrounded by an outer housing 31 (figure 1) which is bolted to the turbine housing 32.

Primærdysen 36 leverer brensel til oppstrømsbrenneren 24, og er anordnet i et ringformet system rundt en sentral sekundærdysen 38. I en modell av en gassturbin, kan hver brenner omfatte seks primære dyser og en sekundær dyse. For å fullføre beskrivelsen av brenneren, blir brensel levert til dysene gjennom rørene 42 på en måte som er kjent i teknikken og fullt beskrevet i patentet. Antenning i primærbrenneren forårsakes av en tennplugg 48 som vist på figur 1, og i tilstøtende brennere ved hjelp av kryss-styringsrør 50, som også er kjent i teknikken. The primary nozzle 36 supplies fuel to the upstream burner 24, and is arranged in an annular system around a central secondary nozzle 38. In a model of a gas turbine, each burner may comprise six primary nozzles and one secondary nozzle. To complete the description of the burner, fuel is delivered to the nozzles through the tubes 42 in a manner known in the art and fully described in the patent. Ignition in the primary burner is caused by a spark plug 48 as shown in Figure 1, and in adjacent burners by means of cross control tubes 50, which are also known in the art.

I US 4 292 801 er det påpekt at brenseldysene, både primære og sekundære, er identiske med hverandre, dvs dysene er alle av diffusjonstypen. Under henvisning til figur 2 nedenfor ser man at diffusjonsdysen 36 omfatter en brenseltilførselsdyse 54 og en ringformet virvler 56. Dysen 54 leverer bare brensel, som senere blandes med luft fra virvleren for forbrenning. Ifølge den patenterte beskrivelse er sekundærdysen også en diffusjonsdyse, som skal forklares nærmere. In US 4 292 801 it is pointed out that the fuel nozzles, both primary and secondary, are identical to each other, i.e. the nozzles are all of the diffusion type. With reference to Figure 2 below, it can be seen that the diffusion nozzle 36 comprises a fuel supply nozzle 54 and an annular swirler 56. The nozzle 54 only supplies fuel, which is later mixed with air from the swirler for combustion. According to the patented description, the secondary nozzle is also a diffusion nozzle, which will be explained in more detail.

Ved drift under belastning, er totrinns, dobbeltmodus-brenneren konstruert til å operere i en forblandemodus slik at alle primærdyser 36 bare blander brensel og luft som skal antennes av diffusjonsflammen, understøttet av den sekundære eller sentrale diffusjonsdyse 38. Denne forblanding av primær-dysens brensel og antennelse av den sekundære diffusjonsdyse førte til et lavere N0x-utslipp i brenneren. Det var imidlertid minst en fundamental ulempe ved systemet som beskrevet. Labora-torietesting viste for eksempel, at skjønt man ved bruk av minst mulig prosent brensel i sekundærdysen kunne minimalisere N0X-utslipp ved noen driftsforhold, ville ikke denne lave prosent av brensel i sekundærdysen gi tilstrekkelig varmeinngang for tilfredsstillende forbrenning av hovedstrømmen av forblandet brensel ved andre driftsforhold. When operating under load, the two-stage, dual-mode burner is designed to operate in a premix mode so that all primary nozzles 36 only mix fuel and air to be ignited by the diffusion flame, supported by the secondary or central diffusion nozzle 38. This premixing of the primary nozzle fuel and ignition of the secondary diffusion nozzle led to a lower NOx emission in the burner. There was, however, at least one fundamental drawback to the system as described. Laboratory testing showed, for example, that although using the lowest possible percentage of fuel in the secondary nozzle could minimize N0X emissions under some operating conditions, this low percentage of fuel in the secondary nozzle would not provide sufficient heat input for satisfactory combustion of the main stream of premixed fuel under other conditions operating conditions.

Oppfinnerne i US 07/501 439 oppdaget at en tilfredsstillende pilotflamme for hovedstrømmen av forblanding fra forblandedysene 36 oppstrøms kan opprettholdes ved bruk av en minimal diffusjonspilot i kombinasjon med et forblandekammer med en sentrale dyse. Oppfinnelsen vil således samtidig minimalisere den totale prosent av brensel i forbrenningskammeret som brenner som en dif f us jonsf lamme (med høye N0x-utslipp), mens den tillater tilstrekkelig varmeinngang til å antenne hovedstrømmen ved bruk av den forblandede sekundær- eller pilotstrøm. The inventors in US 07/501 439 discovered that a satisfactory pilot flame for the main flow of premix from the upstream premix nozzles 36 can be maintained using a minimal diffusion pilot in combination with a premix chamber with a central nozzle. Thus, the invention will simultaneously minimize the total percentage of fuel in the combustion chamber burning as a diffusion flame (with high N0x emissions), while allowing sufficient heat input to ignite the main stream using the premixed secondary or pilot stream.

Det henvises nå til figur 2 og 3, som viser en diffus-jonsforblandedyse eller sekundærdyse 100, som er subjektet for opphavssøknaden. Dysen, som også kalles en sekundær dyse, omfatter en diffusjonspilot 62 med et brenseltilførselsrør 64. Brenseltilførselsrøret omfatter en aksial rørdel 66 og et flertall radiale brenselfordelingsrør 68 med blinde ender, som strekker seg radialt utover fra den aksiale rørdel. I den foretrukne utførelse er det seks slike brenselfordelingsrør. Som man best kan se på figur 3 omfatter hvert brenselfordelingsrør flere brenselutslippsåpninger 70 som dirigerer brensel nedstrøms mot utløpsenden for den kombinerte dyse. Brenselfordelingshullene er dimensjonert for å oppnå den ønskede prosent av brenselstrøm inn i forblandekammeret, som skal beskrives nedenfor. Reference is now made to Figures 2 and 3, which show a diffusion-ion pre-mixing nozzle or secondary nozzle 100, which is the subject of the copyright application. The nozzle, which is also called a secondary nozzle, comprises a diffusion pilot 62 with a fuel supply pipe 64. The fuel supply pipe comprises an axial pipe section 66 and a plurality of radial fuel distribution pipes 68 with blind ends, which extend radially outward from the axial pipe section. In the preferred embodiment, there are six such fuel distribution pipes. As can best be seen in Figure 3, each fuel distribution pipe comprises several fuel discharge openings 70 which direct fuel downstream towards the discharge end of the combined nozzle. The fuel distribution holes are sized to achieve the desired percentage of fuel flow into the premix chamber, which will be described below.

Dif fusjonspiloten 62 omfatter videre et luf ttilførsels-rør 64 som er koaksialt med og ligger rundt den aksiale brensel-tilf ørselsrørdel 66. Luftinngangen til lufttilførselsrøret 64 er utgangsluft fra kompressoren, som føres tilbake rundt brenneren 16 og inn i volumet 76 (figur 1 og 2) som er definert av strøm-ningshylsen 30 og forbrenningskammerets foring 78. Diffusjonspiloten 62 omfatter ved utløpsenden en første virvler 82 for det formål å dirigere utløpsluften fra lufttilførselsrøret til diffusjonspilotens flamme. The diffusion pilot 62 further comprises an air supply pipe 64 which is coaxial with and lies around the axial fuel supply pipe part 66. The air inlet to the air supply pipe 64 is output air from the compressor, which is fed back around the burner 16 and into the volume 76 (Figure 1 and 2) which is defined by the flow sleeve 30 and the combustion chamber lining 78. The diffusion pilot 62 comprises at the outlet end a first vortex 82 for the purpose of directing the outlet air from the air supply pipe to the diffusion pilot flame.

Et forblandekammer 84 er definert av en hylseliknende avkortet kjegle 85 som omgir diffusjonspiloten 62, og omfatter en utløpsende (se strømningspilene) som ender nær diffusjonspilotens utløpsende. Utløpsluft fra kompressoren blir også ledet tilbake inn i forblandekammeret 84 fra volumet 76 på samme måte som luft blir levert til lufttilførselsrøret 74. Flertallet av radiale brenselfordelingsrør 68 strekker seg gjennom lufttil-førselsrøret 74 og inn i forblandekammeret 84 slik at brensel og luft blir blandet og levert til et ringrom 86 for en annen, eller forblandekammervirvler, mellom diffusjonspiloten 62 og forblandekammeret s avkortede kjegle 85. A premixing chamber 84 is defined by a sleeve-like truncated cone 85 which surrounds the diffusion pilot 62, and includes an outlet end (see flow arrows) which terminates near the outlet end of the diffusion pilot. Exhaust air from the compressor is also directed back into the premix chamber 84 from the volume 76 in the same manner as air is supplied to the air supply pipe 74. The majority of radial fuel distribution pipes 68 extend through the air supply pipe 74 and into the premix chamber 84 so that fuel and air are mixed and delivered to an annulus 86 for another, or premixing chamber vortex, between the diffusion pilot 62 and the premixing chamber's truncated cone 85.

En tredje, eller sentral dyse-virvler 90 er plassert nedstrøms fra utløpsenden på den sekundære dyse 100 mellom en utvidelse eller kopp 92 på utløpsenden av piloten og senterlege-mets vegg 95 av det primære forbrenningskammer. Kompressorluft blir også ledet tilbake til denne virvleren fra volumet 76 som ligger rundt forbrenningskammerfåringene. Formålet med denne tredje virvler 90 er å gi stabilitet til diffusjons- og forblandedysens flamme når den kombineres med den primære forblandestrøm fra primærbrenneren. A third or central nozzle vortex 90 is located downstream from the outlet end of the secondary nozzle 100 between an extension or cup 92 on the outlet end of the pilot and the central body wall 95 of the primary combustion chamber. Compressor air is also directed back to this swirler from the volume 76 located around the combustion chamber liners. The purpose of this third swirler 90 is to provide stability to the diffusion and premix nozzle flame when combined with the primary premix flow from the primary burner.

Konstruksjonen av den første, andre og tredje virvler 82, 86 og 90, bør være kjent blant fagfolk i forbrenningsteknik-ken, og krever derfor ingen videre beskrivelse. Den avkortede kjegle 85 som definerer forblandekammeret 84, kan utformes av hvilket som helst materiale som egner seg for bruk i et gasstur-binmiljø. The construction of the first, second and third vortices 82, 86 and 90 should be known to those skilled in the art of combustion, and therefore requires no further description. The truncated cone 85 defining the premix chamber 84 may be formed from any material suitable for use in a gas turbine environment.

Det henvises til figur 4, som viser en sekundær dyse 102. Forblandedysen med diffusjonspilot omfatter en diffusjonspilot 104 med et brenseltilførselsrør 106. Brenseltilfør-selsrøret har en aksial rørdel 108 og flere radiale brenselfor-delingsrør 110 som strekker seg radialt utover fra den aksiale rørdel 108, og som er lukket ved sine ytre ender. Som i utførel-sen på figur 3, omfatter en foretrukket anordning seks slike brenselfordelingsrør. Hvert rør 108 omfatter også et flertall brenselutløpsrør eller åpninger 112 som dirigerer brensel nedstrøms mot utløpsenden på sekundærdysen. Som nevnt tidligere er fordelingsrørene 112 dimensjonert slik at man oppnår den ønskede prosent av brenselstrøm i forbrenningskammeret, som beskrevet nedenfor. Diffusjonspiloten 104 omfatter videre et lufttilførselsrør 114 som er koaksialt med og ligger rundt brenseltilførselsrøret 106. Luftinngangen til lufttilførselsrøret 114 er utgangsluft fra kompressoren, og ledes rundt brenneren som beskrevet ovenfor i forbindelse med den utførelse som er vist på figur 3. Dif fusjonspiloten 104 omfatter ved utløpsenden et første virvlerringrom 116 for å dirigere utgangsluften fra lufttilfør-selsrøret til diffusjonspilotens flamme. Reference is made to figure 4, which shows a secondary nozzle 102. The premixing nozzle with diffusion pilot comprises a diffusion pilot 104 with a fuel supply pipe 106. The fuel supply pipe has an axial pipe part 108 and several radial fuel distribution pipes 110 which extend radially outward from the axial pipe part 108 , and which are closed at their outer ends. As in the embodiment in Figure 3, a preferred device comprises six such fuel distribution pipes. Each tube 108 also includes a plurality of fuel outlet tubes or openings 112 that direct fuel downstream toward the outlet end of the secondary nozzle. As mentioned earlier, the distribution pipes 112 are dimensioned so that the desired percentage of fuel flow is achieved in the combustion chamber, as described below. The diffusion pilot 104 further comprises an air supply pipe 114 which is coaxial with and lies around the fuel supply pipe 106. The air inlet to the air supply pipe 114 is output air from the compressor, and is led around the burner as described above in connection with the design shown in Figure 3. The diffusion pilot 104 comprises the outlet end a first vortex annulus 116 to direct the exit air from the air supply pipe to the diffusion pilot flame.

Et forblandekammer 118 er definert ved en hylse 120 som ligger rundt dif fusjonspiloten 104, og som omfatter en utløpsende 119 som ender nær diffusjonspilotens utløpsende, dvs nær den første virvleren 116. Utgangsluft fra kompressoren blir også ledet rundt til forblandekammeret 118 som beskrevet ovenfor. Flertallet av radiale brenselfordelingsrør 120 strekker seg gjennom lufttilførselsrøret 114 og inn i forblandekammeret. I denne utførelse er imidlertid det andre virvlerringrommet 114 plassert oppstrøms for de radiale brenselfordelingsrør 110. Ved at den plasseres på denne måte blir virvleren 122 aldri utsatt for direkte flammekontakt, og dermed forlenges dens levetid samtidig som man beholder funksjonen til den ovenfor beskrevne virvler 86. Luftstrømmen er med andre ord i hovedsaken lik den som er beskrevet i utførelsen på figur 3 idet den samme grad av virvling av luften og brenselet blir oppnådd slik at man opprettholder flammens stabilitet, men faren for varmeskade på den andre virvler 122 er minimert. Forutsatt at flammekarakteristikkene er lik flammekarakteristikkene i den tidligere beskrevne utførelse, skulle således resultat bli en lik eller liknende ytelse i forblandet forbrenning som helhet. A pre-mixing chamber 118 is defined by a sleeve 120 which lies around the diffusion pilot 104, and which comprises an outlet end 119 which ends near the outlet end of the diffusion pilot, i.e. close to the first swirler 116. Output air from the compressor is also led around to the pre-mixing chamber 118 as described above. The majority of radial fuel distribution pipes 120 extend through the air supply pipe 114 and into the premix chamber. In this embodiment, however, the second swirler annulus 114 is located upstream of the radial fuel distribution tubes 110. By placing it in this way, the swirler 122 is never exposed to direct flame contact, thus extending its lifetime while retaining the function of the above-described swirler 86. In other words, the air flow is essentially the same as that described in the embodiment in Figure 3, in that the same degree of swirling of the air and the fuel is achieved so that the stability of the flame is maintained, but the risk of heat damage to the second swirler 122 is minimised. Assuming that the flame characteristics are similar to the flame characteristics in the previously described embodiment, the result should thus be an equal or similar performance in premixed combustion as a whole.

I den beskrevne konstruksjon, vil den andre virvler 122 være en integrert del av den sekundære brenseldyse 102, og virvleren vil bestå av en rekke blad som er plassert perifert i en vinkel med brenseldysens senterlinje, som vil forstås av fagfolk i denne teknikken. Bladene kan være støpt som en del av dysen, eller laget separat og festet mekanisk via sveising eller lodding til dysen. Bladene kan være aerodynamiske eller ikke-aerodynamiske slik at de resulterer i en aerodynamisk strøm eller en separat strøm fra bladene. Selv om ikke den aerodynamiske konstruksjon foretrekkes for øyeblikket, kan aerodynamiske blader også benyttes. In the described construction, the second swirler 122 will be an integral part of the secondary fuel nozzle 102, and the swirler will consist of a series of blades positioned peripherally at an angle to the centerline of the fuel nozzle, as will be understood by those skilled in the art. The blades can be cast as part of the die, or made separately and mechanically attached via welding or brazing to the die. The blades can be aerodynamic or non-aerodynamic so that they result in an aerodynamic flow or a separate flow from the blades. Although the aerodynamic design is not currently preferred, aerodynamic blades can also be used.

I den videre utførelse på figur 5 er det vist en forblandedyse med diffusjonspilot som er lik den som er vist på figur 4, men med tillegg av en venturikomponent 124 plassert ved enden av det sekundære forblandekammer. Venturien er ikke en integrert del av den sekundære brenseldyse. Venturien 124 vil supplere virvlingen fra oppstrømsvirvleren 122 med en resirkuler-ingsstrøm som har en tendens til å gi bedre stabilitet i den intenst virvlende strøm. In the further embodiment in Figure 5, a premixing nozzle with a diffusion pilot is shown which is similar to that shown in Figure 4, but with the addition of a venturi component 124 placed at the end of the secondary premixing chamber. The venturi is not an integral part of the secondary fuel nozzle. The venturi 124 will supplement the swirl from the upstream swirler 122 with a recirculation flow which tends to provide better stability in the intensely swirling flow.

Med foregående oppfinnelse produseres som beskrevet mindre N0X samtidig som den gir en mulighet for å øke bren-selstrømmen gjennom sekundærdysen på grunn av den lavere N0X-utgang, mens reduksjonsforholdet eller evnen til å operere under forskjellige forhold er betydelig utvidet på grunn av at diffusjonspiloten blir utsatt for forblandestrømmen fra piloten istedenfor den totale forblandestrøm fra de omliggende primærdyser. With the preceding invention, as described, less NOX is produced while at the same time providing an opportunity to increase the fuel flow through the secondary nozzle due to the lower NOX output, while the reduction ratio or the ability to operate under different conditions is significantly extended due to the diffusion pilot being exposed to the premix flow from the pilot instead of the total premix flow from the surrounding primary nozzles.

Samtidig er levetiden for forblandevirvleren som tidligere var plassert på utløpsenden av forblandekammeret forbedret ved at den er flyttet oppstrøms for brenselinnsprøy-tingsåpningene i diffusjonspiloten. At the same time, the service life of the premix swirler, which was previously located at the outlet end of the premix chamber, has been improved by the fact that it has been moved upstream of the fuel injection openings in the diffusion pilot.

Claims

1. Diffusion-controlled premixing nozzle comprising a sleeve

(120), a diffusion pilot (104) arranged in the sleeve (120) and comprising a fuel supply pipe (106) which has an inlet end and an outlet end, and an air supply pipe (114), where the fuel supply pipe (106) further comprises several fuel distribution pipes ( 110), a premixing chamber (118) which surrounds the diffusion pilot (104) and comprises an inlet end and an outlet end (119) and where the fuel distribution pipes (110) extend into the premixing chamber (110), CHARACTERIZED IN THAT a vortex device (122) for premixing of air is mounted in the premixing chamber (118) upstream of the fuel distribution pipes (110) and surrounds the fuel supply pipe (106) and the air distribution pipe (114), the swirl device (122) being arranged to receive and swirl air in the sleeve outside the diffusion pilot (104) .

2. Nozzle according to claim 1, CHARACTERIZED IN THAT a venturi nozzle (124) is placed near the outlet end of the diffusion pilot (104).

3. Nozzle according to claim 1, where the fuel supply pipe (106) comprises an axial part (108) with an inlet end and an outlet end, the fuel distribution pipes (110) extending radially away from the axial part (108), CHARACTERIZED IN THAT the vortex device (122) is arranged near the fuel distribution pipes (110).

4. Nozzle according to claim 3, CHARACTERIZED IN THAT the air supply pipe (114) extends substantially coaxially with and surrounds at least part of the fuel supply pipe (106).

5. Nozzle according to claim 3, CHARACTERIZED IN THAT the radial fuel distribution pipes (110) are placed against the inlet end of the premixing chamber (118).

6. Nozzle according to claim 3, CHARACTERIZED IN that each fuel distribution pipe (110) has several fuel outlet openings (112) to deliver fuel to the outlet end of the diffusion pilot (104).

7. Gas turbine burner comprising first and second combustion chambers (24, 26) connected by a throat area (28) of smaller cross-section than the first and second combustion chambers (24, 26), several primary fuel nozzles (54) of the diffusion type arranged in a ring upstream of the first combustion chamber (24) for introducing fuel into the first combustion chamber (24), where each diffusion nozzle comprises a first vortex ring chamber (56) for introducing compressed air into the first combustion chamber (24) to produce a combustible mixture of fuel and air, a premix nozzle ( 102) with a diffusion pilot arranged upstream of the second combustion chamber (26) and having an outlet end directed into the second combustion chamber (26), where the premixing nozzle (102) comprises a diffusion pilot (104) with an axial fuel supply pipe (106) and an air supply pipe (114) which surrounds the axial fuel supply pipe (106) along substantially the entire length of the axial fuel supply pipe (106), CHARACTERIZED IN THAT another we Rvler ring space (122) is arranged towards the inlet end of the premixing nozzle (102).

8. Burner according to claim 7, where the premixing nozzle (102) with diffusion pilot comprises a third vortex ring space (116) between the fuel supply pipe (106) and the air supply pipe (114), where a premixing chamber (118) surrounds the diffusion pilot (104), several fuel outlet pipes (110) extend radially out from the fuel supply pipe (106) through the air supply pipe (114) and into the premixing chamber (118), where at least one fuel outlet opening (112) in at least one radial fuel outlet pipe (110) is directed towards the outlet end of the premixing chamber (118), so that fuel is distributed into the premixing chamber, CHARACTERIZED BY the fact that the second vortex ring chamber (122) is arranged upstream of the fuel outlet pipes (110).

9. Burner according to claim 7, CHARACTERIZED IN THAT the premixing nozzle (1029) with a diffusion pilot is arranged in the middle of the ring-arranged primary fuel nozzles (54), and that a venturi nozzle (124) is arranged between the premixing nozzle (102) and a surrounding sleeve (120 ).