SE514341C2 - Förfarande för start av en brännaranordning till en gasturbin - Google Patents

Description

20 25 30 35 f514~341å narorganflamma. Om bränslekoncentrationen är sådan att någon omedelbar antändning och generering av en brännarorgan- flamma inte erhålls, kommer blandningen av bränsle och in- strömmande luft att strömma igenom brännkammaren och in i en efterföljande turbin. Om antändningen av bränslet sker på ett sådant sent stadium, kommer den genererade flamman att sträcka sig hela vägen igenom brännkammaren och in i turbinen så långt som den tändbara blandningen av bränsle och luft före- ligger. Nämnda blandning kan sträcka sig ända fram till och in i en med turbinen förbunden avgaskanal. Då avgaskanalen på detta sätt fylls med en tändbar, explosiv blandning, kan detta leda till att en explosion uppträder i denna. En sådan explosion kan få förödande konsekvenser och bör därför undvikas så långt som möjligt.

Startförfaranden enligt tidigare teknik är sålunda mycket käns- liga och fordrar en mycket noggrann styrning av bränslekoncent- rationen i brännarorganets eller brännarorganens tändningszon i det ögonblick då bränslet tillförs nämnda zon och antändningen av detta skall utföras för att generera en brännarorganflamma.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Ett syfte med den föreliggande uppfinningen är att tillhandahålla ett förfarande medelst vilket ovan nämnda nackdelar hos tidi- gare teknik avhjälps. Förfarandet skall garantera att inte en ex- plosiv blandning av bränsle och luft sträcker sig igenom bränn- kammaren, turbinen och en med denna förbunden avgaskanal hos gasturbinen i det startögonblick då antändning av bränslet sker genom aktivering av tändarorganet.

Detta syfte uppnås medelst det i patentkrav 1 definierade förfa- randet.

Till skillnad från tidigare teknik föreslår sålunda uppfinningen att en tändgas, såsom exempelvis gasol, i startögonblicket förs in i 10 15 20 25 30 35 1 -4- - 3-41É 3 tändningszonen via brännarorganet i stället för ett flytande bränsle blandat med luft. Tändgasen har fördelen att vara mycket lättantänd, vilket resulterar i att den antänds av tändar- organet och genererar en brännarorganflamma omedelbart. Ris- ken är minimal att antändningen av gasen skall misslyckas och att gasen ska hinna strömma ända fram till turbinen och avgas- kanalen innan antändningen av denna sker.

Enligt uppfinningen tillförs ett flytande bränsle till brännarorganet efter det att en av nämnda tändgas genererad brännarorganflamma erhållits, för att bidra till genereringen av brännarorganflamman. Genom att en stabil brännarorganflamma redan föreligger då det flytande bränslet, företrädesvis olja eller en oljeblandning, förs in i flammzonen kommer detta flytande bränsle att omedelbart antändas och bidra till den redan genererade brännarorganflammans stabilitet. Koncentrationen av flytande bränsle i antåndningszonen eller flammzonen är så- lunda inte lika kritisk som hos tidigare teknik.

Enligt uppfinningen innefattar aktiveringen av tändarorganet antändning av en separat tändflamma avsedd att antända nämnda tändgas för generering av brännarorganflamman. En sådan separat tändflamma kan enkelt erhålla en avsevärd stabilitet. Stabiliteten tillförsäkrar i sin tur en tillförlitlig antändning av tändgasen så snart denna når fram till det område i vilket tändflamman föreligger.

Enligt uppfinningen innefattar brännaranordningen ett flertal brännarorgan, vilka vart och ett tillförs en tändgas som antänds och genererar en brännarorganflamma åtminstone med indirekt stöd av nämnda aktivering av tändarorganet. Det indirekta stödet är en följd av att aktiveringen av tändarorganet initierar antändningen av tändgasen hos ett första brännarorgan och genereringen av en brännarorganflamma. Denna brännarorganflamma är i sin tur stabil och kraftig nog att antända den gas som tillförs antåndningszonen hos ett intillig- 10 15 20 25 30 35 bS1* 341 4 gande brännarorgan och därigenom generera en brännarorgan- flamma hos detta. På så vis erhålls en successiv, så gott som omedelbar antändning av ett flertal parallellt och intill varandra anordnade brännarorgan.

Enligt uppfinningen släcks den av nämnda tändgas genererade brännarorganflamman hos åtminstone något av nämnda flertal av brännarorgan när samtliga brännarorgan erhållit en av nämnda tändgas genererad brännarorganflamma. Vid ett efterföljande steg, då övriga brännarorgan tillförs flytande bränsle sker ej någon tillförsel av flytande bränsle till det eller de brännarorgan vars brännarorganflamma släckts vid föregående steg. En efterföljande acceleration av gasturbinen äger sålunda rum under utnyttjande av enbart en del av brän- naranordningens brännarorgan, vilka då uppvisar brännarorgan- flammor som huvudsakligen är genererade medelst ett flytande bränsle. Detta utnyttjande av endast en del av brännarorganen under gasturbinens inledande accelerationsfas är fördelaktigt ur emissionssynpunkt och resulterar i ett bättre utnyttjande av energin hos det bränsle som används.

Enligt uppfinningen hålls det eller de brännarorgan vars brännarorganflamma släcktes då samtliga av nämnda flertal av brännorganen erhållit sådana brännarorganflammor släckta un- der en efterföljande acceleration av gasturbinen och tillförs där- efter flytande bränsle vid i förväg definierade driftförhållanden hos gasturbinen. På så vis ökas antalet aktiva brännarorgan ef- ter hand som gasturbinen närmar sig en lämplig drifthastighet.

Under normal, kontinuerlig drift är företrädesvis samtliga brän- narorgan aktiva såtillvida att de tillförs det flytande bränslet för att generera brännarorganflammor. Genom den stegvisa ök- ningen av antalet aktiva brännarorgan under accelerationsfasen kan optimala förbränningsförhållanden hos de tända brännaror- ganen uppnås samtidigt som mängden av emissioner, främst NOX minimeras. 10 15 20 25 30 35 “<514 i 341% 5 Enligt ett föredraget utförande innefattar brännaranordningen ett flertal brännarorgan anordnade i en ring och riktade mot en för dessa gemensam brännkammare, varvid åtminstone två tändarorgan aktiveras vid brännarorgan åtskilda av ett eller flera ytterligare brännarorgan. Skulle mot förmodan aktiveringen av det ena tändarorganet inte resultera i antändning av tändgasen hos det närliggande brännarorganet, återstår ändå möjligheten att uppnå en antändning av tändgas genom aktiveringen av det andra tändarorganet.

Ytterligare särdrag och fördelar med den föreliggande uppfin- ningen kommer att framgå av den följande beskrivningen samt av övriga osjälvständiga patentkrav.

KORT BESKRlVNlNG AV RITNINGARNA Ett utförande av den föreliggande uppfinningen skall härefter i exemplifierande men inte begränsande syfte beskrivas mer i detalj med hänvisning till de bifogade ritningarna, på vilka: Fig 1 är en tvärsnittsvy av en brännaranordning enligt upp- finningen, vid inloppet till en brännkammare, och Fig 2 en tvärsnittsvy enligt ll-ll i Fig 1.

DETALJERAD BESKRIVNING AV ETT UTFÖRANDE Fig 1 är en tvärsnittsvy som schematiskt visar inloppet till en brännkammare 1 sett från brännkammarens 1 håll. Brännkam- maren 1 är ringformad och begränsas av en innervägg 2, en yt- tervägg 3 och en frontvägg 4. Vid en icke visad utloppsände ut- mynnar brännkammaren i en turbin, inrättad att drivas medelst förbränningsgaser från brännkammaren 1.

En brännaranordning är anordnad vid brännkammarens 1 in- loppsände. Brännaranordningen innefattar ett flertal brännaror- gan 5, vilka är anordnade parallellt med varandra och vart och 10 15 20 25 30 35 [S14 341: 6 ett penetrerar frontväggen 4. Varje brännarorgan 5 innefattar ett ledningsorgan 6, via vilket åtminstone ett flytande bränsle är in- rättat att tillföras en zon 7 i vilken bränslet blandas med kom- pressorluft som via Iuftinföringsorgan 8 leds in i nämnda zon 7.

Luften är företrädesvis kompressorluft levererad från en icke vi- sad kompressor. Huvuddelen, företrädesvis väsentligen all luft som tillförs brännkammaren 1 leds in till denna via brännarorga- nen 5. Ledningsorganet 6 innefattar lämpligtvis separata kanaler (icke visade) för tillförsel av gas respektive ett flytande bränsle.

Brännaranordningen innefattar vidare två stycken tändarorgan 9, vilka i detta fall är anordnade väsentligen diametralt motsatt varandra. Varje tändarorgan 9 innefattar en tändbrännare som genomskjuter en brännkammarvägg, i detta fall ytterväggen 3.

Tändarorganen 9 kan aktiveras genom tillförsel av ett bränsle, exempelvis gasol eller naturgas, och antändníng av bränslet i syfte att generera en tändflamma som i detta fall riktas mot ett område vid vilket ett brännarorgans 5 flamfront är avsedd att föreligga. Tändflamman riktas därvid från en sidoposition mot ett område omedelbart nedströms om en ände hos det utrymme eller den zon 7 vid vilken ett bränsle, huvudsakligen ett flytande sådant, är ägnat att blandas med luft och generera nämnda brännarorganflamma.

Vid start av brännaranordningen tillförs initialt en tändgas eller tändgasblandning, vilken exempelvis kan innefatta gasol eller naturgas, via ledningsorganet 6 till brännarorganet 5. Innan tändgasen når ut i själva brännkammaren 1 aktiveras tändaror- ganen 9 i syfte att generera tändflammor som sträcker sig mot ett område omedelbart nedströms om blandningszonens 7 änd- område vid de respektive brännarorgan 5 vid vilka de bägge tändarorganen 9 är anordnade.

Då tändgasen når nämnda tändflamma, sker en omedelbar an- tändning av tändgasen, och en brännarorganflamma genereras vid de brännarorgan 5 vid vilka tändarorganen 9 år anordnade. 10 15 20 25 30 35 flS-iä 0-34 'lä Tändgas tillförs parallellt till samtliga övriga brännarorgan 5. De vid tändarorganen 9 genererade brännarorganflammorna är kraftiga nog att antända den tändgas som strömmar ut i bränn- kammaren 1 via intilliggande brännarorgan 5. Dessas brännar- organflammor antänder i sin tur intilliggande brännarorgans 5 tändgas osv ända tills samtliga brännarorgan uppvisar en brän- narorganflamma. Eftersom tändgasen företrädesvis är lättantändlig kan en väsentligen samtidig och omedelbar an- tändning av samtliga brännarorgan 5 åstadkommas på detta sätt.

Då samtliga brännarorgan 5 uppvisar medelst tändgasen eller tändgasblandningen genererade brännarorganflammor avaktive- ras tändarorganen 9 så att, i detta fall, de bägge tändflammorna släcks. Därefter stoppas tillförseln av tändgas till ett antal brän- narorgan 5 som i ett efterföljande skede ej skall tillföras flytande bränsle samtidigt med övriga brännarorgan. Syftet med denna åtgärd är att optimera driftförhållandena och minimera emissio- nerna hos de övriga brännarorganen 5 vid en efterföljande ac- celeration av gasturbinen, under vilken nämnda övriga brännar- organ 5 tillförs flytande bränsle.

Sålunda tillförs därefter de övriga brännarorganen 5 ett flytande bränsle medan de ännu uppvisar brännarorganflammor genere- rade av nämnda tändgas eller tändgasblandning. Det flytande bränslet blandas i utrymmet 7 med luft och bidrar till genere- ringen av brännarorganflammorna.

Efter en inledande acceleration av gasturbinen stängs tillförseln av tändgas av. Den fortsatta accelerationen av gasturbinen sker under det att brännarorganen 5 tillförs endast flytande bränsle.

Allteftersom gasturbinens hastighet ökar tillförs flytande bränsle till de brännarorgan 5 som tidigare hållits stängda. Därigenom uppnås optimala förbränningsförhållanden hos de respektive brännarorganflammorna. Efterhand ökas sålunda antalet aktiva 10 15 “JS 1-14' i i 341 8 brännarorgan, till dess att samtliga brännarorgan 5 uppvisar brännarorganflammor.

Tack vare det uppfinnlngsenliga förfarandet kommer aldrig nå- gon icke antänd, explosiv blandning av flytande bränsle och luft att kunna strömma igenom brännkammaren, turbinen och ända fram till en därtill förbunden avgaskanal under det inledande startskedet.

Naturligtvis kommer ett flertal varianter och modifieringar av det ovan beskrivna, uppfinningsenliga förfarandet att inses av en fackman inom området utan att denne därvid frångàr uppfin- ningens ram, såsom denna är definierad i de bifogade patent- kraven.

Claims (4)

10 15 20 25 30 35 9 Patentkrav

1. Förfarande för start av en brännaranordning för en gastur- bin, varvid brännaranordningen innefattar ett flertal brännar- organ (5) inrättade att tillföras ett flytande bränsle, och åtmin- stone ett tändarorgan (9), vilket aktiveras för att antända ett bränsle som tillförs brännarorganen (5), varvid det bränsle som initialt vid start av brännaranordningen tillförs brännarorganen (5) och som antänds medelst tändarorganet (9) och genererar brännarorganflammor huvudsakligen innefattar en tändgas, varvid aktiveringen av tändarorganet (9) innefattar antåndning av en separat tändflamma avsedd att antända nämnda tändgas för generering av brännarorganflammor, varvid tändorganet (9) avaktiveras genom att tändflamman släcks då samtliga brännar- organ (5) uppvisar en genom nämnda tändgas genererad brän- narorganflamma, varefter den av nämnda tändgas genererade brännarorganflamman släcks hos åtminstone något av nämnda flertal av brännarorgan (5), varefter ett flytande bränsle tillförs de brännarorgan (5) som ej har släckts, varvid en initial acceleration av gasturbinen sker, varefter en avstängning av tillförseln av tändgas till nämnda brännarorgan (5) genomförs, varefter flytande bränsle tillförs även till brännarorgan (5) som tidigare hållits stängda.

2. Förfarande enligt krav 1, varvid tändflamman riktas från en sidoposition mot ett område vid vilket ett brännarorgans (5) flamfront är avsedd att föreligga.

3. Förfarande enligt något av kraven 1-2, varvid tändflamman riktas från en sidoposition mot ett område omedelbart nedströms om en ände hos ett utrymme (7) i vilket ett flytande bränsle är ägnat att blandas med luft och generera nämnda brännarorgan- flamma.

4. Förfarande enligt något av kraven 1-3, varvid brännarorganen (5) är anordnade i en ring och riktade mot en *IS 1'=l*4*'f3<š$1í 10 för dessa gemensam brännkammare (1), och att åtminstone två tändarorgan (9) aktiveras vid brännarorgan (5) åtskilda av ett eller flera ytterligare brännarorgan (5).