WO2000014451A1 - Verfahren zum betrieb eines brenners und brenneranordnung - Google Patents

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WO2000014451A1
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Eberhard Deuker
Gilbert Braun
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F23N2237/22—Controlling water injection

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a burner, to which a fuel quantity of a fuel is fed via a fuel supply line, the fuel quantity being set via the degree of opening of an actuator as a function of a preselected output of the burner.
  • the invention also relates to a corresponding burner arrangement.
  • Actuator in a fuel supply line using a centrifugal pendulum In the example shown in Figure 359 on page 356, the amount of fuel supplied to the burner is regulated depending on the air pressure generated by the compressor of the gas turbine. In another example according to Figure 361 on page 358, the amount of fuel to be burned is regulated with a flow / return nozzle. As explained from page 365 onwards, the control system for the fuel supply to an aircraft turbine is particularly demanding, since large temperature and pressure fluctuations in the outside air have to be taken into account here.
  • the flow of incompressible media is characterized by the k v value (characteristic of the valve) experimentally determined for each arrangement as volume flow water (density p 0 ) at temperatures from 5 to 30 ° C and a pressure drop ⁇ p v o of 0.98 bar. Any pressure drops ⁇ p v and other densities p result in the volume flow
  • V v k v ⁇ Ap v p 0 l Ap v0 p) 1
  • K v is related to the maximum value k vs when the valve is fully open.
  • the object directed to a method is achieved by a method for operating a burner, to which a fuel quantity of a fuel is fed via a fuel supply line, the fuel quantity being set via the degree of opening of an actuator as a function of a selected power of the burner, and the Degree of opening is determined based on the power and is set immediately.
  • the invention is based on the knowledge that an iterative regulation of the supplied is usually carried out
  • the amount of fuel, depending on the preselected output, is too sluggish compared to suddenly changed operational marginal conditions.
  • the degree of opening is regulated step by step so that the preselected output is obtained.
  • the requested output is converted directly into a manipulated variable, for example by means of a generally very complex mechanical system, which determines the degree of opening.
  • a burner for a gas turbine is particularly suitable as a burner, but the invention is also e.g. suitable for an internal combustion engine of a vehicle.
  • Fuel for the burner can e.g. For example: oil, natural gas, diesel, petrol or kerosene.
  • the degree of opening is first calculated on the basis of the power and then set immediately.
  • This has the advantage that no iterative control has to be carried out. This results in a significantly faster system response.
  • the system reacts much faster, for example, to external faults such as a pump changeover.
  • the current operating conditions can be better and more flexibly met, since the degree of opening is calculated in a manner adapted to the respective operating conditions. For example, changes in the temperature, density or type of fuel or a pressure that changes at the burner location can be used in a simple manner for regulating the amount of fuel to be supplied.
  • Compared to control systems with a direct, mechanical conversion from the preselected output to the degree of opening there is thus considerably increased flexibility with regard to changed boundary conditions.
  • the calorific value of the fuel is preferably determined and used to calculate the degree of opening.
  • a mixture of at least two substances is preferably used as fuel.
  • the calorific value of the fuel is used to determine the amount of fuel required, since it also determines a release of power from the combustion. Such a determination of the calorific value is particularly advantageous if a fuel mixture is used, possibly even with a time-variable composition.
  • An oil-water mixture is preferably used as fuel, the energy consumption for evaporation of the water during combustion being determined and used to calculate the degree of opening.
  • Such an oil-water emulsion or dispersion is used to reduce nitrogen oxide emissions. By adding water, the average combustion temperature is reduced. Evaporation of the water consumes part of the energy in the fuel and therefore does not contribute to the desired performance.
  • the density of the fuel is preferably determined and used to calculate the degree of opening.
  • the mass flow of the fuel through the fuel supply line is also determined via the density of the fuel. The determination of the density of the fuel is particularly advantageous when a fuel mixture is used.
  • a pressure loss in the fuel supply line is preferably determined and used to calculate the degree of opening. Such a pressure loss also determines the mass flow of fuel through the fuel supply line, so that this pressure loss is advantageously taken into account when calculating the degree of opening.
  • the burner preferably opens into a combustion chamber in which a combustion chamber pressure prevails, the combustion chamber pressure being measured and used to calculate the degree of opening.
  • the pressure in the combustion chamber affects the amount of fuel entering the combustion chamber.
  • a flow comparison value is preferably determined for the actuator, in which a fuel mass flow through the actuator results under the prevailing pressure conditions, which leads to selected burner output, the degree of opening being determined by means of a known relationship between the flow comparison value and the degree of opening.
  • a flow comparison value is the k v value given from the cited paperback for mechanical engineering.
  • the burner is preferably designed for optional operation with at least two different fuels.
  • the burner can preferably be operated both as a diffusion burner and as a premix burner.
  • the burner is preferably designed for operation in a gas turbine, in particular for operation in a stationary gas turbine.
  • Such a burner can be operated with both petroleum and natural gas, for example.
  • It preferably has a central pilot burner which works as a diffusion burner, ie there is no premixing of the combustion air and fuel.
  • the central pilot burner is surrounded by a main burner, which works as a premix burner, ie combustion air and fuel are first mixed and then fed to the combustion.
  • the diffusion burner preferably has a flow / return nozzle, ie the fuel, in particular petroleum, enters the nozzle via a flow channel and partially exits the nozzle opening. The remaining part of the fuel is returned to a fuel collection container via a return line.
  • the amount of fuel supplied and the amount of fuel returned can each be set by a separate actuator.
  • the regulation the amount of fuel supplied is very complex for such a system.
  • a flexible setting of the degree of opening depending on the respective operating conditions is of particular advantage here.
  • the object directed to a burner arrangement is achieved by a burner arrangement with a burner to which a fuel quantity of a fuel can be supplied via a fuel supply line, the fuel quantity being adjustable via the degree of opening of an actuator depending on a selected output of the burner, with the actuator being a Control device is connected, in which control unit the degree of opening depending on the power, the type of fuel and a pressure loss in the fuel supply line can be determined and a corresponding signal can be transmitted to the actuator so that this degree of opening is set.
  • Gas turbine 2 is arranged.
  • the gas turbine 2 has a compressor 4, a combustion chamber 6 and a turbine 8 connected in series.
  • the burner 1 has a central diffusion burner 3 and a premix burner 5 surrounding the diffusion burner 3 in the form of a ring channel.
  • the diffusion burner 3 comprises a flow channel 7 and a return line 9.
  • the diffusion burner 3 opens into the combustion chamber 6 with a nozzle opening 11.
  • Compressor air is supplied to the premix burner 5 via a flow path 13 from the compressor 4.
  • Compressor air is also supplied to the diffusion burner 3, not shown in more detail here.
  • a fuel supply line 15a leads to the premix burner 5.
  • To the dif- fusion burner 3 leads a fuel supply line 15b.
  • a fuel return line 17 connects to the return line 9.
  • An actuator 19a is installed in the fuel supply line 15a and an actuator 19b is installed in the fuel supply line 15b.
  • the pistons 20a, 20b clearly illustrate a respective degree of opening 0 for the actuators 19a, 19b.
  • An actuator 21 is installed in the fuel return line 17.
  • An opening degree 0 for the actuator 21 is also illustrated with a piston 22.
  • the actuator 19a is connected to a control device 27 via a line 23a, the actuator 19b via a line 23b and the actuator 21 via a line 25.
  • a line 28 also leads into this control device 27, via which a desired power L for the gas turbine 2 is input.
  • the control device 27 is connected via a line 29 to a pressure sensor 31 which is arranged in the combustion chamber 6.
  • the fuel supply lines 15a and 15b are connected to a pump 39.
  • a mixer 37 is connected upstream of the pump 39.
  • the mixer 37 is connected to a water tank 35 and an oil tank 33.
  • the fuel return line 17 continues to open into the oil tank 33
  • oil B is conveyed from the oil tank 33 into the mixer 37 via the pump 39. Furthermore, water H is fed from the water tank 35 into the mixer 37.
  • the oil B and the water H mix to form a fuel BH.
  • This is fed to the premix burner 5 and the diffusion burner 3 via the fuel supply lines 15a and 15b.
  • the fuel BH then burns in the combustion chamber 6.
  • the resulting hot exhaust gas drives the turbine 8.
  • more or less fuel BH must be supplied. It is often desirable to set a variable content of water H in the fuel BH. With the changing water content, both the calorific value of the fuel BH and the energy consumption for an evaporation of the water H change.
  • the density of the fuel BH also changes. This Varying variables influence the release of power during combustion, so that the amount of fuel BH supplied must be regulated accordingly in order to achieve the desired power L.
  • the calorific value HW BH of the fuel BH is determined using the mass flow m H and the calorific value HW H of the water H, the mass flow m B and the calorific value HW B of the heating oil B using the following formula:
  • a negative calorific value HW H for the water H takes into account the energy consumption for the evaporation of the water H.
  • the density D BH of the fuel is determined using the density D B of the oil and the density D H of the water using the following formula:
  • the pressure loss ⁇ p D in the diffusion burner 3 is determined from a characteristic value K which is specific to the diffusion burner 3 and which depends on the incoming mass flow th V and the returning mass flow m RL, using the following formula:
  • the pipeline pressure loss ⁇ p R in the fuel supply lines 15a and 15b is determined using a k v value k VR specific for these lines using the following formula:
  • the desired degree of opening 0 is finally determined from the known relationship between the k v value and degree of opening 0.
  • the respective degrees of opening 0 in the actuators 19a, 19b are set via signals SA, SB.
  • a signal SC for the actuator 21 in the return line 17 takes place in the same way as the calculation of the signals SA and SB.

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Abstract

Zur Leistungsregelung einer Brenneranordnung, insbesondere einer Gasturbine (2), wird der Öffnungsgrad (O) eines Stellgliedes (19) in einer Brennstoffzufuhrleitung (15) berechnet und unmittelbar eingestellt. Es ergibt sich eine variable und gegenüber Störungen betriebssichere Leistungsregelung.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb eines Brenners und Brenneranordnung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad eines Stellgliedes abhängig von einer vorgewählten Leistung des Brenners eingestellt wird. Die Erfindung betrifft auch eine entsprechende Brenneranordnung.
In dem Buch "Die Gasturbine" von J. Kruschi , Springer-Verlag, Wien 1960, 2. Auflage, Seite 354 ff., sind verschiedene Regelsysteme für Brenner von Gasturbinen beschrieben. Je nach Einsatzgebiet der Gasturbine ergeben sich ganz unterschiedliche Ausbildungen der Regelsysteme. Gemeinsam ist den Regelsystemen, daß je nach einer vorgewählten Leistung der Gasturbine eine Brennstoffzufuhr zum Brenner geregelt wird. Dies geschieht z.B. drehzahlabhängig über die Regelung eines
Stellgliedes in einer Brennstoffzufuhrleitung mittels eines Fliehkraftpendels. In dem Beispiel nach Abbildung 359 auf Seite 356 wird die dem Brenner zugeführte Brennstoffmenge abhängig vom durch den Verdichter der Gasturbine erzeugten Luftdruck geregelt. In einem weiteren Beispiel gemäß Abbildung 361 auf Seite 358 wird die zu verbrennende Brennstoffmenge mit einer Vorlauf-/Rücklaufdüse geregelt. Wie ab Seite 365 ausgeführt ist das Regelsystem für die Brennstoffzufuhr einer Flugzeugturbine besonders anspruchsvoll, da man hier großen Temperatur- und Druckschwankungen der Außenluft gerecht werden muß .
In "Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau", herausgegeben von W. Baltz und K.H. Kütner, Springer-Verlag, 1990, 17. Auf- läge, Kapitel X15 6.4 wird ausgeführt, daß Stellglieder zur
Einstellung eines Massenstroms eines Mediums abhängig von der Dichte und der Geschwindigkeit des Mediums einen Druckabfall verursachen. Den Durchfluß inkompressibler Medien kennzeichnet nach der VDI/VDE-Richtlinie 2173 der für jede Anordnung experimentell bestimmte kv-Wert (Kenngröße des Ventils) als Volumenstrom Wasser (Dichte p0) bei Temperaturen von 5 bis 30°C und einem Druckabfall Δpvo von 0,98 bar. Beliebige Druckabfälle Δpv und andere Dichten p ergeben den Volumenstrom
Vv = kv ^Apvp0 l Apv0p) 1
Die Abhängigkeit des kv-Werts von der Stellgröße ist die Ventilkennlinie. Kv wird auf den maximalen Wert kvs bei vollständig geöffnetem Ventil bezogen. Der Wert
Figure imgf000004_0001
mit dem maximalen Durchfluß V0 wird z. B. vom Ventilhersteller angegeben.
Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zum Betrieb eines Brenners mit einer auf eine vorgewählte Leistung bezogenen Zufuhr von Brennstoff. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe einer entsprechenden Brenneranordnung.
Erfindungsgemäß wird die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Brenners, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad eines Stellgliedes abhängig von einer ge- wählten Leistung des Brenners eingestellt wird und wobei der Öffnungsgrad anhand der Leistung bestimmt und unmittelbar eingestellt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine, übli- cherweise durchgeführte, iterative Regelung der zugeführten
Brennstoffmenge in Abhängigkeit von der vorgewählten Leistung zu träge gegenüber plötzlich geänderten betrieblichen Randbe- dingungen ist. Bei einer solchen iterativen Regelung wird der Öffnungsgrad schrittweise so geregelt, daß sich die vorgewählte Leistung einstellt. In anderen Regelsystemen wird die angeforderte Leistung z.B. durch ein in der Regel sehr kom- plexes mechanisches System direkt in eine Stellgröße umgesetzt, durch welche der Öffnungsgrad festgelegt ist. Bei solchen Systemen ergibt sich in der Regel eine sehr eingeschränkte Variabilität hinsichtlich der Reaktion auf geänderte Randbedingungen, da eine Umsetzung von der vorgewählten Leistung in den Öffnungsgrad nur mit einem voreingestellten, festgelegten Mechanismus erfolgt.
Als Brenner kommt insbesondere ein Brenner für eine Gasturbine in Frage, die Erfindung ist aber auch z.B. für eine Ver- brennungsmaschine eines Fahrzeugs geeignet. Brennstoff für den Brenner kann z. B. sein: Erdöl, Erdgas, Diesel, Benzin oder Kerosin.
Demgegenüber wird bei der Erfindung der Öffnungsgrad zunächst anhand der Leistung berechnet und dann unmittelbar eingestellt. Damit ergibt sich der Vorteil, daß keine iterative Regelung durchgeführt werden muß. Somit erfolgt eine bedeutend schnellere Systemreaktion. Das System reagiert also sehr viel schneller z.B. auf äußere Störfälle wie eine Pumpenum- Schaltung. Weiterhin ergibt sich der Vorteil, daß man den aktuellen Betriebsbedingungen besser und variabler gerecht werden kann, da der Öffnungsgrad angepaßt an die jeweiligen Betriebsbedingungen berechnet wird. Z.B. sind Änderungen in der Temperatur, Dichte oder Art des Brennstoffes oder ein am Brennerort veränderlicher Druck in einfacher Weise für die Regulierung der zuzuführenden Brennstoffmenge heranziehbar. Gegenüber Regelsystemen mit einer direkten, mechanischen Umsetzung von der vorgewählten Leistung in den Öffnungsgrad ergibt sich also eine erheblich erhöhte Flexibilität hinsicht- lieh geänderter Randbedingungen. Bevorzugt wird der Heizwert des Brennstoffes ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Bevorzugtermaßen wird als Brennstoff ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen verwendet. Zur Ermittlung der benötigten Brennstoff- menge wird der Heizwert des Brennstoffes herangezogen, da dieser eine Leistungsfreisetzung aus der Verbrennung mitbestimmt. Eine solche Bestimmung des Heizwertes ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Brennstoffgemisch verwendet wird, möglicherweise sogar mit einer zeitlich variablen Zu- sammensetzung. Vorzugsweise wird als Brennstoff ein Öl-Wasser-Gemisch verwendet, wobei der Energieverbrauch für eine Verdampfung des Wassers bei der Verbrennung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen wird. Eine solche Öl-Wasser-Emulsion oder Dispersion wird zur Verringerung von Stickoxidemissionen verwendet. Durch die Beimischung von Wasser wird die mittlere Verbrennungstemperatur abgesenkt. Durch die Verdampfung des Wassers wird ein Teil der Energie des Brennstoffes verbraucht und trägt damit nicht zur gewünschten Leistung bei.
Bevorzugt wird die Dichte des Brennstoffes ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Über die Dichte des Brennstoffes ist der Massenstrom des Brennstoffes durch die Brennstoffzufuhrleitung mitbestimmt. Gerade bei Verwen- düng eines Brennstoffgemisches ist die Bestimmung der Dichte des Brennstoffes von Vorteil.
Bevorzugtermaßen wird ein Druckverlust in der Brennstoffzufuhrleitung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen. Durch einen solchen Druckverlust wird der Massenstrom des Brennstoffes durch die Brennstoffzufuhrleitung mitbestimmt, so daß dieser Druckverlust vorteilhafter Weise bei der Berechnung des Öffnungsgrades berücksichtigt wird.
Bevorzugt mündet der Brenner in eine Brennkammer, in der ein Brennkammerdruck herrscht, wobei der Brennkammerdruck gemessen und zur Berechnung des Öffnungsgrades herangezogen wird. Der Druck in der Brennkammer wirkt sich auf die Menge des in die Brennkammer eintretenden Brennstoffes aus. Insbesondere bei einer Gasturbine herrscht in deren Brennkammer ein erheblich höherer Druck, verglichen mit dem Umgebungsdruck, da der Brennkammer Verbrennungsluft aus einem Verdichter zugeführt wird.
Bevorzugt wird für das Stellglied ein Durchflußvergleichswert ermittelt, bei dem sich unter den herrschenden Druckverhält- nissen ein Brennstoffmassenstrom durch das Stellglied ergibt, der zu gewählten Leistung des Brenners führt, wobei der Öffnungsgrad mittels eines bekannten Zusammenhangs zwischen dem Durchflußvergleichswert und dem Öffnungsgrad bestimmt wird. Ein solcher Durchflußvergleichswert ist der aus dem zitierten Taschenbuch für den Maschinenbau angegebene kv-Wert.
Bevorzugt ist der Brenner für einen wahlweisen Betrieb mit mindestens zwei unterschiedlichen Brennstoffen ausgelegt. Bevorzugtermaßen ist der Brenner sowohl als Diffusionsbrenner als auch als Vormischbrenner betreibbar. Vorzugsweise ist der Brenner für einen Betrieb in einer Gasturbine ausgelegt, insbesondere für einen Betrieb in einer stationären Gasturbine. Ein solcher Brenner ist z.B. sowohl mit Erdöl als auch mit Erdgas betreibbar. Er weist bevorzugt einen zentralen Pilot- brenner auf, welcher als Diffusionsbrenner arbeitet, d.h. es erfolgt keine Vormischung von Verbrennungsluft und Brennstoff. Der zentrale Pilotbrenner ist von einem Hauptbrenner umgeben, der als Vormischbrenner arbeitet, d.h. Verbrennungsluft und Brennstoff werden zunächst gemischt und anschließend der Verbrennung zugeführt. Der Diffusionsbrenner weist bevorzugt eine Vorlauf-/Rücklaufdüse auf, d.h. der Brennstoff, insbesondere Erdöl, tritt über einen Vorlaufkanal in die Düse ein und teilweise aus der Düsenöffnung aus. Der verbleibende Teil des Brennstoffes wird über eine Rücklaufleitung wieder in einen BrennstoffSammelbehälter zurückgeführt. Die zugeführte und die zurückgeführte Brennstoffmenge sind dabei jeweils durch ein eigenes Stellglied einstellbar. Die Regelung der zugefuhrten Brennstoffmenge ist für ein solches System sehr komplex. Eine flexible Einstellung des Offnungsgrades abhangig von den jeweiligen Betriebsbedingungen ist hier von besonderem Vorteil.
Erfindungsgemaß wird die auf eine Brenneranordnung gerichtete Aufgabe gelost durch eine Brenneranordnung mit einem Brenner, dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes über eine Brennstoffzufuhrleitung zufuhrbar ist, wobei die Brennstoffmenge über den Offnungsgrad eines Stellgliedes abhangig von einer gewählten Leistung des Brenners einstellbar ist, wobei mit dem Stellglied eine Steuereinrichtung verbunden ist, in welcher Steuereinheit der Offnungsgrad abhangig von der Leistung, der Art des Brennstoffes und einem Druckverlust in der Brennstoffzufuhrleitung bestimmbar und ein entsprechendes Signal an das Stellglied so übertragbar ist, daß dieser Offnungsgrad eingestellt wird.
Die Vorteile einer solchen Brenneranordnung ergeben sich ent- sprechend den obigen Ausfuhrungen zu den Vorteilen des Verfahrens zum Betrieb eines Brenners.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung in einem Ausfuhrungsbeispiel naher erläutert. Die einzige Figur zeigt schematisch und nicht maßstablich einen Brenner 1, welcher in einer
Gasturbine 2 angeordnet ist. Die Gasturbine 2 weist hintereinander geschaltet einen Verdichter 4, eine Brennkammer 6 und eine Turbine 8 auf. Der Brenner 1 weist einen zentralen Diffusionsbrenner 3 und einen den Dif usionsbrenner 3 ringka- nalformig umgebenden Vormischbrenner 5 auf. Der Diffusionsbrenner 3 umfaßt einen Vorlaufkanal 7 und eine Rucklaufleitung 9. Der Diffusionsbrenner 3 mundet mit einer Dusenoffnung 11 in die Brennkammer 6. Dem Vormischbrenner 5 wird über einen Stromungsweg 13 aus dem Verdichter 4 Verdichterluft zuge- fuhrt. Verdichterluft wird auch, hier nicht naher dargestellt, dem Diffusionsbrenner 3 zugeführt. Zu dem Vormischbrenner 5 fuhrt eine Brennstoffzufuhrleitung 15a. Zu dem Dif- fusionsbrenner 3 führt eine Brennstoffzufuhrleitung 15b. An der Rückleitung 9 schließt sich eine Brennstoffrückleitung 17 an. In die Brennstoffzufuhrleitung 15a ist ein Stellglied 19a und in die Brennstoffzufuhrleitung 15b ein Stellglied 19b eingebaut. Mit den Kolben 20a, 20b ist anschaulich ein jeweiliger Öffnungsgrad 0 für die Stellglieder 19a, 19b dargestellt. In die Brennstoffrückleitung 17 ist ein Stellglied 21 eingebaut. Es ist ebenfalls mit einem Kolben 22 ein Öffnungsgrad 0 für das Stellglied 21 veranschaulicht. Das Stellglied 19a ist über eine Leitung 23a, das Stellglied 19b über eine Leitung 23b und das Stellglied 21 über eine Leitung 25 mit einer Steuereinrichtung 27 verbunden. In diese Steuereinrichtung 27 führt weiterhin eine Leitung 28, über die eine gewünschte Leistung L für die Gasturbine 2 eingegeben wird. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 27 über eine Leitung 29 mit einem Drucksensor 31 verbunden, welcher in der Brennkammer 6 angeordnet ist. Die Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b sind an eine Pumpe 39 angeschlossen. Vor die Pumpe 39 ist ein Mischer 37 geschaltet. Der Mischer 37 ist mit einem Was- sertank 35 und einem Öltank 33 verbunden. In den Öltank 33 mündet weiterhin die Brennstoffrückleitung 17.
Bei Betrieb der Gasturbine 2 wird über die Pumpe 39 Öl B aus dem Öltank 33 in den Mischer 37 gefördert. Weiterhin wird Wasser H aus dem Wassertank 35 in den Mischer 37 geleitet.
Das Öl B und das Wasser H vermischen sich zu einem Brennstoff BH. Dieser wird über die Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b dem Vormischbrenner 5 und dem Diffusionsbrenner 3 zugeführt. Der Brennstoff BH verbrennt sodann in der Brennkammer 6. Das entstehende heiße Abgas treibt die Turbine 8 an. Je nach der gewünschten Leistung für die Turbine 8 muß mehr oder weniger Brennstoff BH zugeführt werden. Dabei ist es auch oft wünschenswert, einen veränderlichen Gehalt an Wasser H im Brennstoff BH einzustellen. Mit dem veränderlichen Wasserge- halt ändert sich sowohl der Heizwert des Brennstoffs BH als auch der Energieverbrauch zu einer Verdampfung des Wassers H. Es ändert sich auch die Dichte des Brennstoffes BH. Diese veränderlichen Größen beeinflussen eine Leistungsfreisetztung bei der Verbrennung, so daß die zugeführte Menge an Brennstoff BH zur Erzielung der gewünschten Leistung L entsprechend reguliert werden muß. Außerdem können z.B. plötzliche Druckeinbrüche eine sehr schnelle Regulierung der zugeführten Brennstoff enge erforderlich machen. Diesen Anforderungen wird die gezeigte Anordnung dadurch gerecht, daß die gewünschte Leistung L an die Steuereinrichtung 27 gegeben wird, wo aus den physikalischen Randbedingungen unmittelbar der je- weilige Öffnungsgrad 0 der Stellglieder 19a, 19b und 21 berechnet wird. Es erfolgt also keine langsame, iterative Nachregelung der zugeführten Brennstoffmenge. In die Berechnung der Öffnungsgrade 0 fließen die Art und Zusammensetzung des Brennstoffes BH ein, so daß man einer variablen Zusammenset- zung des Brennstoffes BH gerecht wird. Im einzelnen erfolgt die Berechnung der Öffnungsgrade 0 z.B. wie folgt:
Zunächst wird der Heizwert HWBH des Brennstoffes BH anhand des Massenstromes mH und des Heizwertes HWH des Wassers H, des Massenstromes m B und des Heizwertes HWB des Heizöles B anhand folgender Formel ermittelt:
mu - HWH + riιB - HWB
HWm = mH + m
Über einen negativen Heizwert HWH für das Wasser H wird hierbei der Energieverbrauch für die Verdampfung des Wassers H berücksichtigt .
In einem zweiten Schritt wird die Dichte DBH des Brennstoffes anhand der Dichte DB des Öles und der Dichte DH des Wassers anhand folgender Formel bestimmt:
_ (mH + mB) - DB - DH BH mH ■ DB + mB - DH Weiterhin wird der Druckverlust ΔpD im Diffusionsbrenner 3 aus einer für den Diffusionsbrenner 3 spezifischen, vom einlaufenden Massenstrom thV und rücklaufenden Massenstrom m RL abhängigen Kennlinienwert K nach folgender Formel bestimmt:
Figure imgf000011_0001
Der Rohrleitungsdruckverlust ΔpR in den Brennstoffzufuhrleitungen 15a und 15b wird anhand eines für diese Leitungen spe- zifischen kv-Wertes kVR anhand folgender Formel ermittelt:
2 1 1 n kl
Mit Hilfe des in der Brennkammer 6 herrschenden Brennkammer- druckes pB wird nun der hinter den Stellglieder 19a, 19b einzustellende Druck pS bestimmt aus:
PS = pB + ApD + ApR
Der kv-Wert der Stellglieder 19a, 19b ergibt sich nunmehr mit dem Druck pP hinter der Pumpe 39 zu:
BH - (pP - PS)
Aus dem bekannten Zusammenhang zwischen dem kv-Wert und Öff- nungsgrad 0 ist schließlich der gewünschte Öffnungsgrad 0 festgelegt. Über Signale SA, SB werden die jeweiligen Öffnungsgrade 0 bei den Stellgliedern 19a, 19b eingestellt. Ein Signal SC für das Stellglied 21 in der Rücklaufleitung 17 erfolgt sinngemäß genauso wie die Berechnung der Signale SA und SB.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betrieb eines Brenners (1), dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes (BH) über eine Brennstoffzu- fuhrleitung (15) zugeführt wird, wobei die Brennstoffmenge über den Öffnungsgrad (0) eines Stellgliedes (19) abhängig von einer gewählten Leistung (L) des Brenners (1) eingestellt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Öffnungs- grad (0) anhand der Leistung (L) berechnet und unmittelbar eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Heizwert des Brennstoffes (BH) ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (0) herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Brenn- stoff (BH) ein Gemisch aus mindestens zwei Stoffen (B, H) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Brenn- stoff (BH) ein Öl/Wasser-Gemisch verwendet wird, wobei der
Energieverbrauch für eine Verdampfung des Wassers (H) bei der Verbrennung ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (0) herangezogen wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichte des Brennstoffes (BH) ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (0) herangezogen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Druckverlust Δp in der Brennstoffzufuhrleitung (15) ermittelt und zur Berechnung des Öffnungsgrades (0) herangezogen wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Brenner (1) in eine Brennkammer (6) mundet, in der ein Brennkammerdruck (pB) herrscht, wobei der Brennkammerdruck (pB) gemessen und zur Berechnung des Offnungsgrades (0) herangezogen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß f r das Stellglied (19) ein Durchflußvergleichswert (kv) ermittelt wird, bei dem sich unter den herrschenden Druckverhaltnissen ein Brennstoffmassenstrom durch das Stellglied ergibt, der zur gewählten Leistung (L) des Brenners (1) fuhrt, wobei der Durchflußvergleichswert (kv) zur Berechnung des Offnungsgrades (O) herangezogen wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Brenner (1) für einen wahlweisen Betrieb mit mindestens zwei unterschiedlichen Brennstoffen (BH, G) ausgelegt ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Brenner (1) sowohl als Diffusionsbrenner (3) als auch als Vormischbrenner (5) betreibbar ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Brenner
(1) für einen Betrieb in einer Gasturbine (2) ausgelegt ist, insbesondere m einer stationären Gasturbine (2) .
12. Brenneranordnung mit einem Brenner (1), dem eine Brennstoffmenge eines Brennstoffes (BH) über eine Brennstoffzufuhrleitung (15) zufuhrbar ist, wobei die Brennstoffmenge über den Offnungsgrad (0) eines Stellgliedes (19) abhangig von einer gewählten Leistung (L) des Brenners (1) einstellbar d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mit dem Stellglied (19) eine Steuereinrichtung (27) verbunden ist, in welcher Steuereinheit (27) eine Berechnung des Öffnungsgrades (0) abhängig von der Leistung (L) durchführbar ist, wobei ein Signal (S) zur Einstellung des Öffnungsgrades (0) von der Steuereinheit (27) an das Stellglied (19) übertragbar ist
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