WO2003076782A1 - Verfahren zum zünden der brennkammer einer gasturbinenanlage sowie zündvorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zum zünden der brennkammer einer gasturbinenanlage sowie zündvorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO2003076782A1
WO2003076782A1 PCT/CH2003/000133 CH0300133W WO03076782A1 WO 2003076782 A1 WO2003076782 A1 WO 2003076782A1 CH 0300133 W CH0300133 W CH 0300133W WO 03076782 A1 WO03076782 A1 WO 03076782A1
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ignition
tube
air
combustion chamber
gas
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PCT/CH2003/000133
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English (en)
French (fr)
Inventor
Franz Joos
Marcel Stalder
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/26—Starting; Ignition
    • F02C7/264—Ignition

Definitions

  • the present invention relates to the field of gas turbines. It relates to a method for igniting the combustion chamber of a gas turbine system and an ignition device for carrying out the method.
  • the continuous combustion in the combustion chamber of a gas turbine must be started by the combustion mixture (usually an air / fuel mixture) being ignited by an external ignition source. As a rule, this takes place via electrical sparks which ignite the mixture of the combustion chamber either directly or indirectly via a so-called pilot burner. AI Ignite the chamber directly or indirectly using a so-called pilot burner. Alternatively, ignition sources are proposed which supply the required energy via a glowing surface or via a laser light source.
  • the spark plug for generating the ignition spark requires the supply of a high electrical voltage directly in the combustion chamber.
  • the supply, in particular the insulation, of this high-voltage line which can only be made ceramic due to the prevailing temperatures at the compressor outlet, is relatively susceptible to thermal expansion and shocks.
  • the essence of the invention is to use the resonance ignition known per se for igniting the combustion chamber of a gas turbine system, by releasing a compressed gas with a far supercritical pressure ratio via a nozzle and by interacting with a resonance tube downstream of the nozzle to a temperature suitable for igniting hydrocarbons - Heating is heated, and the heated gas is used directly or indirectly to ignite a fuel / air mixture introduced into the combustion chamber.
  • the combustion chamber preferably comprises a combustion chamber to which a flame tube of a pilot burner opening into the combustion chamber of the combustion chamber is connected.
  • a pilot fuel and pilot air are introduced into the flame tube, and the pilot fuel / pilot air mixture is ignited in the flame tube.
  • a gas other than air, in particular nitrogen, is used as the compressed gas
  • additional ignition air is used for the ignition and the ignition air is additionally heated.
  • an ignition chamber opening into the flame tube is arranged between the flame tube and the resonance tube, and part of the air heated in the resonance tube is supplied to the ignition chamber through an ignition opening in the resonance tube, mixes there with the ignition fuel and ignites itself.
  • the remaining part of the resonance Pipe relaxed air is preferably discharged past the ignition chamber into the flame tube.
  • the pilot fuel / pilot air mixture can be ignited in the flame tube by contact with a heated surface of the resonance tube.
  • the method according to the invention can be carried out particularly simply if the fuel of the gas turbine which is already present is used as the pilot fuel.
  • An improvement in the ignitability can be achieved if oxygen is added to the air heated in the resonance tube and / or the other air relaxed in the resonance tube.
  • the method can be integrated particularly easily into a gas turbine system with a compressor for compressing the combustion air if the compressed air for igniting the combustion chamber is taken from the compressor and / or from an external pilot air supply.
  • the ignition device according to the invention is preferably designed such that a flame tube opening into the combustion chamber is connected to the combustion chamber of the combustion chamber, and that at least some of the gas expanded through the nozzle into the resonance tube flows into the flame tube via an outlet channel running outside the resonance tube.
  • the entire gas expanded through the nozzle into the resonance tube flows into the flame tube via the outlet channel running outside the resonance tube, the resonance tube having a heated surface adjoining the flame tube.
  • the resonance tube adjoins an ignition chamber, which in turn opens into the flame tube, and some of the gas in the resonance tube exits the resonance tube directly into the ignition chamber through an ignition opening.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a detail of a first preferred exemplary embodiment of an ignition device according to the invention with an ignition space arranged between the flame tube and the resonance tube, in which directly heated gas emerges from the resonance tube;
  • FIG. 2 shows, in a representation comparable to FIG. 1, a second preferred exemplary embodiment of an ignition device according to the invention, in which the resonance tube directly borders the flame tube with a heated surface;
  • Fig. 3 is a system diagram for the supply of one in one
  • Gas turbine system integrated ignition device according to the invention with compressed air shows, in a representation comparable to FIG. 1, a third preferred exemplary embodiment of an ignition device according to the invention, in which the resonance igniter is installed in a modified ignition torch and
  • FIG. 5 shows, in a representation comparable to FIG. 1, a further preferred exemplary embodiment of an ignition device according to the invention, in which the resonance tube is directly connected to the fuel tube.
  • FIG. 1 shows a first preferred exemplary embodiment of an ignition device according to the invention in a longitudinal section.
  • the ignition device 10 is based on a configuration as shown in FIG. 1 of EP-A1-0 992 661.
  • the hot gases required to drive the gas turbine are generated by burning a gaseous and / or liquid fuel in the combustion chamber 11 of a combustion chamber (30 in FIG. 3).
  • the combustion chamber 11 is laterally delimited by a combustion chamber wall 12.
  • a flame tube 13 opens into the combustion chamber 11 through an opening in the combustion chamber wall 12.
  • the flame tube 13 is concentric with a central axis 14. Fuel is introduced into the flame tube 13 through a central fuel tube 23.
  • the aim of the invention is to increase the availability of the gas turbine by means of a robust ignition lance without electrical components.
  • the resonance ignition is based on the following principle of action: If a compressed gas (e.g. air) is expanded via a nozzle, the gas cools down first because the pressure energy is converted into kinetic energy. However, if the expansion takes place with a far supercritical pressure ratio, the pressures in the gas are much higher than in the surroundings. Post-expansions take place, which relax the pressure to the ambient pressure via pressure surges. These impacts are highly dissipative, i.e. the existing pressure energy is converted into heat. If the flow is also slowed down, the kinetic energy is still available as heat. This means that most of the original pressure energy can be converted into heat.
  • a compressed gas e.g. air
  • the concentric outer air supply is now interrupted. Air is expanded through an ignition gas tube 22 running parallel to the fuel tube 23 before it reaches the flame tube through a nozzle 21, which can also be designed as a Laval nozzle.
  • a resonance tube 19 is arranged in the axis of symmetry 15 of the ignition device and is open towards the nozzle 21.
  • the gas (air) flowing out of the nozzle 21 goes directly into the resonance tube 19.
  • a strong temperature increase at the partially or completely closed, opposite end of the Resonance tube 19 are generated.
  • the fuel of the gas turbine is to be used primarily as the pilot fuel. Alternatively, however, the use of other fuels is also conceivable, e.g. the methane or propane currently used.
  • the end of the resonance tube 19 opposite the nozzle 21 is completely closed.
  • the ignition chamber is omitted, so that the closed end of the resonance tube 19 with its heated surface is in direct contact with the gas in the flame tube 13. All of the air released by the nozzle 21 is discharged through the outlet opening 17 and the outlet channel 18 into the flame tube 13.
  • oxygen 26 can be added to the ignition gas pipe 22 and through an oxygen channel 25 into the outlet channel 18.
  • the ignition device 31 can be integrated into a gas turbine system 27 in a relatively simple manner: the gas turbine system 27 comprises a compressor 28 for compressing the combustion air supplied via the combustion air inlet, a combustion chamber 30 and a gas turbine 29 in which the hot gases emit the combustion chamber 30 is relaxed under work and then released at an exhaust outlet 39 to a chimney or heat recovery steam generator.
  • the air can be stored via the gas turbine 29 itself and / or via an external ignition air supply 35 as a source.
  • Compressed air is supplied from the two alternative sources via check valves 36, 37 supplied to an ignition air reservoir 34 and fed from there into the ignition device 31 as required via a controlled valve 33.
  • the necessary pilot fuel is supplied via a pilot fuel supply 32.
  • the required resonance heating can also be accomplished with a propellant gas other than air (eg N 2 ) if this is more advantageously available. In this case, however, the necessary ignition air must also be heated up. This can be done over a hot surface or by mixing with the heated propellant gas or a part thereof.
  • a propellant gas other than air eg N 2
  • Ignition by means of the heated surface of the resonance tube can also take place when air is used as the propellant gas.
  • An improvement in ignitability can be achieved by adding oxygen to the resonance gas and / or to the remaining relaxed air to be discharged.
  • the described method can be inserted into a wide variety of geometries. Because of its compact design, however, it is particularly advantageous to design the resonance tube 19 such that the current electrical component (FIG. 1 of EP-A1-0 992 661) is simply replaced by the resonance tube with compressed air supply 21, 22.
  • the resonance ignition device with resonance tube 19, nozzle 21 and ignition gas tube 22 according to FIG. 4 can also be installed in a conventional ignition gas flare, forming an ignition device 40.
  • the remaining relaxed air which is not introduced into the ignition space 16 through the ignition opening 20, passes through an outlet opening 41 into an outlet space 42 and from there via a connecting channel 43 into the flame tube 13.

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Abstract

Bei einem Verfahren zum Zünden der Brennkammer einer Gasturbinenanlage wird eine funktionssichere Zündung bei gleichzeitig langer Lebensdauer der Zündvorrichtung (10) dadurch erreicht, dass ein komprimiertes Gas mit einem weit überkritischen Druckverhältnis über eine Düse (21) entspannt und durch Wechselwirkung mit einem der Düse (21) nachgeordneten Resonanzrohr (19) auf eine zum Zünden von Kohlenwasserstoffen geeignete Temperatur aufgeheizt wird, und dass das aufgeheizte Gas direkt oder indirekt zum Zünden eines in die Brennkammer eingeführten Brennstoff/Luftgemisches verwendet wird.

Description

BESCHREIBUNG
VERFAHREN ZUM ZÜNDEN DER BRENNKAMMER EINER GASTURBINENANLAGE SOWIE ZÜNDVORRICHTUNG ZUR DURCHFÜHRUNG DES VERFAHRENS
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Gasturbinen. Sie betrifft ein Verfahren zum Zünden der Brennkammer einer Gasturbinenanlage sowie eine Zündvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
STAND DER TECHNIK
Die kontinuierliche Verbrennung in der Brennkammer einer Gasturbine muss in Gang gesetzt werden, indem das Verbrennungsgemisch (üblicherweise ein Luft/Brennstoffgemisch) durch eine fremde Zündquelle entzündet wird. In der Regel erfolgt dies über elektrische Funken, die entweder das Gemisch der Brennkammer direkt oder indirekt über einen sogenannten Zündbrenner entzünden. AI- kammer direkt oder indirekt über einen sogenannten Zündbrenner entzünden. Alternativ werden Zündquellen vorgeschlagen, die die erforderliche Energie über eine glühende Oberfläche oder über eine Laserlichtquelle zuführen. Die Zündkerze zur Erzeugung des Zündfunkens erfordert die Bereitstellung einer hohen elektrischen Spannung direkt in der Brennkammer. Die Zuführung, insbesondere die Isolation dieser Hochspannungsleitung, die aufgrund der herrschenden Temperaturen am Verdichteraustritt lediglich keramisch ausgeführt werden kann, ist relativ anfällig gegen Wärmedehnungen und Erschütterungen. Deswegen sind derartige Zündsysteme vergleichsweise anfällig und müssen während der Le- bensdauer einer Gasturbine überproportional oft ausgetauscht werden. Dies kann zu einer niedrigen Verfügbarkeit der Anlage führen. Die ebenfalls bekannte Zündung mittels Glühzünder vermeidet zwar die Zuführung von Hochspannung, jedoch ist das keramische Glühelement selbst derzeit noch nicht mit der erforderlichen Lebensdauer verfügbar.
Auf einem ganz anderen technischen Gebiet, nämlich bei militärischen Anwendungen, ist es erforderlich, mit möglichst einfachen robusten Vorrichtungen eine chemische Reaktion zu initiieren. Deswegen wurden sogenannte Resonance Igniter (Resonanzzünder) entwickelt, die die Erwärmung eines Gases zum Zünden ausnützen, das hoch überkritisch seine Druckenergie in einer Resonanzröhre in Wärme dissipiert. Gezündet werden in der Regel feste Reaktionsgemische oder - über eine H2/02- bzw. H2/Luft-Zündflamme - auch andere Brennstoffe (siehe z.B. die US-A-3,994,232 oder die US-A-5,109,669).
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Zünden der Brennkammer einer Gasturbinenanlage sowie eine Zündvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, welche die Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen vermeiden und sich durch einen einfachen und robusten Aufbau, eine hohe Verfügbarkeit und Funktionssicherheit, den Verzicht auf elektrische Einrichtungen und eine einfache Integrierbarkeit in vorhandene Anlagen auszeichnen.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 13 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die an sich bekannte Resonanzzündung zum Zünden der Brennkammer einer Gasturbinenanlage einzusetzen, indem ein komprimiertes Gas mit einem weit überkritischen Druckverhältnis über eine Düse entspannt und durch Wechselwirkung mit einem der Düse nachgeordneten Resonanzrohr auf eine zum Zünden von Kohlenwasserstoffen geeignete Tempe- ratur aufgeheizt wird, und das aufgeheizte Gas direkt oder indirekt zum Zünden eines in die Brennkammer eingeführten Brennstoff/Luftgemisches verwendet wird.
Bevorzugt umfasst die Brennkammer einen Brennraum, an welchen ein in den Brennraum der Brennkammer mündendes Flammrohr eines Zündbrenners an- geschlossen ist. Es wird ein Zündbrennstoff und Zündluft in das Flammrohr eingeführt, und die Zündung des Zündbrennstoff/Zündluftgemisches erfolgt im Flammrohr.
Grundsätzlich können für die Resonanzzündung verschiedene Gase eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch als komprimiertes Gas Luft verwendet, weil man hierbei ohne eine zusätzliche Aufheizung des Gases auskommt.
Wird als komprimiertes Gas ein von Luft verschiedenes Gas, insbesondere Stickstoff, verwendet, wird für die Zündung zusätzlich Zündluft verwendet, und die Zündluft zusätzlich aufgeheizt.
Gemäss einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Flammrohr und dem Resonanzrohr ein in das Flammrohr mündender Zündraum angeordnet, und wird ein Teil der im Resonanzrohr aufgeheizten Luft durch eine Zünd- Öffnung im Resonanzrohr dem Zündraum zugeführt, vermischt sich dort mit dem Zündbrennstoff und entzündet sich selbst. Der restliche Teil der in das Resonanz- rohr entspannten Luft wird vorzugsweise am Zündraum vorbei in das Flammrohr abgeführt.
Alternativ dazu kann das Zündbrennstoff/Zündluftgemisch im Flammrohr durch Kontakt mit einer aufgeheizten Oberfläche des Resonanzrohres gezündet werden.
Es ist aber auch denkbar, dass die gesamte in das Resonanzohr entspannte Luft zur Zündung des Zündbrennstoff/Zündluftgemisches verwendet wird.
Besonders einfach lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren ausführen, wenn als Zündbrennstoff der ohnehin vorhandene Brennstoff der Gasturbine verwendet wird.
Es ist aber auch möglich, dass als Zündbrennstoff ein von dem Brennstoff der Gasturbine verschiedener Brennstoff, insbesondere Methan oder Propan, verwendet wird.
Eine Verbesserung der Zündwilligkeit lässt sich erzielen, wenn der im Resonanzrohr aufgeheizten Luft und/oder der übrigen in das Resonanzrohr entspannten Luft Sauerstoff zugesetzt wird.
Besonders einfach lässt sich das Verfahren in eine Gasturbinenanlage mit einem Kompressor zum Komprimieren der Verbrennungsluft integrieren, wenn die komprimierte Luft zum Zünden der Brennkammer dem Kompressor und/oder einer ex- fernen Zündluftversorgung entnommen wird.
Die erfindungsgemässe Zündvorrichtung ist vorzugsweise so ausgestaltet, dass an den Brennraum der Brennkammer ein in den Brennraum mündendes Flammrohr angeschlossen ist, und dass zumindest ein Teil des durch die Düse in das Resonanzrohr entspannten Gases über einen ausserhalb des Resonanzrohres verlaufenden Auslasskanal in das Flammrohr strömt. In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung strömt das gesamte durch die Düse in das Resonanzrohr entspannte Gas über den ausserhalb des Resonanzrohres verlaufenden Auslasskanal in das Flammrohr, wobei das Resonanzrohr mit einer aufgeheizten Oberfläche an das Flammrohr angrenzt.
In einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung grenzt das Resonanzrohr an einen Zündraum an, welcher seinerseits in das Flammrohr mündet, und tritt ein Teil des im Resonanzrohr befindlichen Gases durch eine Zündöffnung aus dem Resonanzrohr direkt in den Zündraum aus.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 in einem Längsschnitt ausschnittweise ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zündvorrichtung nach der Erfindung mit einem zwischen Flammrohr und Resonanzrohr angeordneten Zündraum, in welchen direkt erhitztes Gas aus dem Resonanzrohr austritt;
Fig. 2 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zündvorrichtung nach der Erfindung, bei dem das Resonanzrohr direkt mit einer aufgeheizten Oberfläche an dass Flammrohr grenzt;
Fig. 3 ein Anlagenschema für die Versorgung einer in eine
Gasturbinenanlage integrierte Zündvorrichtung nach der Erfindung mit komprimierter Luft; Fig. 4 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zündvorrichtung nach der Erfindung, bei dem der Resonanzzünder in eine modifizierte Zünd- fackel eingebaut ist und
Fig. 5 in einer zu Fig. 1 vergleichbaren Darstellung ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zündvorrichtung nach der Erfindung, bei dem das Resonanzrohr mit dem Brennstoffrohr direkt in Verbindung steht.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist in einem Längsschnitt ausschnittweise ein erstes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zündvorrichtung nach der Erfindung dargestellt. Die Zündvorrichtung 10 geht aus von einer Konfiguration, wie sie in Fig. 1 der EP-A1-0 992 661 wiedergegeben ist. Die zum Antrieb der Gasturbine benötigten heissen Gase werden durch Verbrennung eines gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffes im Brennraum 11 einer Brennkammer (30 in Fig. 3) erzeugt. Der Brennraum 11 ist seitlich von einer Brennraumwand 12 begrenzt. Durch eine Öffnung in der Brennraumwand 12 mündet ein Flammrohr 13 in den Brennraum 11. Das Flammrohr 13 ist im dargestellten Beispiel konzentrisch zu einer Mittelachse 14. In das Flammrohr 13 wird durch ein zentrales Brennstoffrohr 23 Brennstoff eingeführt.
Während in der Vorrichtung gemäss der Fig. 1 der EP-A1-0 992 661 Verbrennungsluft durch eine das Brennstoffrohr 23 konzentrisch umgebende Luftzuführung (70) in das Flammrohr eingeführt wird und für die Zündung eine Zündelektrode (51 ) vorgesehen ist, die in einen Zündraum (50) hineinragt, der durch Ver- bindungskanäle (55, 56) mit Luft und Brennstoff aus dem Brennstoffrohr und der Luftzuführung gefüllt wird, wird bei der Zündvorrichtung 10 gemäss Fig. 1 der vor- liegenden Anmeldung die (anfällige) elektrische Zündung durch eine robuste Resonanzzündung ersetzt.
Ziel der Erfindung ist es dabei, durch eine robuste Zündlanze, ohne elektrische Bauteile, die Verfügbarkeit der Gasturbine zu erhöhen. Die Resonanzzündung basiert auf dem folgenden Wirkungsprinzip: Wird ein komprimiertes Gas (z.B. Luft) über eine Düse entspannt, so kühlt sich das Gas zunächst einmal ab, da die Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt wird. Erfolgt die Entspannung jedoch mit einem weit überkritischen Druckverhältnis, so herrschen im Gas noch weitaus höhere Drücke als in der Umgebung. Es finden Nachexpansionen statt, die den Druck über Verdichtungsstöße auf den Umgebungsdruck entspannen. Diese Verdichtungsstöße sind in hohem Maße dissipativ, d.h. die vorhandene Druckenergie wird in Wärme umgewandelt. Wird zusätzlich die Strömung abgebremst, so steht auch die kinetische Energie noch als Wärme zur Verfügung. Somit kann der größte Teil der ursprünglichen Druckenergie in Wärme umgewandelt werden.
In der Zündvorrichtung 10 der Fig. 1 ist nun die konzentrische äussere Luftzuführung unterbrochen. Luft wird durch ein parallel zum Brennstoffrohr 23 verlaufendes Zündgasrohr 22 vor Erreichen des Flammrohres durch eine Düse 21 , die auch als Lavaldüse ausgebildet sein kann, entspannt. In dem Raum hinter der Düse ist in der Symmetrieachse 15 der Zündvorrichtung ein Resonanzrohr 19 angeordnet, das zur Düse 21 hin offen ist. Das aus der Düse 21 strömende Gas (Luft) gelangt direkt in das Resonanzrohr 19. Durch eine entsprechende Gestaltung des Reso- nanzrohres 19, das sich unmittelbar am Austritt der Düse 21 befindet, kann eine starke Temperaturerhöhung am teilweise oder ganz geschlossenen, entgegengesetzten Ende des Resonanzrohres 19 erzeugt werden. Zur Zündung wird nun ein geringer Teil der in das Resonanzrohr einschiessenden Luft (Zündluft) über die Zündtemperatur von Kohlenwasserstoffen aufgeheizt. Diese Zündluft wird durch eine kleine Zündöffnung 20 des Resonanzrohres 19 einem nachfolgenden separaten, zwischen Resonanzrohr 19 und Flammrohr 13 angeordneten Zündraum 16 zugeführt, wo sie mit Brennstoff vermischt zur Selbstzündung führt. Die restliche, entspannte Luft wird parallel zu Resonanzrohr 19 und Zündraum über eine Austrittsöffnung 17 und einen Auslasskanal 18 abgeführt. Es kann jedoch auch dieser Restteil bzw. die gesamte zugeführte Luft zur Zündung des Gemisches verwandt werden. Bei der Verwendung von komprimierter Luft als Resonanzgas sind zur Erzielung der Zündtemperatur Drücke im Bereich höher als 10 bar erforderlich. Es wird somit vorgeschlagen, Luft mit Drücken um die 10 bar (bzw. höher) zur Verfügung zu stellen, und diese mittels eines Resonanzrohres auf Zündtemperatur aufzuheizen.
Als Zündbrennstoff soll vorwiegend der Brennstoff der Gasturbine verwendet werden. Alternativ ist jedoch auch die Verwendung anderer Brennstoffe denkbar, wie z.B. das derzeit verwendete Methan oder Propan.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist bei der dortigen Zündvorrichtung 24 das der Düse 21 gegenüberliegende Ende des Resonanzrohres 19 vollständig geschlossen. Der Zündraum ist weggelassen, sodass das geschlossene Ende des Resonanzrohres 19 mit seiner aufgeheizten Oberfläche direkt mit dem Gas im Flammrohr 13 in Kontakt steht. Die gesamte durch die Düse 21 entspannte Luft wird durch die Austrittsöffnung 17 und den Auslasskanal 18 in das Flammrohr 13 abgeführt. Zusätzlich kann in das Zündgasrohr 22 und durch einen Sauerstoffkanal 25 in den Austrittskanal 18 Sauerstoff 26 zugegeben werden.
Gemäss Fig. 3 kann die Integration der Zündvorrichtung 31 in eine Gasturbinenanlage 27 auf relativ einfache Weise erfolgen: Die Gasturbinenanlage 27 umfasst einen Kompressor 28 zur Komprimierung der über den Verbrennungslufteingang zugeführten Verbrennungsluft, eine Brennkammer 30 und eine Gasturbine 29, in welcher die heissen Gase aus der Brennkammer 30 unter Arbeitsleistung entspannt und anschliessend an einem Abgasausgang 39 an einen Kamin oder Abhitzedampferzeuger abgegeben werden. Die Luftbevorratung kann je nachdem Verdichterenddruck der Gasturbine 29 über die Gasturbine 29 selbst und/oder aber über externe Zündluftversorgung 35 als Quelle erfolgen. Von den beiden alternativen Quellen aus wird die komprimierte Luft über Rückschlagventile 36, 37 einem Zündluftspeicher 34 zugeführt und von dort nach Bedarf über ein gesteuertes Ventil 33 in die Zündvorrichtung 31 eingespeist. Der notwendige Zündbrennstoff wird über eine Zündbrennstoffversorgung 32 herangeführt. Die erforderliche Resonanzaufheizung kann auch mit einem andern Treibgas als Luft (z. B. N2) be- werkstelligt werden, falls dies vorteilhafter zur Verfügung steht. In diesem Fall muss allerdings die notwendige Zündluft zusätzlich aufgeheizt werden. Dies kann über eine heiße Oberfläche oder durch Mischung mit dem aufgeheizten Treibgas oder eines Teiles dessen, geschehen.
Das Zünden mittels der aufgeheizten Oberfläche des Resonanzrohres (Fig. 2) kann auch bei der Verwendung von Luft als Treibgas erfolgen. Eine Verbesserung der Zündwilligkeit kann durch Zugabe von Sauerstoff in das Resonanzgas und/oder in die restliche entspannte abzuführende Luft erzielt werden.
Prinzipiell lässt sich das beschriebene Verfahren in die unterschiedlichsten Geometrien einfügen. Aufgrund seiner kompakten Bauart ist es jedoch von besonderem Vorteil, das Resonanzrohr 19 derart zu gestalten, dass das derzeitige elektrische Bauteil (Fig. 1 der EP-A1-0 992 661 ) einfach durch das Resonanzrohr mit Druckluftzuführung 21 , 22 ausgetauscht wird. Analog zu den Fig. 1 und 2 kann die Resonanzzündvorrichtung mit Resonanzrohr 19, Düse 21 und Zündgasrohr 22 gemäss Fig. 4 unter Bildung einer Zündvorrichtung 40 auch in eine herkömmliche Zündgasfackel eingebaut werden. Die restliche entspannte Luft, die nicht durch die Zündöffnung 20 in den Zündraum 16 eingeführt wird, gelangt über eine Austrittsöffnung 41 in einen Austrittsraum 42 und von dort über einen Verbindungska- nal 43 in das Flammrohr 13.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 schliesslich wird der durch über die Düse 21 entspannten und im Resonanzrohr 19 erhitzten Luft über einen vergleichsweise engen Verbindungskanal 46 aus dem Brennstoffrohr 23 Brennstoff zugemischt. Das gebildete Gemisch tritt unter Entzündung aus Zündöffnungen 45 an der geschlossenen Seite des Resonanzrohres 19 in das Flammrohr 13 aus und führt dann zur Zündung des im Flammrohr 13 gebildeten Brennstoff/Luftgemisches. BEZUGSZEICHENLISTE
10,24,40,44 Zündvorrichtung
11 Brennraum 12 Brennraumwand
13 Flammrohr
14 Mittelachse (Zündvorrichtung)
15 Symmetrieachse
16 Zu nd räum 17,41 Austrittsöffnung
18 Auslasskanal
19 Resonanzrohr 0,45 Zündöffnung 1 Düse 2 Zündgasrohr 3 Brennstoffrohr 5 Sauerstoffkanal 6 Sauerstoff 7 Gasturbinenanlage 8 Kompressor 9 Gasturbine 0 Brennkammer 1 Zündvorrichtung 2 Zündbrennstoffversorgung 3 Ventil 4 Zündluftspeicher 5 externe Zündluftversorgung 6,37 Rückschlagventil 8 Verbrennungslufteingang 9 Abgasausgang 2 Austrittsraum 3,46 Verbindungskanal

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Zünden der Brennkammer (30) einer Gasturbinenanlage (27), dadurch gekennzeichnet, dass ein komprimiertes Gas mit einem weit überkritischen Druckverhältnis über eine Düse (21 ) entspannt und durch Wechselwirkung mit einem der Düse (21) nachgeordneten Resonanzrohr (19) auf eine zum Zünden von Kohlenwasserstoffen geeignete Temperatur aufgeheizt wird, und dass das aufgeheizte Gas direkt oder indirekt zum Zünden eines in die Brennkammer (30) eingeführten Brennstoff/Luftgemisches verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (30) einen Brennraum (11 ) umfasst, an welchen ein in den Brennraum
(11 ) mündendes Flammrohr (13) angeschlossen ist, dass ein Zündbrennstoff und Zündluft in das Flammrohr (13) eingeführt wird, und dass die Zündung des Zündbrennstoff/Zündluftgemisches im Flammrohr (13) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als komprimiertes Gas Luft verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Flammrohr (13) und dem Resonanzrohr (19) ein in das Flammrohr (13) mündender Zündraum (16) angeordnet ist, und dass ein Teil der im Resonanzrohr (19) aufgeheizten Luft durch eine Zündöffnung (20) im Resonanzrohr (19) dem Zünd- räum (16) zugeführt wird, sich dort mit dem Zündbrennstoff vermischt und sich selbst entzündet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Teil der in das Resonanzrohr (19) entspannten Luft am Zündraum (16) vorbei in das Flammrohr (13) abgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündbrennstoff/Zündluftgemisch im Flammrohr (13) durch Kontakt mit einer aufgeheizten Oberfläche des Resonanzrohres (19) gezündet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte in das Resonanzohr (19) entspannte Luft zur Zündung des Zündbrenn- stoff/Zündluftgemisches verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zündbrennstoff der Brennstoff der Gasturbine verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Zündbrennstoff ein von dem Brennstoff der Gasturbine verschiedener Brennstoff, insbesondere Methan oder Proppan, verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Zündwilligkeit der im Resonanzrohr (19) aufgeheizten Luft und/oder der übrigen in das Resonanzrohr (19) entspannten Luft Sauerstoff zugesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (27) einen Kompressor (28) zum Komprimieren der Verbrennungsluft umfasst, und dass die komprimierte Luft zum Zünden der Brennkammer dem Kompressor (28) und/oder einer externen Zündluftversorgung (35) entnommen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als komprimiertes Gas ein von Luft verschiedenes Gas, insbesondere Stickstoff, verwendet wird, dass für die Zündung zusätzlich Zündluft verwendet wird, und dass die Zündluft zusätzlich aufgeheizt wird.
13. Zündvorrichtung (10, 24, 40, 44) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine Düse (21 ), welche über ein Zündgasrohr (22) mit einem komprimierten Gas versorgt wird, sowie ein hinter der Düse (21 ) angeordnetes Resonanzrohr (19), in welches das aus der Düse (21 ) ausströmende Gas einströmt, und welches mit der Brennkammer (30) bzw. einem Brennraum (11 ) der Brennkammer (30) in Verbindung steht.
14. Zündvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an den Brennraum (11 ) der Brennkammer (30) ein in den Brennraum (11 ) münden- des Flammrohr (13) angeschlossen ist, und dass zumindest ein Teil des durch die Düse (21 ) in das Resonanzrohr (19) entspannten Gases über einen ausserhalb des Resonanzrohres (19) verlaufenden Auslasskanal (18) in das Flammrohr (13) strömt.
15. Zündvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das gesamte durch die Düse (21 ) in das Resonanzrohr (19) entspannte Gas über den ausserhalb des Resonanzrohres (19) verlaufenden Auslasskanal (18) in das Flammrohr (13) strömt.
16. Zündvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das
Resonanzrohr (19) mit einer aufgeheizten Oberfläche an das Flammrohr (13) angrenzt.
17. Zündvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (19) an einen Zündraum (16) angrenzt, welcher seinerseits in das Flammrohr (13) mündet, und dass ein Teil des im Resonanzrohr (19) befindlichen Gases durch eine Zündöffnung (20) aus dem Resonanzrohr (19) direkt in den Zündraum (16) austritt.
18. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (25) zum Zugeben von Sauerstoff (26) in den Auslasskanal (18) und/oder das Zündgasrohr (22) vorgesehen sind.
19. Zündvorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein zentrales Brennstoffrohr (23) zum Flammrohr (13) führt, und dass das Zündgasrohr (22), die Düse (21 ) und das Resonanzrohr (19) hinterein- ander parallel zum Brennstoffrohr (23) angeordnet sind.
20. Zündvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Resonanzrohr (19) über einen Verbindungskanal (46) mit dem Brennstoffrohr (23) verbunden ist.
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