DE102006007087A1

DE102006007087A1 - Gasturbinen-Brennkammer

Info

Publication number: DE102006007087A1
Application number: DE102006007087A
Authority: DE
Inventors: Satoshi Takasago Tanimura; Lindsay H. Miami Morton; Robert D. Miami Zangara
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-02-22
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: CN1912470A; US20070033919A1; CN100510540C; DE102006007087B4; JP2007046886A; US7540154B2

Abstract

Diese Erfindung dient dazu, das Auftreten von Rauch, beispielsweise während eines Leicht- bzw. Niederlastbetriebs einer Gasturbine, zu vermeiden, indem ein Luftstoßverfahren für eine Pilotdüse (10) in einer Dual-Brennstoff-Brennkammer mit niedrigem Nox-Ausstoß angewandt wird. Eine Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer der Erfindung besteht darin, dass eine Pilotdüse (10), welche einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen kann, sowie mehrere um die Pilotdüse (10) herum angeordnete Hauptdüsen, welche einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen können, vorgesehen sind, wobei die Pilotdüse (10) einen Gas-Düsenabschnitt (13) zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs und einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs aufweist. In der Pilotdüse wird ein Luftstoßverfahren für den Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) eingesetzt, und es wird Verbrennungsluft für einen Luftstoß genutzt und die Verbrennungsluft auf eine Flüssigkeitsschicht geschleudert, die in dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) ausgebildet ist, um den flüssigen Brennstoff mittels einer Geschwindigkeitsdifferenz zu zerstäuben.

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer mit niedrigem NO_x zur Verbrennung von zwei verschiedenen Brennstoffen für eine Gasturbine, die auch als Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer bezeichnet wird.
In den vergangenen Jahren sind verschiedene Verbesserungen an einer Brennkammer etc. in einer Gasturbine vorgenommen worden, um NO_x zu mindern und die Temperatur der Gasturbine anzuheben (die Einlasstemperatur der Turbine anzuheben), wodurch ein hoher Wirkungsgrad erzielt wird.
Wie beispielsweise in 4 gezeigt ist, werden ein Brennstoff F, der über eine in der Mitte eines Brennkammer-Innenrohrs 101 vorgesehene Pilotdüse 102 sowie über mehrere um die Pilotdüse 102 herum vorgesehene Hauptdüsen 103 eingespritzt wird, und Druckluft PA, die aus einem Kompressor 104 ausgetragen und an einer stromaufwärtigen Seite des Brennkammer-Innenrohrs 101 eingeleitet wurde, in einer Brennkammer 100 einer Gasturbine gemischt. Dann wird das Gemisch in einer Verbrennungszone an einer stromabwärtigen Seite des Brennkammer-Innenrohrs 101 oder einer stromaufwärtigen Seite eines Brennkammer-Übergangsrohrs 105 verbrannt und als Hochtemperatur-, Hochdruck-Verbrennungsgas CG in die mit Leitschaufeln 106 und Laufschaufeln 107 ausgestattete Turbine eingeleitet. In der Turbine wird das Verbrennungsgas CG expandiert, um die Antriebskraft zu liefern, welche den Kompressor 104 antreibt und eine überschüssige Antriebskraft nach außen abgibt.
Das Verhältnis zwischen der in das Brennkammer-Innenrohr 101 eingeleiteten Druckluft PA und dem Brennstoff F (d.h. das Brennstoff-Luftverhältnis) muß gesteuert werden, um einen Optimalwert gemäß dem Betriebszustand der Gasturbine (d.h. der zugeführten Brennstoffmenge) anzunehmen. Für diesen Zweck wird nicht die gesamte Druckluft PA in einen Verbrennungsabschnitt der Brennkammer 100 umgeleitet, sondern ein Teil der Druckluft PA wird vorbeigeleitet und von einem Turbinengehäuse 108 in das Brennkammer-Übergangsrohr 105 eingeleitet. Ein Bypassventil 109 ist für diesen Zweck vorgesehen und ermöglicht, dass ein Teil der Druckluft PA in das Brennkammer-Übergangsrohr 105 von einem Öffnungsabschnitt eines in dem Turbinengehäuse 108 vorgesehenen Bypassrohrs 110 zugeführt wird.
Bei einer solchen Brennkammer 100 wird die stromaufwärtige Seite des Brennkammer-Innenrohrs 101 als Verbrennungszone der ersten Stufe genutzt, und die stromabwärtige Seite des Brennkammer-Innenrohrs 101 wird als Verbrennungszone der zweiten Stufe genutzt. Eine relativ geringe Brennstoffmenge wird durch die Pilotdüse 102 in die Verbrennungszone der ersten Stufe eingespritzt, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen. Bei Entzündung dieses Verbrennungsgases (Trigger) wird eine große Menge eines mageren vorgemischten Brennstoffgemisches durch die Hauptdüsen 103 in die Verbrennungszone der zweiten Stufe eingespritzt, wodurch die Erzeugung eines lokalen Hochtemperatur-Verbrennungsgases vermieden wird und NO_x auf einem Minimum gehalten wird (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-130756).
Als die oben erwähnte Brennkammer 100 ist eine sog. Nieder-NO_x-Brennkammer zur Verbrennung von zwei verschiedenen Brennstoffen, im folgenden als Nieder-NO_x-Dual-Brennstoff-Brennkammer bezeichnet, bekannt, bei der die Pilotdüse 102 in der Lage ist, einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einzuspritzen, und die mehreren um die Pilotdüse 102 herum angeordneten Hauptdüsen 103 ebenfalls in der Lage sind, einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv auszuspritzen.
Die Pilotdüse 102 wird als Beispiel zur Veranschaulichung genommen, wie beispielsweise in 5 gezeigt ist. Die Pilotdüse 102 hat einen Flüssigkeits- Düsenabschnitt 112 eines Drucksprühtyps, der im Zentrum eines Düsenkörpers 111 vorgesehen ist, um einen flüssigen Brennstoff zu versprühen, und mehrere Gas-Düsenabschnitte 113, welche den Flüssigkeits-Düsenabschnitt 112 konzentrisch umgeben, zum Einspritzen eines gasförmigen Brennstoffs schräg nach außen.

Bei einer solchen Nieder-NOx-Dual-Brennstoff-Brennkammer ermöglicht die Pilotdüse 102 die Verwendung verschiedenartiger verfügbarer Brennstoffe und kann unterschiedliche Brennstoffe in Kombination verwenden, wodurch eine diffusive Verbrennung mit ausgezeichneter Verbrennungsstabilität realisiert wird. Die Hauptdüsen 103 können andererseits viele Brennstoffe nutzen, wodurch es möglich wird, die Menge eines bei der diffusiven Verbrennung verwendeten Pilotbrennstoffs zu vermindern und eine Vorgemischverbrennung zu erreichen, die mit einer minimalen NO_x-Konzentration verbunden ist (siehe beispielsweise die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 1997-264536).

Bei der oben beschriebenen Dual-Brennstoff-Brennkammer wird jedoch eine Drucksprühdüse als Flüssigkeits-Düsenabschnitt 112 zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs in der Pilotdüse 102 verwendet. Dies hat das Problem gestellt, dass, wenn ein Betrieb mit einem hohen Pilotverhältnis (einem hohen Verhältnis der Menge des von der Pilotdüse 102 eingespritzten flüssigen Brennstoffs zu der Menge des von den Hauptdüsen 103 eingespritzten flüssigen Brennstoffs) durchgeführt wird, um eine stabile Verbrennung zu gewährleisten, es beispielsweise während eines Leicht- bzw. Niederlastbetriebs der Gasturbine zu einer Rauchentwicklung kommt (schwarzer Rauch), was zu Umweltverschmutzung führt).

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Rauchentwicklung, beispielsweise während eines Niederlastbetriebs der Gasturbine zu mindern, indem ein Luftstoßverfahren (air blast method) für die Pilotdüse in der Nieder-NOx-Dual-Brennstoff-Brennkammer angewandt wird.

Um die obige Aufgabe zu erfüllen, ist die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer der Erfindung eine Gasturbinen-Brennkammer für eine Gasturbine mit niedrigem Nox-Ausstoß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Diese Brennkammer weist eine Pilotdüse auf, welche gasförmigen Brennstoff und flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen kann, sowie mehrere um die Pilotdüse herum angeordnete Hauptdüsen, die gasförmigen Brennstoff und flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen können,
wobei die Pilotdüse einen Gas-Düsenabschnitt zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs sowie einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs aufweist, die Pilotdüse ein Luftstoßverfahren für den flüssigen Düsenabschnitt anwendet, Verbrennungsluft als Luft für den Luftstoß verwendet und die Verbrennungsluft auf eine in dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt ausgebildeten Flüssigkeitsfilm schleudert, um den flüssigen Brennstoff unter Nutzung einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Verbrennungsluft und dem Flüssigkeitsfilm zu zerstäuben.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeits-Düsenabschnitt in einer Ringform ausgebildet ist, um den flüssigen Brennstoff in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand einzuspritzen, und ferner einen ersten Luftstoß-Düsenabschnitt zum Erzeugen eines Luftstoßes entlang einer Innenfläche einer Schicht des in dem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand eingespritzten flüssigen Brennstoffs, und einen zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt zum Erzeugen eines Luftstoßes entlang einer Außenfläche der Schicht flüssigen Brennstoffs aufweist.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftdurchgang zum Zuführen der Verbrennungsluft zumindest zu dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt sich in mehrere Abschnitte in einer Umfangsrichtung der Pilotdüse verzweigt, ein Gasdurchgang zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Gas-Düsenabschnitt sowie ein Flüssigkeitsdurchgang zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs zu dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt jeweils auf ähnliche Weise in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung der Pilotdüse verzweigt sind, und die mehreren Abschnitte des Luftdurchgangs und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgangs und/oder die mehreren Abschnitte des Flüssigkeitsdurchgangs alternierend in der Umfangsrichtung der Pilotdüse angeordnet sind.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdurchgang unter einem Winkel in bezug auf eine radiale Linie der Pilotdüse angeordnet ist, um einen Wirbel in dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt zu erzeugen.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt in einer Ringform ausgebildet ist, um den Luftstoß in einer Ringform zu erzeugen.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt ein Verwirbelungselement aufweist, das in einem Innenabschnitt desselben angeordnet ist.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeits-Düsenabschnitt innerhalb eines Verwirbelungselements vorgesehen ist, welches innerhalb eines in Ringform ausgebildeten Luftstoß-Düsenabschnitts angeordnet ist, um den Luftstoß in einer Ringform zu erzeugen.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist ferner dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeits-Düsenabschnitt so ausgerichtet ist, dass der flüssige Brennstoff entlang einem Äußeren des in einem Luftstoß-Düsenabschnitt erzeugten Luftstoßes eingespritzt wird.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass ein Luftdurchgang zum Zuführen der Verbrennungsluft zu dem Luftstoß-Düsenabschnitt in mehrere Abschnitte in einer Umfangsrichtung der Pilotdüse verzweigt ist, ein Gasdurchgang zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Gas-Düsenabschnitt auf ähnliche Weise in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung der Pilotdüse verzweigt ist und die mehreren Abschnitte des Luftdurchgangs und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgangs alternierend in der Umfangsrichtung der Pilotdüse angeordnet sind.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstoß-Düsenabschnitt in einer Mitte der Pilotdüse vorgesehen ist, und die Verbrennungsluft in einem Turbinengehäuse dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt über eine externe Rohrleitung durch einen Luftdurchgang zugeführt wird, welcher einen annähernd zentralen Abschnitt der Pilotdüse durchsetzt.

Die Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer ist auch dadurch gekennzeichnet, dass der erste Luftstoß-Düsenabschnitt ein in einem Innenabschnitt desselben angeordnetes Verwirbelungselement aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer Pilotdüse, die eine Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
2 eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer Pilotdüse, die eine Ausführungsform 2 der Erfindung zeigt,
3 eine Schnittansicht wesentlicher Teil einer Pilotdüse, die eine Ausführungsform 3 der Erfindung zeigt,
4 eine Schnittansicht der Umgebung einer herkömmlichen Gasturbinen-Brennkammer, und
5 eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer herkömmlichen Pilotdüse.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die Gasturbinen-Brennkammer gemäß der Erfindung wird im folgenden detailliert anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
[Ausführungsform 1]
1 ist eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer Pilotdüse, die eine Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine Pilotdüse 10 einer Nieder-NOx-Dual-Brennstoffverbrennungs-Brennkammer in einer Gasturbine einen stabförmigen Düsenkörper 11, der in eine rohrförmige Düsenabdeckung 12 eingesetzt ist.
Der Düsenkörper 11 hat einen Gas-Düsenabschnitt 13 zum Einspritzen eines gasförmigen Brennstoffs, wie z.B. LNG, und einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 zum Einspritzen eines flüssigen Brennstoffs wie z.B. eines Leichtöls oder von Kerosin. Ein Luftstoßverfahren („air-blast"-Verfahren) wird für den Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 angewandt, und Verbrennungsluft (Druckluft wird als Luft für einen Luftstoß verwendet. Die Verbrennungsluft wird auf eine Flüssigkeitsschicht geschleudert, die in dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ausgebildet ist, so dass der flüssige Brennstoff durch Anwendung einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Verbrennungsluft und der Flüssigkeitsschicht (es wirkt dabei eine Scherkraft) zerstäubt wird.
Mehrere der Gas-Düsenabschnitte 13 sind in einem Außenumfangsabschnitt der Spitze bzw. Vorderseite des Düsenkörpers 11 derart vorgesehen, dass sie die Düsenabdeckung 12 durchsetzen, und sind so ausgestaltet, dass sie den gasförmigen Brennstoff schräg von diesem Körper 11 nach außen einspritzen.
Der Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ist an seiner Vorderseite in einer abgeschrägten Ringform zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand ausgebildet, und weist ferner einen ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a zum Erzeugen eines Luftstoßes (eines heftig eingeblasenen Luftstroms) entlang der Innenfläche der Schicht des in dem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand eingespritzten flüssigen Brennstoffs auf, und einen zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt 15b zum Erzeugen eines Luftstoßes entlang der Außenfläche der Schicht des flüssigen Brennstoffs.
Der erste Luftstoß-Düsenabschnitt 15a ist als horizontal langgestreckter Hohlraum in der Mitte des Düsenkörpers 11 ausgebildet. Ein Luftdurchgang 16 zum Zuführen von Druckluft zu dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a verzweigt sich in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11. Auf ähnliche Weise sind ein Gasdurchgang 17 zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu den Gas-Düsenabschnitten 13 sowie ein Flüssigkeitsdurchgang 18 zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs zu dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 jeweils in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 verzweigt. Die mehreren Abschnitte des Luftdurchgangs 16 und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgangs 17 und/oder die mehreren Abschnitte des Flüssigkeitsdurchgangs 18 sind alternierend in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 angeordnet. Außerdem hat der Luftdurchgang 16 einen Einleit-Endabschnitt, der zum Außenumfang eines Zwischenabschnitts des Düsenkörpers 11 hin offen ist, und unter einem Winkel in bezug auf die Radiallinie des Düsenkörpers 11 angeordnet ist, um einen Wirbelstrom in dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a zu erzeugen.
Der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt 15b ist an einer Vorderseite in einer abgefasten Ringform (tapered annular form) ausgebildet, um einen Luftstoß in einer abgefasten Ringform zu erzeugen. Die Bezugsziffer 19 in der Zeichnung bezeichnet eine Düsenabdeckung, die über dem vorderen Ende des Düsenkörpers 11 aufgesetzt ist, und die Düsenabdeckung 19 hat eine als schräg verlaufende Fläche ausgebildete Innenfläche. Ein Luftdurchgang (Lufteinlassloch) 20 zum Zuführen von Druckluft zu dem zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt 15b ist in mehrere Abschnitte in einem Außenumfangsabschnitt des Düsenkörpers 11 verzweigt und hat einen zu dem Außenumfang eines Zwischenabschnitts des Düsenkörpers 11 offenen einleitseitigen Endabschnitt. Der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt 15b hat einen geraden Teil, innerhalb dem mehrere flügelförmige Verwirbelungselemente 21 in der Umfangsrichtung angeordnet sind.
Der Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ist in einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14a einer vorderen Stufe mit einem in abgefaster Ringform ausgebildeten ersten Halbteil und in einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14b einer hinteren Stufe, der in einer geraden Ringform ausgebildet ist, unterteilt. Der Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14a der vorderen Stufe und der Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14b der hinteren Stufe sind über mehrere Wirbelanschlüsse 14c in Verbindung, die in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 vorgesehen sind. Innerhalb des Flüssigkeits-Düsenabschnitts 14a der vorderen Stufe ist eine Abstufung 14d zum Erzeugen eines Wirbelstroms in der Form einer Rippe ausgebildet.
Weitere Merkmale der Nieder-NOx-Dual-Brennstoffverbrennungs-Brennkammer sind gleich denjenigen der 4, und doppelte Erklärungen werden durch Bezugnahme auf 4 vermieden.
Wird ein gasförmiger Brennstoff als Brennstoff für die Dual-Brennstoff-Brennkammer im Betrieb der Gasturbine verwendet, passiert wegen der obigen Konfiguration der gasförmige Brennstoff in der Pilotdüse 10 von einer Zuführquelle für den gasförmigen Brennstoff (nicht dargestellt) durch den in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 verzweigten Gasdurchgang 17 und wird von den Gas-Düsenabschnitten 13 ausgestoßen, die an den Vorderenden der mehreren Abschnitte vorgesehen sind, schräg nach außen bzw. eingespritzt.
Wird ein flüssiger Brennstoff gleichzeitig mit oder selektiv statt dem gasförmigen Brennstoff verwendet, passiert der flüssige Brennstoff von einer Zuführquelle für den flüssigen Brennstoff (nicht dargestellt) durch den in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers verzweigten Flüssigkeitsdurchgang 18 und wird dem in Ringform ausgebildeten Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 zugeführt. Von dort wird der flüssige Brennstoff eingespeist, und wird, während er durch den Wirbelanschluss 14c und die Stufe 14d verwirbelt wird, in einem ringförmigen Flüssigkeitsschicht zustand von dem abgefasten Ringteil des Flüssigkeits-Düsenabschnitts 14a der vorderen Stufe eingespritzt.
Gleichzeitig wird Druckluft von einer Druckluftquelle (nicht gezeigt; von dem Kompressor der Gasturbine ausgetragene Luft) dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a zugeführt, nachdem sie den in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 verzweigten Luftdurchgang 16 passiert hat, und wird ebenso dem zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt 15b über den Luftdurchgang 20 zugeführt. Die dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a zugeführte Druckluft wird nach außen ausgestoßen, während sie wegen der Neigung des Luftdurchgangs 16 verwirbelt wird, wodurch sie einen Luftstoß bildet, der entlang der Innenfläche der Schicht des flüssigen Brennstoffs verläuft, welcher in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand von dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ausgestoßen wird. Die dem zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt 15b zugeführte Druckluft wird nach außen ausgestoßen, während sie durch die Verwirbelungselemente 21 verwirbelt wird, wodurch ein Luftstoß gebildet wird, der entlang der Außenfläche der Schicht des flüssigen Brennstoffs verläuft, der in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand von dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ausgestoßen wird.
Wie oben dargestellt wurde, werden Luftstöße entlang den Innen- und Außenflächen der Schicht des flüssigen Brennstoffs gebildet, der in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand von dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 ausgestoßen wird. Damit wird die Zerstäubung und Verdampfung des flüssigen Brennstoffs gefördert, um einen zufriedenstellenden Verbrennungszustand zu erzielen. Auch wenn ein Betrieb mit hohem Pilotverhältnis durchgeführt wird, um Verbrennungsstabilität zu gewährleisten, kann somit beispielsweise während eines Leicht- bzw. Niederlastbetriebs der Gasturbine das Auftreten von Rauch (schwarzem Rauch) eingedämmt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Luftdurchgang 16, der dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a, der als horizontal langgestreckter Hohlraum in der Mitte des Düsenkörpers 11 ausgebildet ist, Druckluft zuführt, in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 verzweigt. Auf ähnliche Weise sind der Gasdurchgang 17 zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Gas-Düsenabschnitt 13 und der Flüssigkeitsdurchgang 18 zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs zu dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 jeweils in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 verzweigt. Die mehreren Abschnitte des Luftdurchgangs 16 und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgangs 17 und/oder die mehreren Abschnitte des Flüssigkeitsdurchgangs 18 sind alternierend in der Umfangsrichtung des Düsenkörpers 11 angeordnet. Somit kann die Komplexität der Durchgangsstruktur im Düsenkörper 11 wirksam vermieden werden. Mit anderen Worten kann die Pilotdüse 11, welche das Luftstoßverfahren anwendet, einfach und kostengünstig hergestellt werden.
[Ausführungsform 2]
2 ist eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer Pilotdüse zur Darstellung einer Ausführungsform 2 der Erfindung.
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der der erste Luftstoß-Düsenabschnitt 15a der Ausführungsform 1 wegfällt; nur ein ringförmiger Luftstoß-Düsenabschnitt 15A, welcher dem zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt 15b in Ausführungsform 1 entspricht, ist vorgesehen; das Vorderende eines Flüssigkeits-Düsenabschnitts 14A, das in der Form eines Anschlusses ausgebildet ist und mit dem ringförmigen Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14a der vorderen Stufe in Verbindung steht, ist gegenüber jedem der flügelartigen Verwirbelungselemente 21 offen, die in dem Luftstoß-Düsenabschnitt 15A vorgesehen sind. Da die weiteren Merkmale die gleichen wie bei Ausführungsform 1 sind, sind die gleichen Elemente wie die in 1 gezeigten mit den gleichen Bezugsziffern wie bei 1 versehen, und eine Wiederholung der Erläuterungen entfällt.
Gemäß dieser Ausführungsform bildet der von den Flüssigkeits-Düsenabschnitten 14A eingespritzte flüssige Brennstoff eine Flüssigkeitsschicht, die sich entlang der Außenumfangswandfläche des Luftstoß-Düsenabschnitts 15A ausbreitet, und es wird ein Luftstoß durch den Luftstoß-Düsenabschnitt 15A innerhalb dieser Flüssigkeitsschicht erzeugt, wodurch die Zerstäubung des flüssigen Brennstoffs gefördert wird.
Somit werden die gleichen Vorgänge und Wirkungen wie bei Ausführungsform 1 erzielt. Ferner entfällt der erste Luftstoß-Düsenabschnitt 15a der Ausführungsform 1. Dies erbringt den Vorteil, dass die Durchgangs- und Düsenstruktur in dem Düsenkörper 11 im Vergleich zur Ausführungsform 1 vereinfacht werden können.
[Ausführungsform 3]
3 ist eine Schnittansicht wesentlicher Teile einer Pilotdüse zur Darstellung der Ausführungsform 3 der Erfindung.
Die vorliegende Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der der Luftdurchgang 16 zum Zuführen von Druckluft zu dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a in Ausführungsform 1 als einzelner Luftdurchgang 16A ausgebildet ist, der die Mitte des Düsenkörpers 11 durchsetzt. Eine externe Rohrleitung ist mit dem Luftdurchgang 16A so verbunden, dass Druckluft in dem Turbinengehäuse dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt 15a zugeführt wird (siehe ein Druckluftauslaß 30, der in dem Turbinengehäuse 180 der 4 ausgebildet ist und eine damit verbundene externe Rohrleitung aufweist). Ferner ist ein Verwirbelungselement 28 innerhalb des ersten Luftstoß-Düsenabschnitts 15 angebracht. Da die weiteren Merkmale die gleichen wie bei Ausführungsform 1 sind, werden die gleichen Elemente wie die in 1 gezeigten mit den gleichen Bezugsziffern versehen wie in 1, und doppelte Erläuterungen entfallen.
Gemäß dieser Ausführungsform wird der aus dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt 14 eingespritzte flüssige Brennstoff in stärkerem Ausmaß durch in Sandwichform erzeugte Luftstöße zerstäubt. Damit werden die gleichen Vorgänge und Wirkungen erzielt wie bei Ausführungsform 1. Ferner bietet der einzelne Luftdurchgang 16A den Vorteil, dass die Durchgangsstruktur in dem Düsenkörper 11 im Vergleich zur Ausführungsform 1 vereinfacht werden kann.

Claims

Eine Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer für eine Gasturbine mit einer Pilotdüse (10), welche einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen kann, und mehreren um die Pilotdüse (10) herum angeordneten Hauptdüsen, die einen gasförmigen Brennstoff und einen flüssigen Brennstoff gleichzeitig oder selektiv einspritzen können, wobei die Pilotdüse (10) einen Gas-Düsenabschnitt (13) zum Einspritzen des gasförmigen Brennstoffs und einen Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs aufweist, die Pilotdüse (10) ein Luftstoßverfahren für den Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) anwendet, Verbrennungsluft als Luft für einen Luftstoß verwendet und die Verbrennungsluft auf eine Flüssigkeitsschicht schleudert, die in dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) ausgebildet ist, um den flüssigen Brennstoff durch Nutzung einer Geschwindigkeitsdifferenz zwischen der Verbrennungsluft und der Flüssigkeitsschicht zu zerstäuben.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) in einer Ringform ausgebildet ist, um den flüssigen Brennstoff in einem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand einzuspritzen, und ferner einen ersten Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) zum Erzeugen eines Luftstoßes entlang einer Innenfläche einer Schicht des in dem ringförmigen Flüssigkeitsschichtzustand eingespritzten flüssigen Brennstoffs sowie einen zweiten Luftstoß-Düsenabschnitt (15b) zum Erzeugen eines Luftstoßes entlang einer Außenfläche der Schicht des flüssigen Brennstoffs aufweist.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 2, wobei ein Luftdurchgang (16) zum Zuführen der Verbrennungsluft zumindest zu dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) in mehrere Abschnitte in einer Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) verzweigt ist, ein Gasdurchgang (17) zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Gas-Düsenabschnitt (13) sowie ein Flüssigkeitsdurchgang (18) zum Zuführen des flüssigen Brennstoffs zu dem Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) jeweils auf ähnliche Weise in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) verzweigt sind, und die mehrere Abschnitte des Luftdurchgangs (16) und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgang (17)s und/oder die mehreren Abschnitte des Flüssigkeitsdurchgangs (18) alternierend in der Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) angeordnet sind.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 3, wobei der Luftdurchgang (16) unter einem Winkel in bezug auf eine radiale Linie der Pilotdüse (10) angeordnet ist, um einen Wirbel in dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) zu erzeugen.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt (15b) in einer Ringform ausgebildet ist, um den Luftstoß in einer Ringform zu erzeugen.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 5, wobei der zweite Luftstoß-Düsenabschnitt (15b) ein Verwirbelungselement aufweist, das in einem Innenabschnitt desselben angeordnet ist.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 1, wobei der Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) innerhalb eines Verwirbelungselements vorgesehen ist, welches in einem in Ringform ausgebildeten Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) angeordnet ist, um den Luftstoß in Ringform zu erzeugen.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 7, wobei der Flüssigkeits-Düsenabschnitt (14) so ausgerichtet ist, dass der flüssige Brennstoff entlang einer Außenseite des in dem Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) erzeugten Luftstoßes eingespritzt wird.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 7, wobei ein Luftdurchgang (16) zum Zuführen der Verbrennungsluft zu dem Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) in mehrere Abschnitte in einer Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) verzweigt ist, ein Gasdurchgang (17) zum Zuführen des gasförmigen Brennstoffs zu dem Gas-Düsenabschnitt (13) auf ähnliche Weise in mehrere Abschnitte in der Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) verzweigt ist, und die mehreren Abschnitte des Luftdurchgangs (16) und die mehreren Abschnitte des Gasdurchgangs (17) alternierend in der Umfangsrichtung der Pilotdüse (10) angeordnet sind.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 2, wobei der erste Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) in einer Mitte der Pilotdüse (10) angeordnet ist und die Verbrennungsluft in einem Turbinengehäuse dem ersten Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) über eine externe Rohrleitung durch einen Luftdurchgang (16) zugeführt wird, welcher einen annähernd zentralen Abschnitt der Pilotdüse (10) durchsetzt.
Dual-Brennstoff-Gasturbinen-Brennkammer nach Anspruch 10, wobei der erste Luftstoß-Düsenabschnitt (15a) ein in einem Innenabschnitt desselben angeordnetes Verwirbelungselement aufweist.