DE102006053679A1

DE102006053679A1 - Low emission combustion chamber and operating procedures

Info

Publication number: DE102006053679A1
Application number: DE102006053679A
Authority: DE
Inventors: Andrei Tristan Evulet; Balachandar Varatharajan; Jassin Marcel Fritz
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2005-11-15
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2007-05-24
Also published as: CN1975259A; JP2007139411A; GB0622550D0; US20070107437A1; GB2432206A

Abstract

Es wird eine Brennkammer (30) geschaffen. Die Brennkammer (30) enthält ein Brennkammerflammrohr (32) und einen Drallvormischer (34), der an dem Kopfende des Brennkammerflammrohres (32) angeordnet und dazu eingerichtet ist, der Brennkammer (30) ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuzuführen. Die Brennkammer (30) enthält auch mehrere tangential gestufte Injektoren (36), die stromabwärts von dem Drallvormischer (34) an dem Brennkammerflammrohr (32) angeordnet ist, wobei jeder der mehreren Injektoren (36) zum Einbringen des Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Richtung quer zu einer Längsachse (44) der Brennkammer (30) und zum sequentiellen Zünden der Brennstoff-Luft-Gemische von benachbarten tangentialen Injektoren (36) eingerichtet ist.It is created a combustion chamber (30). The combustor (30) includes a combustor flame tube (32) and a swirl premixer (34) disposed at the top of the combustor flame tube (32) and configured to supply a fuel-air mixture to the combustor (30). The combustor (30) also includes a plurality of tangentially stepped injectors (36) disposed downstream of the vortex premixer (34) on the combustor flame tube (32), each of the plurality of injectors (36) for introducing the fuel-air mixture into one Direction transverse to a longitudinal axis (44) of the combustion chamber (30) and for the sequential ignition of the fuel-air mixtures of adjacent tangential injectors (36) is arranged.

Description

Hintergrundbackground

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Brennkammern und konkreter auf eine Niedrigemissionsbrennkammer und ein Betriebsverfahren.The This invention relates generally to combustors and more specifically on a low-emission combustion chamber and operating procedure.

Vielfältige Typen von Gasturbinensystemen sind bekannt und in Gebrauch. Z.B. werden vom Flugzeugtriebwerk abgeleitete bzw. aeroderivative Gasturbinen für Anwendungen wie Energieerzeugung, Schiffsantriebe, Gaskompression, Kraft-Wärme-Kopplung, Bohrinselenergieversorgung usw. verwendet. Eine Gasturbine enthält typischerweise einen Verdichter zum Verdichten einer Luftströmung und eine Brennkammer, die die verdichtete Luft mit Brennstoff mischt und das Gemisch zündet, um ein Arbeitsgas zu erzeugen. Anschließend wird das Arbeitsgas zur Energieerzeugung durch eine Turbine expandiert. Der Brennkammerabschnitt ist typischerweise mit dem Verdichter- und dem Turbinenabschnitt koaxial angeordnet. Die Gestaltung des Brennkammerabschnitts kann weiterhin in Abhängigkeit von dem betrieblichen Aufbau der Gasturbine ausgewählt werden. Die in einer bestimmten Gasturbine verwendete Brennkammer kann z.B. eine Rohrbrennkammer, eine Ringbrennkammer oder eine Rohr-Ring-Brennkammer sein.Diverse types Gas turbine systems are known and in use. For example, become derived from the aircraft engine or aeroderivative gas turbines for applications such as power generation, marine propulsion, gas compression, combined heat and power, drilling rig energy supply etc. used. A gas turbine typically includes a compressor for compressing an air flow and a combustion chamber that mixes the compressed air with fuel and the mixture ignites, to produce a working gas. Subsequently, the working gas to Energy production expanded by a turbine. The combustion chamber section is typically coaxially disposed with the compressor and turbine sections. The design of the combustion chamber section can continue depending on be selected from the operational structure of the gas turbine. The combustor used in a particular gas turbine may e.g. a tube combustion chamber, an annular combustion chamber or a tube-ring combustion chamber be.

Darüber hinaus sind die Brennkammern für Gasturbinen so ausgeführt, dass die Emissionen, wie z.B. NO_x- und Kohlenmonoxidemissionen minimiert werden. In bestimmten Systemen wird eine Magervormischungsverbrennungstechnologie verwendet, um die Emissionen von solchen Systemen zu verringern. Die NO_x-Emissionen werden typischerweise durch ein Verringern der Flammentemperatur in der Reaktionszone der Brennkammer gesteuert. Im Betrieb wird eine niedrige Flammentemperatur durch ein Vormischen von Brennstoff und Luft vor der Verbrennung erreicht. Leider wird das Fenster der Funktionsfähigkeit für solche Brennkammern sehr klein, und die Brennkammern müssen von der mageren Verlöschgrenze entfernt betrieben werden. Infolgedessen ist es schwierig, die Vormischer, die in den Brennkammern verwendet werden, außerhalb ihres Auslegungsraumes zu betreiben. Wenn ausreichend magere Flammen darüber hinaus Änderungen der Leistungsvorgabe, Strömungsstörungen oder Änderungen der Brennstoffzusammensetzung ausgesetzt sind, können die sich ergebenden Störungen des Äquivalenzverhältnisses zu einem Erlöschen der Verbrennung führen. Ein solches Verlöschen kann bei stationären Turbinen einen Energieverlust und kostspielige Stillstandzeiten verursachen.In addition, combustors for gas turbines are designed to minimize emissions such as NO _x and carbon monoxide emissions. In certain systems, lean burn combustion technology is used to reduce emissions from such systems. The NO _x emissions are typically controlled by decreasing the flame temperature in the reaction zone of the combustion chamber. In operation, a low flame temperature is achieved by premixing fuel and air prior to combustion. Unfortunately, the operability window for such combustors becomes very small and the combustors must be operated away from the lean extinction limit. As a result, it is difficult to operate the premixers used in the combustors outside of their design space. In addition, if sufficiently lean flames are subjected to changes in power demand, flow disturbances, or changes in the fuel composition, the resulting equivalence ratio disturbances can result in combustion extinction. Such quenching can cause energy loss and costly downtime for stationary turbines.

Weiterhin kann eine Verbrennung mit Magervormischung Schwankungen hinsichtlich der Lage der Wärmefreisetzungszone bewirken, die zu hohen Druckfluktuationen führen. Solche Fluktuationen können hohe Amplituden erreichen und zu wesentlich höheren NO_x Emissionen führen und die Brennkammerelemente beschädigen.Furthermore, lean burn combustion can cause variations in the location of the heat release zone which result in high pressure fluctuations. Such fluctuations can reach high amplitudes and result in significantly higher NO _x emissions and damage the combustor elements.

Demnach besteht Bedarf an einer Brennkammer, die verringerte NO_x-Emissionen aufweist, während sie bei voller Leistung arbeitet. Es wäre ebenfalls vorteilhaft, eine Brennkammer für eine Gasturbine zu schaffen, die mit einer Vielzahl von Brennstoffen arbeitet, wobei über die Turbinenleistungen hinweg akzeptable Werte der Druckfluktuationen eingehalten werden.Accordingly, there is a need for a combustor that has reduced NO _x emissions while operating at full power. It would also be advantageous to provide a combustor for a gas turbine that operates on a variety of fuels while maintaining acceptable levels of pressure fluctuations throughout the turbine performances.

Kurze BeschreibungShort description

Kurz gesagt wird gemäß einer Ausführungsform eine Brennkammer geschaffen. Die Brennkammer enthält ein Brennkammerflammrohr und einen Drallvormischer, der an einem Kopfende des Brennkammerflammrohrs angeordnet und zur Lieferung eines Brennstoff-Luft-Gemisches an die Brennkammer eingerichtet ist. Die Brennkammer weist auch mehrere in Tangentialrichtung gestufte Injektoren auf, die stromabwärts von dem Drallvormischer an dem Brennkammerflammrohr angeordnet sind, wobei jeder der mehreren Injektoren zum Einbringen des Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Richtung quer zu einer Längsachse der Brennkammer und zum sequentiellen Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches von benachbarten tangentialen Injektoren eingerichtet ist.Short is said according to a embodiment created a combustion chamber. The combustion chamber contains a combustion chamber flame tube and a swirl pre-mixer attached to a head end of the combustor flame tube arranged and to supply a fuel-air mixture the combustion chamber is set up. The combustion chamber also has several in the tangential direction stepped injectors downstream of the vortex premixer are arranged on the combustion chamber flame tube, wherein each of the plurality of injectors for introducing the fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis the combustion chamber and for sequentially igniting the fuel-air mixture of adjacent tangential injectors is set up.

In einer anderen Ausführungsform wird ein Gasturbinensystem geschaffen. Das Gasturbinensystem enthält einen Verdichter, der zum Verdichten von Umgebungsluft eingerichtet ist, und eine Brennkammer in Strömungsverbindung mit dem Verdichter, wobei die Brennkammer zum Aufnehmen von verdichteter Luft aus dem Verdichter und zum Verbrennen einer Brennstoffströmung eingerichtet ist, um eine Brennkammeraustrittsgasströmung zu erzeugen. Das Gasturbinensystem enthält auch eine Turbine, die stromabwärts von der Brennkammer angeordnet und zum Expandieren der Brennkammeraustrittsgasströmung eingerichtet ist. Die Brennkammer enthält einen Drallvormischer, der an einem Kopfende der Brennkammer angeordnet ist, um innerhalb der Brennkammer einen Kerndrall eines Brennstoff-Luft-Gemisches zu bewirken, und mehrere tangentiale Injektoren, die stromabwärts von dem Drallvormischer angeordnet sind, wobei jeder der tangentialen Injektoren zum Einbringen eines Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Richtung quer zu einer Längsachse der Brennkammer eingerichtet ist, um eine sequentielle Zündung der Brennstoff-Luft-Gemische durch den Injektor zu fördern.In another embodiment a gas turbine system is created. The gas turbine system includes one Compressor adapted for compressing ambient air and a combustion chamber in fluid communication with the compressor, wherein the combustion chamber for receiving compressed Air from the compressor and set up to burn a fuel flow is to produce a combustor exit gas flow. The gas turbine system contains also a turbine, downstream arranged from the combustion chamber and adapted to expand the Brennkammeraustrittsgasströmung is. The combustion chamber contains a vortex former arranged at a head end of the combustion chamber is to within the combustion chamber to a core twist of a fuel-air mixture effect, and several tangential injectors downstream of the vortex premixer are arranged, each of the tangential Injectors for introducing a fuel-air mixture in one Direction transverse to a longitudinal axis the combustion chamber is set up to sequentially ignite the To promote fuel-air mixtures through the injector.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkammer geschaffen. Das Verfahren enthält das Erzeugen einer Kerndrallströmung eines Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb der Brennkammer durch einen Drallvormischer, der an einem Kopfende der Brennkammer angeordnet ist, und durch das Einbringen von Brennstoff-Luft-Gemischen stromabwärts von dem Drallvormischer in Querrichtung durch mehrere Injektoren. Das Verfahren enthält auch ein sequentielles Zünden der Brennstoff-Luft-Gemische, die durch jeden einzelnen der Injektoren eingeleitet worden sind, unter Nutzung der Hitze von zuvor verbrannten Gasen von einem benachbarten Injektor.In a further embodiment, a method for operating a combustion chamber ge create. The method includes generating a core twist flow of a fuel-air mixture within the combustion chamber through a swirl premixer disposed at a top of the combustor and introducing fuel-air mixtures downstream of the swirl premixer through a plurality of injectors. The method also includes sequentially igniting the fuel-air mixtures introduced by each one of the injectors utilizing the heat of previously burned gases from an adjacent injector.

Zeichnungendrawings

Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verstanden, wenn die folgende detaillierte Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gelesen wird, in denen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente bezeichnen.These and other features, aspects and advantages of the present invention will be better understood when the following detailed description with reference to the attached Drawings are read in which like reference numerals the same Designate elements.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Gasturbine mit einer Niedrigemissionsbrennkammer gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise, 1 FIG. 12 is a schematic diagram of a gas turbine having a low emission combustion chamber in accordance with aspects of the present technique. FIG.

2 zeigt eine schematische Darstellung des Betriebsprozesses der Gasturbine aus 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise, 2 shows a schematic representation of the operating process of the gas turbine 1 in accordance with aspects of the present approach,

3 zeigt eine schematische Darstellung der Niedrigemissionsbrennkammer aus 1 gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise, 3 shows a schematic representation of the low-emission combustion chamber 1 in accordance with aspects of the present approach,

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung von tangentialen Injektoren und dem axialen Drallvormischer an dem Kopfende, die in der Brennkammer aus 3 gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise verwendet werden, 4 shows a schematic representation of an arrangement of tangential injectors and the axial vortex premixer at the head end, in the combustion chamber 3 according to aspects of the present approach,

5 zeigt eine Querschnittsansicht einer anderen beispielhaften Brennkammer gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise und 5 FIG. 12 is a cross-sectional view of another exemplary combustor in accordance with aspects of the present technique; and FIG

6 zeigt eine schematische Darstellung der Zonen der Brennstoffstufung und sequentiellen Zündung, die durch die tangentialen Injektoren und den Drallvormischer am Kopfende aus 3 gemäß Aspekten der vorliegenden Vorgehensweise erreicht werden. 6 Figure 12 shows a schematic of the zones of fuel staging and sequential ignition passing through the tangential injectors and the vortex vortexer at the head end 3 according to aspects of the present approach.

Detaillierte Beschreibungdetailed description

Wie unten im Detail erläutert wirken Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zur Verringerung der Emissionen in Brennkammern, wie z.B. in Rohrbrennkammern und Rohr-Ring-Brennkammern, die in Gasturbinen verwendet werden. Insbesondere enthält die vorliegende Vorgehensweise das Anwenden einer Magervormischungsbrennstoffstufung und Verbrennungsgasum wälzung innerhalb der Brennkammer, um einen mageren Betrieb der Brennkammer mit einer homogenen Verbrennung zu ermöglichen, um die Emissionen, wie z.B. NO_x-Emissionen zu minimieren. In einer vorliegenden Ausführungsform ermöglicht die Magervormischungsbrennstoffstufung eine stabile Verbrennung mit einer besonders niedrigen Flammentemperatur in der Brennkammer, um die Emissionen zu minimieren. Nun mit Bezug auf die Zeichnungen und zuerst auf 1, in der eine Gasturbine 10 mit einer Niedrigemissionsbrennkammer 12 dargestellt ist. Die Gasturbine 10 weist einen Verdichter 14 auf, der zum Verdichten von Umgebungsluft eingerichtet ist. Die Brennkammer 12 steht in einer Strömungsverbindung mit dem Verdichter 14 und ist zum Aufnehmen von verdichteter Luft aus dem Verdichter 14 und zum Verbrennen einer Brennstoffströmung eingerichtet, um eine Brennkammeraustrittsgasströmung zu erzeugen. Weiterhin enthält die Gasturbine 10 eine Turbine 16, die stromabwärts von der Brennkammer 12 angeordnet ist. Die Turbine 16 ist zum Expandieren der Brennkammeraustrittsgasströmung eingerichtet, um eine externe Last anzutreiben. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Verdichter 14 über eine Welle 18 durch die von der Turbine 16 erzeugte Energie angetrieben.As explained in detail below, embodiments of the present invention operate to reduce emissions in combustors, such as in tube combustors and tube-and-ring combustors used in gas turbines. In particular, the present approach includes applying a lean premix fuel staging and combustion gas recirculation within the combustor to permit lean combustion chamber operation with homogeneous combustion to minimize emissions such as NO _x emissions. In one embodiment, lean burn mixture fuel staging enables stable combustion with a particularly low flame temperature in the combustor to minimize emissions. Now with reference to the drawings and first up 1 in which a gas turbine 10 with a low emission combustion chamber 12 is shown. The gas turbine 10 has a compressor 14 on, which is set up for compressing ambient air. The combustion chamber 12 is in flow communication with the compressor 14 and is for receiving compressed air from the compressor 14 and configured to combust a fuel flow to produce a combustor exit gas flow. Furthermore, the gas turbine contains 10 a turbine 16 located downstream of the combustion chamber 12 is arranged. The turbine 16 is configured to expand the combustor exit gas flow to drive an external load. In the illustrated embodiment, the compressor 14 over a wave 18 through from the turbine 16 powered energy powered.

2 stellt den Betriebsprozess der Gasturbine 10 aus 1 dar. Im Betrieb nimmt der Verdichter 14 eine Strömung von Umgebungsluft 20 auf und verdichtet die Strömung von Umgebungsluft 20, um eine Strömung von verdichteter Luft 22 zu erzeugen. In bestimmten Ausführungsformen kann ein Boost-Verdichter verwendet werden, um die Strömung von Umgebungsluft 20 aufzunehmen und zu verdichten. Anschließend wird diese Strömung der verdichteten Luft von dem Boost-Verdichter zur weiteren Verdichtung zu dem Verdichter 14 geleitet. Wie von Fachleuten erkannt wird, kann der Verdichter 14 in Abhän gigkeit von der betrieblichen Ausführung mehrere Verdichter enthalten, um die Leistungsabgabe der Gasturbine 10 zu steigern. Die Gasturbine 10 kann z. B. einen Niederdruck- und einen Hochdruckverdichter enthalten. Alternativ kann die Gasturbine 10 einen Niederdruck-, einen Mitteldruck- und einen Hochdruckverdichter enthalten. 2 represents the operating process of the gas turbine 10 out 1 In operation, the compressor takes 14 a flow of ambient air 20 on and compresses the flow of ambient air 20 to a flow of compressed air 22 to create. In certain embodiments, a boost compressor may be used to control the flow of ambient air 20 absorb and condense. Subsequently, this flow of compressed air from the boost compressor to the compressor for further compression 14 directed. As recognized by professionals, the compressor can 14 Depending on the operational design, several compressors contain the power output of the gas turbine 10 to increase. The gas turbine 10 can z. B. include a low pressure and a high pressure compressor. Alternatively, the gas turbine 10 a low pressure, a medium pressure and a high pressure compressor included.

Die Strömung verdichteter Luft 22 von dem Verdichter 14 wird danach zu der Brennkammer 12 geleitet, um mit einer Brennstoffströmung 24 gemischt und verbrannt zu werden, um eine Brennkammeraustrittsgasströmung 26 zu erzeugen. In einem Ausführungsbeispiel weist die Brennkammer 12 eine Rohrbrennkammer auf. In einem anderen Ausführungsbeispiel weist die Brennkammer 12 eine Rohr-Ring-Brennkammer auf. Weiterhin wird die Brennkammeraustrittsgasströmung 26 durch die Turbine 16 expandiert, um eine externe Last anzutreiben. In der dargestellten Ausführungsform wendet die Brennkammer 12 eine Brennstoffstufung der Brennstoffströmung 24 durch mehrere Querinjektoren an, die unten mit Bezug auf die 3-6 im Detail beschrieben ist. Wenn hierin der Begriff „Brennstoffstufung" (Fuel Staging) verwendet wird, bezieht er sich auf eine Zündung des Brennstoff-Luft-Gemisches an verschiedenen Punkten, wenn dieses sich durch die Brennkammer 12 bewegt.The flow of compressed air 22 from the compressor 14 then becomes the combustion chamber 12 headed to with a fuel flow 24 to be mixed and burned to a combustor exit gas flow 26 to create. In one embodiment, the combustion chamber 12 a pipe combustion chamber on. In another embodiment, the combustion chamber 12 a pipe-ring combustion chamber on. Furthermore, the combustor exit gas flow becomes 26 through the turbine 16 expanded to handle an external load ben. In the illustrated embodiment, the combustion chamber applies 12 a fuel staging of the fuel flow 24 by several Querinjektoren, the bottom with respect to the 3 - 6 is described in detail. As used herein, the term "fuel staging" refers to ignition of the fuel-air mixture at various points as it passes through the combustion chamber 12 emotional.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Niedrigemissionsbrennkammer 30 aus 1. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Brennkammer 30 ein Brennkammerflammrohr 32 und einen Drallvormischer 34, der an einem Kopfende des Brennkammerflammrohres 32 angeordnet ist. Der Drallvormischer 34 ist dazu eingerichtet, der Brennkammer 30 ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuzuführen und einen Kerndrall des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Brennkammer 30 zu induzie ren. In einer Ausführungsform enthält die Brennkammer 30 eine Dry Low NO_x (DLN)-Brennkammer. In bestimmten Ausführungsformen wird der Drallvormischer 34 während eines Hochfahr-, Beschleunigungs- oder Herunterfahrzustandes der Brennkammer 30 zum Herbeiführen des Kerndralls des Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb der Brennkammer 30 betrieben. 3 shows a schematic representation of a low-emission combustion chamber 30 out 1 , In the illustrated embodiment, the combustion chamber contains 30 a combustion chamber flame tube 32 and a twist premixer 34 located at a head end of the combustion chamber flame tube 32 is arranged. The vortex premixer 34 is set to the combustion chamber 30 supplying a fuel-air mixture and a core twist of the fuel-air mixture in the combustion chamber 30 zu induzie Ren. In one embodiment, the combustion chamber contains 30 a Dry Low NO _x (DLN) combustion chamber. In certain embodiments, the vortex premixer 34 during a start-up, acceleration or shutdown state of the combustion chamber 30 for inducing the nuclear spin of the fuel-air mixture within the combustion chamber 30 operated.

Weiterhin enthält die Brennkammer 30 mehrere tangential versetzte Injektoren, die z.B. mit den Bezugszeichen 36, 38, 40 und 42 bezeichnet sind. In der dargestellten Ausführungsform enthält die Brennkammer 30 vier tangential gestufte Injektoren 36, 38, 40 und 42. Es könnte in der Brennkammer 30 jedoch auch eine kleinere oder größere Anzahl von Injektoren verwendet werden. Weiterhin sind die mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 in einer in Umfangsrichtung gestaffelten Anordnung auf dem Brennkammerflammenrohr 32 angeordnet, um die Brennstoffstufung innerhalb der Brennkammer 30 zu erreichen. In einer Ausführungsform sind die mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 in Axialrichtung gestaffelt, um in der Brennkammer 30 eine axiale Brennstoffstufung zu erreichen. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder der mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 zum Einbringen eines frischen Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Richtung quer zu einer Längsachse 44 der Brennkammer 30 und zum sequentiellen Zünden des Brennstoff-Luft-Gemisches eingerichtet. Wenn hierin der Ausdruck „quer" verwendet wird, bezieht er sich insbesondere auf Richtungen in einem rechten Winkel zu einer Längsachse 44 der Brennkammer 30, aber abseits der Zentrallinie der Brennkammer 30. In bestimmten Ausführungsformen können die Injektoren 36, 38, 40 und 42 die Brennstoff-Luft-Gemische in einer Richtung unter einem Winkel zu der Längsachse einleiten. Der durch die mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 eingebrachte Brennstoff enthält Erdgas, Wasserstoff, Synthesegas, einen Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid oder Kombinationen davon. Es werden jedoch auch viele andere Brennstoffe in Betracht gezogen. In einigen Ausführungsformen weist jeder der Injektoren 36, 38, 40 und 42 eine Eignung für zwei oder mehrere Brennstoffe auf und verwendet die Vormischungs- und Vorverdampfungseinrichtung für den Brennstoff. Vorteilhafterweise ermöglicht eine Eignung für mehrere Brennstoffe eine Eignung für einen Reservebrennstoff, insbesondere für flüssige Brennstoffe, wie z.B. Destillate.Furthermore, the combustion chamber contains 30 a plurality of tangentially offset injectors, for example, with the reference numerals 36 . 38 . 40 and 42 are designated. In the illustrated embodiment, the combustion chamber contains 30 four tangentially stepped injectors 36 . 38 . 40 and 42 , It could be in the combustion chamber 30 however, a smaller or larger number of injectors are used. Furthermore, the several injectors 36 . 38 . 40 and 42 in a circumferentially staggered arrangement on the combustion chamber flame tube 32 arranged to the fuel staging within the combustion chamber 30 to reach. In one embodiment, the plurality of injectors 36 . 38 . 40 and 42 staggered in the axial direction to in the combustion chamber 30 to achieve an axial fuel staging. In the illustrated embodiment, each of the plurality of injectors 36 . 38 . 40 and 42 for introducing a fresh fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis 44 the combustion chamber 30 and set up for the sequential ignition of the fuel-air mixture. As used herein, the term "transverse" refers particularly to directions at right angles to a longitudinal axis 44 the combustion chamber 30 but off the center line of the combustion chamber 30 , In certain embodiments, the injectors 36 . 38 . 40 and 42 introduce the fuel-air mixtures in one direction at an angle to the longitudinal axis. The through the multiple injectors 36 . 38 . 40 and 42 introduced fuel contains natural gas, hydrogen, synthesis gas, a hydrocarbon, carbon monoxide or combinations thereof. However, many other fuels are also considered. In some embodiments, each of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 a suitability for two or more fuels and uses the premixing and Vorverdampfungseinrichtung for the fuel. Advantageously, suitability for multiple fuels allows suitability for a reserve fuel, especially for liquid fuels, such as distillates.

In der dargestellten Ausführungsform weist jeder der tangentialen Injektoren 36, 38, 40 und 42 einen Brennstoffeinlass 46, 48, 50 bzw. 52 auf, um das Brennstoff-Luft-Gemisch dem jeweiligen tangentialen Injektor 36, 38, 40 bzw. 42 zuzuführen. Zusätzlich können die Injektoren 36, 38, 40 und 42 eine zugehörige Ventilsteuerung aufweisen, um die Brennstoffzufuhr zu den Injektoren 36, 38, 40 und 42 zu steuern. In bestimmten Ausführungsformen können die Injektoren 36, 38, 40 und 42 zum Beschleunigen des Vormischprozesses eine wirbelnde Strömung erzeugen. Im Betrieb werden die von den Injektoren 36, 38, 40 und 42 eingebrachten Brennstoff-Luft-Gemische unter Verwendung der Hitze von zuvor verbrannten Gasen von den Injektoren 36, 38, 40 und 42 und der durch die Reaktion der drallstabilisierten Flamme des Verwirblers am Kopfende freigesetzten Hitze gezündet.In the illustrated embodiment, each of the tangential injectors 36 . 38 . 40 and 42 a fuel inlet 46 . 48 . 50 respectively. 52 on to the fuel-air mixture to the respective tangential injector 36 . 38 . 40 respectively. 42 supply. In addition, the injectors 36 . 38 . 40 and 42 have an associated valve control to the fuel supply to the injectors 36 . 38 . 40 and 42 to control. In certain embodiments, the injectors 36 . 38 . 40 and 42 to accelerate the premix process create a swirling flow. In operation, those of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 introduced fuel-air mixtures using the heat of previously burned gases from the injectors 36 . 38 . 40 and 42 and ignited the heat released by the reaction of the swirl-stabilized flame of the swirler at the head end.

Weiterhin sind die mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 zum Induzieren eines tangentialen Impulses in der Brennkammer 30 eingerichtet, um eine Flammenstabilisierung innerhalb der Brennkammer 30 zu fördern, und sie ergänzen die verdrallte Strömung, die durch den Drallerzeuger 34 an dem Kopfende er zeugt worden ist. Folglich behält der Kern der Brennkammer 30 eine verdrallte Bewegung bei, und es werden der Brennkammer 30 frische, magere Gemische quer zu der Achse 44 zugeführt. Außerdem erzeugt der geringe Drall- und Tangentialimpuls dieses frischen Gemisches von Brennstoff und Luft eine Geschwindigkeit, die im Wesentlichen hoch genug ist, um ein Halten der Flamme an dem Brennkammerflammrohr 32 oder den tangentialen Injektoren 36, 38, 40 und 42 zu verhindern und eine Zündung der durch die Injektoren 36, 38, 40 und 42 zugeführten frischen, mageren Gemische zu fördern. In der dargestellten Ausführungsform weist die Brennkammer 30 mehrere stromabwärts von den Injektoren 36, 38, 40 und 42 angeordnete Verdünnungslöcher 54 zum Einleiten von Verdünnungsluft auf, um die Kühlung der Wände des Brennkammerflammrohres 32 zu fördern. Die sequentielle Zündung der durch die Injektoren 36, 38, 40 und 42 zugeführten Brennstoff-Luft-Gemische wird unten unter Bezug auf die 4-6 beschrieben.Furthermore, the several injectors 36 . 38 . 40 and 42 for inducing a tangential pulse in the combustion chamber 30 set up to provide flame stabilization within the combustion chamber 30 and they supplement the twisted flow created by the swirl generator 34 at the head he was testified. Consequently, the core retains the combustion chamber 30 a twisted movement, and it will be the combustion chamber 30 fresh, lean mixtures across the axis 44 fed. In addition, the small swirl and tangential momentum of this fresh mixture of fuel and air produces a velocity that is substantially high enough to hold the flame to the combustion chamber flame tube 32 or the tangential injectors 36 . 38 . 40 and 42 prevent and ignite the injectors 36 . 38 . 40 and 42 to feed supplied fresh, lean mixtures. In the illustrated embodiment, the combustion chamber 30 several downstream of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 arranged dilution holes 54 for introducing dilution air to the cooling of the walls of the combustion chamber flame tube 32 to promote. The sequential ignition of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 supplied fuel-air mixtures is below with reference to the 4 - 6 described.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung 56 von tangentialen Injektoren, die in der Brennkammer 30 aus 3 verwendet wird. Wie dargestellt ist der Drallvormischer 34 an dem Kopfende der Brennkammer 30 (siehe 3) angeordnet, und mehrere Injektoren, wie z.B. 36, 38, 40 und 42, sind in einer gestaffelten Umfangs- oder Axialanordnung angeordnet, um innerhalb der Brennkammer 30 die Brennstoffstufung zu bewirken. Die mehreren Injektoren 36, 38, 40 und 42 sind zusätzlich zu dem von dem Drallvormischer 34 erzeugten Kerndrall über die Brennstoffstufung zum Herbeiführen einer Ringbewegung des Brennstoff-Luft-Gemisches eingerichtet. Eine solche Stufung wird insbesondere durch ein tangentiales Einbringen der frischen Brennstoff-Luft-Gemische durch die Injektoren 36, 38, 40 und 42 erzielt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel bringen die Injektoren 36, 38, 40 und 42 die Brennstoff-Luft-Gemische in einer Richtung senkrecht zu der Längsachse der Brennkammer ein. Alternativ können die Injektoren 36, 38, 40 und 42 die Brennstoff-Luft-Gemische auch in einer Richtung unter einem Winkel zu der Längsachse von etwa 0° bis etwa 45° einbringen. In bestimmten Ausführungsformen können die Injektoren 36, 38, 40 und 42 in einer gestaffelten Anordnung angeordnet sein, um innerhalb der Brennkammer 30 eine Schwingungsreduktion zu ermöglichen. In einigen Ausführungsformen kann die Fähigkeit zu einer Abstufung der Leistung innerhalb der Brennkammer 30 erreicht werden, in dem eine gewünschte Anzahl der Injektoren 36, 38, 40 und 42 betrieben wird. Im Betrieb kann eine ausgewählte Anzahl der Injektoren 36, 38, 40 und 42 eingeschaltet sein, während die übrigen Injektoren kalt laufen bzw. abgeschaltet sind, um einen Herunterfahrzustand der Brennkammer zu ermöglichen. 4 shows a schematic representation of an exemplary arrangement 56 of tangential injectors in the combustion chamber 30 out 3 ver is used. As shown, the vortex premixer 34 at the head of the combustion chamber 30 (please refer 3 ), and a plurality of injectors, such as 36 . 38 . 40 and 42 , are arranged in a staggered circumferential or axial arrangement to within the combustion chamber 30 to effect the fuel staging. The several injectors 36 . 38 . 40 and 42 are in addition to that of the vortex premixer 34 generated Kerndrall on the Brennstoffstufung to bring about a ring movement of the fuel-air mixture set up. Such a grading is in particular by a tangential introduction of the fresh fuel-air mixtures through the injectors 36 . 38 . 40 and 42 achieved. In the illustrated embodiment, the injectors bring 36 . 38 . 40 and 42 the fuel-air mixtures in a direction perpendicular to the longitudinal axis of the combustion chamber a. Alternatively, the injectors 36 . 38 . 40 and 42 also introduce the fuel-air mixtures in a direction at an angle to the longitudinal axis of about 0 ° to about 45 °. In certain embodiments, the injectors 36 . 38 . 40 and 42 be arranged in a staggered arrangement to within the combustion chamber 30 to enable a vibration reduction. In some embodiments, the ability may be to downgrade the power within the combustion chamber 30 be reached in which a desired number of injectors 36 . 38 . 40 and 42 is operated. In operation, a selected number of injectors 36 . 38 . 40 and 42 be turned on while the remaining injectors run cold or are turned off to allow a shutdown state of the combustion chamber.

Im Betrieb fördert der von dem Drallvormischer 34 erzeugte Kerndrall die Flammenstabilisierung in der Brennkammer 30 und ermöglicht ein Hochfahren der Brennkammer 30, wenn die tangentialen Injektoren 36, 38, 40 und 42 nicht in Betrieb sind und diesen nur Luft zugeführt wird. Sobald die Flamme unter Verwendung des Drallvormischers 34 an dem Kopfende der Brennkammer 30 und möglicherweise einer Zündflamme stabilisiert worden ist, fördert der Drallvormischer 34 die Ausbreitung der Zündung von dem Drallvormischer 34 zu den Injektoren 36, 38, 40 und 42, wie es unten unter Bezug auf die 5 und 6 beschrieben ist. Sobald sich die Zündung zu den Injektoren 36, 38, 40 und 42 ausgebreitet hat, kann weiterhin am Kopfende der Brennkammer der Brennstoff auf ein Minimum reduziert werden, wodurch ein Betriebsmodus mit hoher Vorvermi schung ermöglicht wird, der nahe bei dem mageren Verlöschpunkt des Vormischers liegt, während der Brennstoff zum vollen Betrieb über die tangentialen Injektoren 36, 38, 40 und 42 zugeführt wird.In operation, it promotes from the vortex premixer 34 produced Kerndrall flame stabilization in the combustion chamber 30 and allows the combustion chamber to start up 30 if the tangential injectors 36 . 38 . 40 and 42 are not in operation and this only air is supplied. Once the flame using the vortex blender 34 at the head of the combustion chamber 30 and possibly a pilot flame has been stabilized, the swirl premix promotes 34 the propagation of the ignition from the vortex premixer 34 to the injectors 36 . 38 . 40 and 42 as it is below with respect to the 5 and 6 is described. As soon as the ignition to the injectors 36 . 38 . 40 and 42 can continue to be reduced at the head of the combustion chamber, the fuel to a minimum, whereby a high-Vorvermi operating mode is enabled, which is close to the lean Ausischschpunkt the premixer, while the fuel to full operation on the tangential injectors 36 . 38 . 40 and 42 is supplied.

5 zeigt eine Querschnittsansicht 60 einer anderen beispielhaften Brennkammer mit einer tangentialen Brennstoffeinspritzung. Wie oben beschrieben nimmt die Brennkammer 60 einen Kerndrall der Luft 62 auf. In dieser Ausführungsform ist der Vormischer 34 im Zentrum der Brennkammer 60 angeordnet und an der Zentrallinie 44 ausgerichtet. Der Vormischer ist zum Einbringen des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer 60 eingerichtet. In bestimmten Ausführungsformen kann die Brennkammer eine (nicht gezeigte) Zündeinrichtung aufweisen, um das Brennstoff-Luft-Gemisch während des Hochfahrzustandes der Brennkammer 60 zu zünden. Zusätzlich werden frische Brennstoff-Luft-Gemische durch mehrere der stromabwärts von dem Drallvormischer 34 angeordneten Injektoren, wie sie z.B. mit dem Bezugszeichen 64 bezeichnet sind, in einer Richtung quer zu der Achse 44 der Brennkammer 60 eingeleitet. In der dargestellten Ausführungsform nimmt jeder der mehreren Injektoren 64 Brennstoff und Luft auf, wie es mit den Bezugszeichen 66 und 68 bezeichnet ist, und diese vorvermischte Mischung wird durch die einzelnen Injektoren 64 in die Brennkammer 60 einbracht. Das Einbringen der Brennstoff-Luft-Gemische durch die mehreren Injektoren 64 und den Drallvormischer 34 an dem Kopfende bewirkt einen tangentialen Impuls des Gemisches innerhalb des Kerns der Brennkammer 60. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wirkt die stromaufwärtige Kammer der Brennkammer 60 als eine große Vormischkammer, und die Reaktion findet stromabwärts von der stromaufwärtigen Kammer statt. 5 shows a cross-sectional view 60 another exemplary combustor with a tangential fuel injection. As described above, the combustion chamber takes 60 a nuclear spin of the air 62 on. In this embodiment, the premixer is 34 in the center of the combustion chamber 60 arranged and at the center line 44 aligned. The premixer is for introducing the fuel-air mixture into the combustion chamber 60 set up. In certain embodiments, the combustor may include an igniter (not shown) to ignite the fuel-air mixture during the start-up condition of the combustor 60 to ignite. Additionally, fresh fuel-air mixtures are passed through several of the downstream of the vortex premixer 34 arranged injectors, as for example by the reference numeral 64 are designated, in a direction transverse to the axis 44 the combustion chamber 60 initiated. In the illustrated embodiment, each of the multiple injectors takes 64 Fuel and air on, as denoted by the reference numerals 66 and 68 is designated, and this premixed mixture is through the individual injectors 64 into the combustion chamber 60 einbracht. The introduction of the fuel-air mixtures through the multiple injectors 64 and the vortex premixer 34 at the head end causes a tangential pulse of the mixture within the core of the combustion chamber 60 , In the present embodiment, the upstream chamber of the combustion chamber acts 60 as a large premixing chamber, and the reaction takes place downstream of the upstream chamber.

Weiterhin werden die Brennstoff-Luft-Gemische durch zuvor verbrannte Gase von einem benachbarten Injektor und die durch die Reaktion der wirbelstabilisierten Flamme 70 des Drallvormischers 34 am Kopfende freigesetzte Hitze gezündet. Weiter wird der Verbrennungsvorgang in einer Ausbrennzone abgeschlossen, wo Ausgleichsverbrennungsluft eingeleitet werden kann. In der dargestellten Ausführungsform fördert die Ringbewegung des Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb der Brennkammer die Flammenstabilisierung. Zusätzlich fördert die Quereinleitung der Brennstoff-Luft-Gemische in der Brennkammer 60 eine sich selbst erhaltende Zündung, die unten unter Bezug auf 6 beschrieben ist.Furthermore, the fuel-air mixtures are burned by previously burned gases from a neighboring injector and by the reaction of the vortex-stabilized flame 70 of the swirl premixer 34 ignited heat released at the head. Further, the combustion process is completed in a burnout zone where makeup combustion air can be introduced. In the illustrated embodiment, the ring motion of the fuel-air mixture within the combustion chamber promotes flame stabilization. In addition, the transverse introduction of the fuel-air mixtures in the combustion chamber promotes 60 a self-sustaining ignition, which is below with reference to 6 is described.

6 zeigt eine schematische Darstellung der Zonen 80 der Brennstoffstufung und sequentiellen Zündung, die durch die tangentialen Injektoren aus 4 erreicht wird. In der dargestellten Ausführungsform wird die sequentielle Zündung durch einen Vormischungs-Reaktions-Zündungs-Mechanismus innerhalb der Brennkammer erreicht. Die sequentielle Zündung mit dem Wirbel und dem Ringimpuls innerhalb der Brennkammer verringert die Emissionen der Brennkammer wesentlich und erleichtert die Funktionsfähigkeit über ein relativ großes Temperaturfenster hinweg. 6 shows a schematic representation of the zones 80 the fuel staging and sequential ignition, characterized by the tangential injectors 4 is reached. In the illustrated embodiment, the sequential ignition is achieved by a premix reaction ignition mechanism within the combustion chamber. Sequential ignition with the vortex and ring pulse within the combustor substantially reduces combustor emissions and facilitates operability over a relatively large temperature window.

In der dargestellten Ausführungsform kann die Zündung bei jedem der Injektoren 36, 38, 40 und 42 durch vier Zonen 80 gekennzeichnet sein, die die Flammenstabilisierung und die Verbrennungsgasumwälzung innerhalb der Brennkammer fördern. Zum Beispiel werden der Brennstoff und die Luft, die von dem Injektor 40 eingebracht werden, in einer Vormischzone 82 und anschließend in einer Mischzone 84 vorvermischt. Weiter wer den die Brennstoff-Luft-Gemische in einer Zündzone 86 gezündet. Sobald die Temperatur in der Zündzone 86 zum Aufrechterhalten der Verbrennung hoch genug ist, finden in einer Reaktionszone 88 chemische Reaktionen statt. Anschließend treten die aus der Reaktionszone 88 austretenden Gase in eine Ausbrennzone 90 ein. In ähnlicher Weise wird die Zündung für jeden einzelnen der Injektoren 36, 38, 40 und 42 über den Vormischungs-Reaktions-Zündungs-Mechanismus gefördert, wie es oben beschrieben ist.In the illustrated embodiment may the ignition at each of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 through four zones 80 be characterized, which promote the flame stabilization and the combustion gas circulation within the combustion chamber. For example, the fuel and the air coming from the injector 40 be introduced, in a premixing zone 82 and then in a mixing zone 84 premixed. Next who the fuel-air mixtures in an ignition zone 86 ignited. Once the temperature in the ignition zone 86 To maintain the combustion high enough, find in a reaction zone 88 chemical reactions take place. Then they come out of the reaction zone 88 escaping gases in a Ausbrennzone 90 one. Similarly, the ignition is for each one of the injectors 36 . 38 . 40 and 42 promoted via the Premix Reaction Ignition Mechanism as described above.

In der dargestellten Ausführungsform ist die Geschwindigkeit von austretendem vorgemischten Gas und Luft aus jedem der tangentialen Vormischer 36, 38, 40 und 42 wesentlich höher als die lokale Flammengeschwindigkeit, wodurch ein Flammenrückschlag in die tangentialen Vormischer verhindert wird. Weiterhin setzt sich das Vormischen zwischen dem Brennstoff und der Luft, die jedem einzelnen der Vormischer 36, 38, 40 und 42 zugeführt werden, in der Vormischzone 82 fort. Anschließend findet in der Mischzone 84 eine Mischung mit heißen Gasen statt, die von der Verbrennung in dem Kern der Brennkammer stammen. Infolgedessen werden die frischen Gemische nach Erreichen der Zündbedingungen spontan gezündet. Weiterhin trägt der Impuls die verbrannten Gase und mischt diese vollständig mit dem Kern, was zu einer homogenen und vollständigen Reaktion in der Reaktionszone 88 führt, wo der Kern einen wesentlich höheren axialen Impuls entlang der Achse 44 (siehe 3) aufweist. Dies wird durch Einbringen eines geringen Drall- und starken Axialimpulses (d.h. eine niedrige Drallzahl) in tangentialen Vormischrohren erreicht. Es sollte erkannt werden, dass der Impuls die Drallbewegung in dem Kern fördert und die Flamme durch die Verwendung dieser Anordnung stabilisiert wird. Die Kernflamme 70 reibt folglich nicht an der Wand des Flammrohres 42, wodurch die Wände des Flammrohres 42 kühler gehalten werden.In the illustrated embodiment, the velocity of exiting premixed gas and air is from each of the tangential premixers 36 . 38 . 40 and 42 much higher than the local flame velocity, preventing flash back into the tangential premixers. Furthermore, the premix between the fuel and the air, which sets each one of the premixer 36 . 38 . 40 and 42 be fed in the premixing zone 82 continued. Subsequently takes place in the mixing zone 84 a mixture with hot gases, which originate from the combustion in the core of the combustion chamber. As a result, the fresh mixtures are spontaneously ignited after reaching the ignition conditions. Furthermore, the pulse carries the burned gases and mixes them completely with the core, resulting in a homogeneous and complete reaction in the reaction zone 88 leads where the core has a much higher axial momentum along the axis 44 (please refer 3 ) having. This is achieved by introducing a small swirl and strong axial momentum (ie a low swirl number) in tangential premix tubes. It should be appreciated that the impulse promotes swirling motion in the core and the flame is stabilized through the use of this arrangement. The nuclear flame 70 consequently does not rub against the wall of the flame tube 42 , causing the walls of the flame tube 42 kept cooler.

In der dargestellten Ausführungsform werden die eingebrachten Brennstoff-Luft-Gemische an jeder einzelnen Stelle kontinuierlich durch die zuvor verbrannten Gase gezündet, wodurch in der Brennkammer eine sich selbst erhaltende Zündung gefördert wird. weiterhin fördert der Vormischungs-Reaktions-Zündungs-Mechanismus, der von den Injektoren 36, 38, 40 und 42 angewandt wird, eine stabilisierte Flamme in dem Zentrum der Brennkammer oder einem heißen Kern, während verhindert wird, dass das heiße Gas an dem Flammrohr und der Domplatte der Brennkammer reibt. Die tangentialen Injektoren 36, 38, 40 und 42 können für verschiedene Brennstoff/Luft-Verhältnisse zum sequentiellen Zünden verwendet werden, um die Stabilität der Verbrennungsgasumwälzung von teilweise oder vollständig verbrannten Gasen zu steuern. Dies ermöglicht eine Verringerung der Emissionen und einen Wegfall der Notwendigkeit einer aerodynamischen Flammenstabilisierung durch die Einführung einer sich selbst erhaltenden Zündung.In the illustrated embodiment, the introduced fuel-air mixtures are continuously ignited at each individual point by the previously burned gases, whereby a self-sustaining ignition is promoted in the combustion chamber. Furthermore, the Premix Reaction Ignition Mechanism powered by the injectors promotes 36 . 38 . 40 and 42 is applied, a stabilized flame in the center of the combustion chamber or a hot core, while preventing the hot gas rubs against the flame tube and the dome plate of the combustion chamber. The tangential injectors 36 . 38 . 40 and 42 may be used for various sequential ignition fuel / air ratios to control the stability of the combustion gas recirculation of partially or fully combusted gases. This allows a reduction in emissions and elimination of the need for aerodynamic flame stabilization through the introduction of self-sustaining ignition.

Die verschiedenen Aspekte des hierin zuvor beschriebenen Verfahrens sind in verschiedenen Anwendungen, wie z.B. bei den in Gasturbinen verwendeten Brennkammern nützlich. Wie oben angemerkt fördert die Brennstoffstufung, die in einer Brennkammer durch eine Quereinleitung von Brennstoff-Luft-Gemischen in die Brennkammer erreicht wird, in der Brennkammer eine von den Brennkammerwänden entfernte Flammenstabilisierung. Weiterhin ermöglicht die vorliegende Vorgehensweise eine Verringerung der Emissionen, insbesondere der NO_x-Emissionen, aus solchen Brennkammern, wodurch der Betrieb der Gasturbine auf umweltfreundliche Art erleichtert wird. Zu sätzlich kann die oben beschriebene Brennstoffstufung mit vielfältigen Brennstoffen angewandt werden, wodurch eine Brennstoffflexibilität des Systems erreicht wird, während über die geforderten Turbinenleistungen hinweg akzeptable Werte der Druckfluktuationen erhalten bleiben. Darüber hinaus kann die oben beschrieben Vorgehensweise auch in den vorhandenen Rohr- oder Rohr-Ring-Brennkammern angewandt werden, um die Emissionen zu verringern und eine relativ hohe Stabilität der Flamme zu erzielen.The various aspects of the method described hereinabove are useful in various applications, such as the combustors used in gas turbines. As noted above, the fuel staging achieved in a combustion chamber by cross-introduction of fuel-air mixtures into the combustion chamber promotes flame stabilization in the combustion chamber remote from the combustion chamber walls. Furthermore, the present approach allows for a reduction in emissions, particularly NO _x emissions, from such combustors, thereby facilitating the environmentally friendly operation of the gas turbine. Additionally, the multi-fuel fuel staging described above may be used, thereby providing fuel flexibility of the system while maintaining acceptable pressure fluctuation values over the required turbine performance. Moreover, the above-described procedure can also be applied in the existing pipe or pipe-ring combustors to reduce emissions and achieve relatively high flame stability.

Es wird eine Brennkammer 30 geschaffen. Die Brennkammer 30 enthält ein Brennkammerflammrohr 32 und einen Drallvormischer 34, der an dem Kopfende des Brennkammerflammrohres 32 angeordnet und dazu eingerichtet ist, der Brennkammer 30 ein Brennstoff-Luft-Gemisch zuzuführen. Die Brennkammer 30 enthält auch mehrere tangential gestufte Injektoren 36, die stromabwärts von dem Drallvormischer 34 an dem Brennkammerflammrohr 32 angeordnet sind, wobei jeder der mehreren Injektoren 36 zum Einbringen des Brennstoff-Luft-Gemisches in einer Richtung quer zu einer Längsachse 44 der Brennkammer 30 und zum sequentiellen Zünden der Brennstoff-Luft-Gemische von benachbarten tangentialen Injektoren 36 eingerichtet ist.It becomes a combustion chamber 30 created. The combustion chamber 30 contains a combustion chamber flame tube 32 and a twist premixer 34 at the head of the combustion chamber flue tube 32 arranged and adapted to the combustion chamber 30 to supply a fuel-air mixture. The combustion chamber 30 also contains several tangentially stepped injectors 36 that is downstream of the vortex premixer 34 at the combustion chamber flame tube 32 are arranged, each of the multiple injectors 36 for introducing the fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis 44 the combustion chamber 30 and sequentially igniting the fuel-air mixtures from adjacent tangential injectors 36 is set up.

Während hierin nur bestimmte Merkmale der Erfindung dargestellt und beschrieben worden sind, werden Fachleuten zahlreiche Abwandlungen und Änderungen einfallen. Es muss daher erkannt werden, dass es beabsichtigt ist, dass die beigefügten Ansprüche alle solchen Abwandlungen und Änderungen umfassen, die unter den wahren Geist der Erfindung der fallen.While in here only certain features of the invention are shown and described Professionals will be able to make numerous modifications and changes come to mind. It must therefore be recognized that it is intended that the appended claims all such modifications and changes that fall under the true spirit of invention.

1010: Gasturbinegas turbine
1212: Brennkammercombustion chamber
1414: Verdichtercompressor
1616: Turbineturbine
1818: Wellewave
2020: Umgebungsluftambient air
2222: verdichtete Luftcompacted air
2424: Brennstoffströmungfuel flow
2626: BrennkammeraustrittsgasströmungCombustor exit gas flow
2828: Austrittsgasexit gas
3030: Brennkammercombustion chamber
3232: BrennkammerflammrohrThe combustor liner
3434: DrallvormischerDrallvormischer
3636: Tangentialer Injektortangential injector
3838: Tangentialer Injektortangential injector
4040: Tangentialer Injektortangential injector
4242: Tangentialer Injektortangential injector
4444: Längsachselongitudinal axis
4646: Einlassinlet
4848: Einlassinlet
5050: Einlassinlet
5252: Einlassinlet
5454: Verdünnungslochdilution hole
6060: Brennkammerabschnittcombustor section
6262: Luftströmungairflow
6464: Injektorinjector
6666: Luftair
6868: Brennstofffuel
7070: Flammeflame
8080: BrennstoffstufungszonenBrennstoffstufungszonen
8282: Vormischzonepremixing
8484: Mischzonemixing zone
8686: Zündzoneignition zone
8888: Reaktionszonereaction zone
9090: Ausbrennzoneburnout

Claims

Combustion chamber ( 30 ), comprising: a combustion chamber flame tube ( 32 ), a vortex premixer ( 34 ), which at a head end of the combustion chamber flame tube ( 32 ) and for supplying a fuel-air mixture to the combustion chamber ( 30 ) is set up; and several tangentially stepped injectors ( 36 ) downstream of the vortex premixer ( 34 ) on the combustion chamber flame tube ( 32 ), each of the plurality of injectors ( 36 ) for introducing the fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis ( 44 ) of the combustion chamber ( 30 ) and sequentially igniting the fuel-air mixtures of adjacent tangential injectors ( 36 ) is set up.

Combustion chamber ( 30 ) according to claim 1, wherein the flow through the plurality of injectors ( 36 ) introduced fuel-air mixtures using the heat of previously burned gases from the injectors ( 36 ) are ignited.

Combustion chamber ( 30 ) according to claim 1, wherein the plurality of injectors ( 36 ) for inducing a ring pulse within the combustion chamber ( 30 ) are designed to promote flame stabilization.

Combustion chamber ( 30 ) according to claim 1, wherein the swirl premixer ( 34 ) for inducing a nuclear spin of the fuel-air mixture within the combustion chamber ( 30 ) during a startup, acceleration or shutdown state of the combustion chamber ( 30 ) is set up.

Combustion chamber ( 30 ) according to claim 1, wherein the fuel contains a natural gas, hydrogen, synthesis gas, hydrocarbon, carbon monoxide or distillate fuel or combinations thereof.

Combustion chamber ( 30 ) according to claim 1, wherein the plurality of injectors ( 36 ) in a staggered arrangement on the combustion chamber flame tube ( 32 ) are arranged to within the combustion chamber ( 30 ) to achieve a fuel staging.

Gas turbine system ( 10 ) comprising: a compressor ( 14 ) configured to compress ambient air; a combustion chamber ( 12 ) in flow communication with the compressor ( 14 ), wherein the combustion chamber ( 12 ) for receiving compressed air from the compressor ( 14 ) and for burning a fuel flow is arranged to produce a combustion chamber exit gas flow, wherein the combustion chamber ( 12 ): a vortex premixer ( 34 ) located at a head end of the combustion chamber ( 12 ) is arranged to within the combustion chamber ( 12 ) induce a nuclear spin of a fuel-air mixture; and several tangential injectors ( 36 ) downstream of the vortex premixer ( 34 ), each of the tangential injectors ( 36 ) for introducing a fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis ( 44 ) of the combustion chamber ( 12 ) is arranged to sequentially ignite the fuel-air mixtures through the injector ( 36 ) to promote; and a turbine ( 16 ) located downstream of the combustion chamber ( 12 ) and arranged to expand the compressor outlet gas flow.

A method of operating a combustor, comprising: generating a core twist flow of a fuel-air mixture within the combustor through a swirl premixer disposed at a top of the combustor; Crossover of fuel-air mixtures downstream of the vortex premixer by a plurality of injectors and sequentially igniting the fuel-air mixtures introduced by each one of the injectors using heat from previously burned gases from an adjacent injector.

Method of reducing emissions of one Combustion chamber comprising: Arranging a swirl premixer At a head end of the combustion chamber, in the combustion chamber, a core twist flow of a To produce fuel-air mixture; and Pair several tangentially stepped injectors downstream of the vortex premixer, around fuel-air mixtures in a direction transverse to a longitudinal axis bring the combustion chamber and a sequential ignition of the Fuel-air mixtures through the injectors.

Combustion chamber ( 30 ) comprising: a combustion chamber housing ( 32 ); a vortex premixer ( 34 ) located at a head end of the combustion chamber housing ( 32 ) and for supplying a fuel-air mixture to the combustion chamber ( 30 ) is set up; and several tangentially stepped injectors ( 36 ) downstream of the vortex premixer ( 34 ) on the combustion chamber housing ( 32 ), each of the plurality of injectors ( 36 ) for introducing the fuel-air mixture in a direction transverse to a longitudinal axis ( 44 ) of the combustion chamber ( 30 ) and a sequential ignition of the fuel-air mixtures of adjacent tangential injectors ( 36 ) is set up.