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EP0030313A1 - Brennkammer für Gasturbinen und Verfahren zum Betrieb der Brennkammer - Google Patents

Brennkammer für Gasturbinen und Verfahren zum Betrieb der Brennkammer Download PDF

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Publication number
EP0030313A1
EP0030313A1 EP19800107319 EP80107319A EP0030313A1 EP 0030313 A1 EP0030313 A1 EP 0030313A1 EP 19800107319 EP19800107319 EP 19800107319 EP 80107319 A EP80107319 A EP 80107319A EP 0030313 A1 EP0030313 A1 EP 0030313A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion chamber
premix
combustion
fuel
flame tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP19800107319
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0030313B1 (de
Inventor
Helmut Dipl.-Math. Maghon
Bernard Dr. Becker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kraftwerk Union AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kraftwerk Union AG filed Critical Kraftwerk Union AG
Publication of EP0030313A1 publication Critical patent/EP0030313A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0030313B1 publication Critical patent/EP0030313B1/de
Expired legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/30—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices
    • F23R3/32—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising fuel prevapourising devices being tubular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/54—Reverse-flow combustion chambers

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber for gas turbines, with a flame tube arranged within a cylindrical combustion chamber housing, the combustion and mixed air in counterflow to the hot combustion gases via an annular space formed between the combustion chamber housing and the flame tube and a premixing burner or mixed air openings of the flame tube opening into the flame tube flows in and the premixing chamber of the premix burner is equipped with separate feeds for combustion air and fuel, and a method for operating the combustion chamber.
  • Such combustion chambers are known for example from DE-OS 24 60 709.
  • the fuel and the combustion air are mixed before the combustion in the premix burner opening into the combustion zone of the flame tube, the mixing ratio having to be kept within relatively narrow limits. If the fuel content is too high, too much nitrogen oxide is formed and too little If there is fuel, the combustion goes out. However, this possible working range is much narrower than the range of different mixing ratios to be traversed between idling and full load when operating a single-shaft gas turbine.
  • premix burners therefore requires a control concept which adapts the amount of combustion air participating in the combustion to the respective amount of fuel.
  • a uniform temperature field in front of the turbine must always be maintained.
  • the amount of combustion air is adapted to the respective amount of fuel by regulating the amount of combustion air.
  • This solution has the advantage that the temperature field in front of the turbine remains constant.
  • the adjustment devices provided for regulating the amount of combustion air require considerable effort.
  • the air speed changes in all non-variable cross-sections, e.g. B. in the ' premixing chamber very strong, so that there is a risk of flashback or blowout of the flame.
  • the invention is therefore based on the object of providing a combustion chamber in which the ratio of the quantity of combustion air supplied to a premix burner to the quantity of fuel supplied is kept within very narrow limits and in which safe operation is guaranteed.
  • the invention therefore provides that a larger number of premix burners is accommodated in a combustion chamber and the fuel supply to the individual premix burners can be switched on or off with constant air supply.
  • a large number of premix burners are required for a gas turbine in the power range from 30 to 120 MW that is customary today because of the limited burner output.
  • These premix burners are now not divided into an equally large number of individual combustion chambers as before, but they can be arranged concentratedly in one to four, but preferably two, combustion chambers.
  • the combustion chambers according to the invention offer very large mixing paths, based on the characteristic dimensions of the individual flames. This makes it possible to generate a sufficiently uniform temperature field in front of the turbine despite any proportions of burning and non-burning premix burners.
  • the fuel supply of another burner per combustion chamber is opened and the resulting mixture is ignited by neighboring burners.
  • the fuel supply of a further burner per combustion chamber is simply closed when the output is throttled. Since the combustion air also flows through the premix burners that are switched off, the desired mixing ratio is maintained with the premix burners that are switched on in each case.
  • the total amount of fuel supplied to the premix burners connected in each case can be regulated. In this way, the leaps in performance with an inconsistent increase in the amount of fuel can be compensated for without exceeding the narrow limits of the control range of a single burner.
  • the premix burners in an alternating manner as viewed in the direction of the combustion chamber axis.
  • each burner can be equipped with a pilot flame, which is not switched off.
  • the invention also provides a method for operating the combustion chamber described above. It is provided here that the total amount of fuel of all the premix burners connected in each case is regulated in a load-dependent manner and that as soon as the fuel content in the premix burners connected has a predetermined upper or lower limit values reached, the fuel supply of a further premix burner is switched on or off. With such a procedure, if there is a sufficient number of premix burners, the entire range between idling and full load can be covered without jumps in performance, the narrow operating limits of the individual premix burners required for safe operation and low nitrogen oxide emission being always maintained.
  • a compressor 2 and a turbine 3 are arranged on a common shaft 1 and surrounded by a common housing 4.
  • two opposing, identically designed combustion chambers 5 and 6 are flanged to the side connections 41 and 42 of the housing 4.
  • the combustion chamber 5 has a cylindrical combustion chamber housing 50 which is provided with an end hood 51 at its outer end face.
  • a flame tube 52 is arranged coaxially within the combustion chamber housing 50, an annular space 53 being formed between the combustion chamber housing 50 and the flame tube 52.
  • the flame tube 52 carries in the outer end area a cover 520, while in the central area several mixed air openings 521 are provided.
  • a transition part 54 adjoins the inner end of the flame tube 52 and establishes the connection to the turbine 3.
  • a larger number of premix burners 55 are arranged on the end cover 520 of the flame tube 52, the fuel supply of which is shown in FIG. 2 and the basic structure of which is shown in FIG. 3.
  • the fuel supply to the individual premix burners 55 takes place via fuel supply lines 56, each of which is connected to a common supply line 58 via shut-off elements 57, the total amount of fuel supplied to all premix burners 55 being able to be regulated via a control element 59.
  • fuel supply lines 56 each of which is connected to a common supply line 58 via shut-off elements 57
  • the total amount of fuel supplied to all premix burners 55 being able to be regulated via a control element 59.
  • a total of 12 premix burners 55 arranged on a circular line are shown in FIG. 2.
  • other premix burners 55 can also be arranged within this circle.
  • the premix burner 55 consists, for example, of an essentially cylindrical burner housing 550 which carries a swirl body 551 and a fuel nozzle 552 at one end and a flame holder 553 at the other end.
  • the liquid fuel supplied via the fuel supply line 56 and atomized in the fuel nozzle 552 is evaporated and mixed with the combustion air indicated by the arrows 10. So that this mixing is as intensive as possible, the combustion air 10 is swirled as it flows through the swirl body 51.
  • a homogeneous mixture with the combustion air 10 is likewise formed within the premixing chamber 554, wherein the pre-evaporation can of course be omitted.
  • a flange 555 is provided, which is attached to the end cover 520 of the flame tube 52 (FIG. 1) in a heat-elastic manner. In some of the premix burners 55, this flange 555 is slightly offset in the axial direction, so that the individual premix burners 55 alternately protrude more or less into the flame tube 52 (FIG. 1). This prevents mutual interference in the flame formation.
  • outside air 7 is sucked in by the compressor 2 and introduced as compressed combustion and mixed air 8 into the annular space 53 of the combustion chamber 5 or into the corresponding annular space of the combustion chamber 6.
  • the mixed air 9 branched off from this air flow then flows via the mixed air openings 521 into the mixing zone of the flame tube 52.
  • the other part of the air flow is supplied as combustion air 10 (FIG. 3) to the individual premix burners 55 and mixed with fuel in the premix burners 55 which are respectively connected.
  • the mixture indicated by the arrows 11 is then ignited in the combustion zone of the flame tube 52 connected to the premix burner 55.
  • the hot combustion gases are then fed to the turbine 3 together with the fresh air 9 supplied, as indicated by the arrows 12.
  • the exhaust gases leaving the turbine 3 are indicated by arrows 13.
  • the premix burners 55 enable by their large number and in that they can be switched on and off as required, an adaptation to the power.
  • the shut-off element 57 (FIG. 2) of a further premix burner 55 of the combustion chamber 5 and at the same time a corresponding shut-off element of an associated premix burner of the combustion chamber 6 are opened and the corresponding combustion air / fuel mixture is ignited by cross-ignition from an adjacent flame.
  • the shut-off element 57 of a further premix burner 55 is closed together with the corresponding shut-off element of the combustion chamber 6 in the event of a reduction in output.
  • the total amount of fuel is regulated via the control element 59 for the combustion chamber 5 and via a corresponding control element for the combustion chamber 6. In this way, mixture ratios can always be maintained even at partial load, in which there is on the one hand no danger of the flame being extinguished and on the other hand the nitrogen oxide formation is kept low.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer (5, 6) für Gasturbinen, bei welcher die Verbrennungs- und Mischluft (9) im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsgasen (12) über einen zwischen einem Brennkammergehäuse (50) und einem Flammrohr (52) gebildeten Ringraum (53) einem in das Flammrohr (52) einmündenden Vormischbrenner (55) bzw. Mischluftöffnungen (521) des Flammrohres (52) zuströmt. Um das Verhältnis der einem Vormischbrenner (55) zugeführten Verbrennungsluftmenge und Brennstoffmenge in sehr engen Grenzen zu halten, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß in das Flammrohr (52) mindestens vier, vorzugsweise aber mindestens zehn Vormischbrenner (55), einmünden und daß jeder Vormischbrenner (55) eine lastabhängig zu- und abschaltbare Brennstoffzuführung besitzt. Beim Betrieb einer derartigen Brennkammer (5, 6) werden die einzelnen Vormischbrenner (55) lastabhängig zu- bzw. abgeschaltet, wobei gleichzeitig die Gesamtmenge des den zugeschalteten Vormischbrennern (55) zugeführten Brennstoffes geregelt wird. Die erfindungsgemäße Brennkammer (5, 6) ist insbesondere für Gasturbinen geeignet, bei welchen eine geringe Stickoxydemission verlangt wird.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkammer für Gasturbinen, mit einem innerhalb eines zylindrischen Brennkammergehäuses angeordneten Flammrohr, wobei die Verbrennungs- und Mischluft im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsgasen über einen zwischen Brennkammergehäuse und Flammrohr gebildeten Ringraum einem in das Flammrohr einmündenden Vormischbrenner bzw. Mischluftöffnungen des Flammrohres zuströmt und wobei die Vormischkammer des Vormischbrenners mit getrennten Zuführungen für Verbrennungsluft und Brennstoff ausgerüstet ist, sowie auf ein Verfahren zum Betrieb der Brennkammer.
  • Derartige Brennkammern sind beispielsweise aus der DE-OS 24 60 709 bekannt. Hierbei werden in dem in die Brennzone des Flammrohres einmündenden Vormischbrenner der Brennstoff und die Verbrennungsluft vor der Verbrennung vermischt, wobei das Mischungsverhältnis in relativ engen Grenzen gehalten werden muß. Ist der Brennstoffanteil zu hoch, so wird zuviel Stickoxyd gebildet und ist zu wenig Brennstoff vorhanden, so erlischt die Verbrennung. Dieser mögliche Arbeitsbereich ist aber viel enger, als der beim Betrieb einer einwelligen Gasturbine zwischen Leerlauf und Vollast zu durchlaufende Bereich unterschiedlicher Mischungsverhältnisse. Bei hohen Anteilen von chemisch gebundenem Stickstoff im Brennstoff muß zur Vermeidung der Stickoxydbildung aus dem bei der Reaktion freigesetzten atomaren Stickstoff zunächst eine teilweise Verbrennung unter Luftmangel vorgenommen werden und dann die restliche Verbrennung nach weiterer Luftzufuhr bei hohem Luftüberschuß ablaufen. Auch bei diesem komplexen Vorgang müssen die Mischungsverhältnisse sehr genau eingehalten werden.
  • Der Einsatz von Vormischbrennern erfordert daher ein Regelungskonzept, welches die an der Verbrennung teilnehmende Verbrennungsluftmenge der jeweiligen Brennstoffmenge anpaßt. Dabei muß als zusätzliche Forderung ein gleichmäßiges Temperaturfeld vor der Turbine stets erhalten bleiben.
  • Bei der aus der DE-OS 24 60 709 bekannten Brennkammer wird die Anpassung der Verbrennungsluftmenge an die jeweilige Brennstoffmenge durch eine Regulierung der Verbrennungsluftmenge erzielt. Diese Lösung hat den Vorteil, daß das Temperaturfeld vor der Turbine gleichmäßig bleibt. Die für die Regulierung der Verbrennungsluftmenge vorgesehenen Verstelleinrichtungen erfordern jedoch einen erheblichen Aufwand. Außerdem verändert sich die Luftgeschwindigkeit in allen nicht variablen Querschnitten, z. B. in der'Vormischkammer sehr stark, so daß die Gefahr eines Flammenrückschlages oder eines Ausblasenes der Flamme besteht.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Brennkammer zu schaffen, bei welcher das Verhältnis der einem Vormischbrenner zugeführten Verbrennungsluftmenge zu der zugeführten Brennstoffmenge in sehr engen Grenzen gehalten wird und bei welcher ein sicherer Betrieb gewährleistet ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer Brennkammer der eingangs genannten Art in das Flammrohr mindestens vier Vormischbrenner einmünden und daß-jeder Vormischbrenner eine lastabhängig zu- und abschaltbare Brennstoffzuführung besitzt.
  • Die Erfindung sieht also vor, daß in einer Brennkammer eine größere Anzahl von Vormischbrennern untergebracht wird und die Brennstoffzuführung zu den einzelnen Vormischbrennern bei konstanter Luftzuführung zu- bzw. abgeschaltet werden kann. Für eine Gasturbine im heute üblichen Leistungsbereich von 30 bis 120 MW wird ohnehin wegen der begrenzten Brennerleistung eine große Anzahl von Vormischbrennern benötigt. Diese Vormischbrenner werden nun nicht wie bisher auf eine ebenfalls große Anzahl einzelner Brennkammern aufgeteilt, sondern sie können in ein bis vier, vorzugsweise jedoch zwei Brennkammern konzentriert angeordnet werden. Die erfindungsgemäßen Brennkammern bieten dabei, bezogen auf die charakteristischen Abmessungen der einzelnen Flammen, sehr große Mischwege. Dadurch ist es möglich, trotz beliebiger Anteile brennender und nicht brennender Vormischbrennerein ausreichend gleichmäßiges Temperaturfeld vor der Turbine zu erzeugen. Bei einer Erhöhung der Leistung wird die Brennstoffzuführung eines weiteren Brenners pro Brennkammer geöffnet und das entstehende Gemisch durch brennende Nachbarbrenner gezündet. Im umgekehrten Fall wird bei einer Drosselung der Leistung einfach die Brennstoffzuführung eines weiteren Brenners pro Brennkammer geschlossen. Da die Verbrennungsluft auch durch die jeweils abgeschalteten Vormischbrenner hindurchströmt, bleibt bei den jeweils zugeschalteten Vormischbrennern das erwünschte Mischungsverhältnis erhalten. Um eine möglichst flexible Leistungsanpassung zu gewährleisten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß in das Flammrohr mindestens zehn Vormischbrenner einmünden. Insbesondere wenn nur zwei Brennkammern pro Gasturbine eingesetzt werden, kann es auch zweckmäßig sein, wenn in das Flammrohr etwa 20 Vormischbrenner einmünden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Brennkammer ist die den jeweils zugeschalteten Vormischbrennern zugeführte Gesamtmenge des Brennstoffes regelbar. Damit können die mit einer unstetigen Brennstoffmengensteigerung vorhandenen Leistungssprünge ausgeglichen werden, ohne die engen Grenzen des Regelbereiches eines Einzelbrenners zu überschreiten.
  • Damit sich die Flammenausbildung bei den einzelnen Vormischbrennern nicht gegenseitig beeinträchtigt, ist es zweckmäßig, die Vormischbrenner in Richtung der Brennkammerachse gesehen alternierend vor- und zurückgesetzt anzuordnen.
  • Die Abstände zwischen benachbarten Vormischbrennern sind vorteilhaft derart bemessen, daß eine Querzündung stattfinden kann. Beim Öffnen der Brennstoffzuführung eines weiteren Vormischbrenners wird dann das entstehende Gemisch durch Querzündung von einer benachbarten Flamme gezündet, d. h. pro Brennkammer ist nur eine Zündeinrichtung erforderlich. Alternativ dazu kann auch jeder Brenner mit einer Pilotflamme ausgerüstet werden, die nicht mit abgeschaltet wird.
  • Die Erfindung gibt ferner ein Verfahren zum Betrieb der vorstehend geschilderten Brennkammer an. Hierbei ist vorgesehen, daß die Gesamtmenge des Brennstoffes aller jeweils zugeschalteten Vormischbrenner lastabhängig geregelt wird und daß, sobald der Brennstoffanteil bei den zugeschalteten Vormischbrennern vorgegebene obere oder untere Grenzwerte erreicht, die Brennstoffzuführung eines weiteren Vormischbrenners zu- bzw. abgeschaltet wird. Bei einer derartigen Verfahrensweise kann - sofern eine ausreichende Anzahl von Vormischbrennern vorhanden ist - der gesamte Bereich zwischen Leerlauf und Vollast ohne Leistungssprünge durchlaufen werden, wobei die für einen sicheren Betrieb und eine geringe Stickoxydemmission erforderlichen engen Betriebsgrenzen der einzelnen Vormischbrenner stets eingehalten werden.
  • Anhand einer vereinfachten schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise eines Ausführungsbeispiels nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 einen Schnitt durch eine Gasturbine mit zwei erfindungsgemäß ausgestalteten Brennkammern,
    • Fig. 2 das Prinzip der Brennstoffzuführung zu den einzelnen Vormischbrennern und
    • Fig. 3 einen Längsschnitt durch einen Vormischbrenner.
  • Wie aus dem Schnittbild nach Fig. 1 zu ersehen ist, sind auf einer gemeinsamen Welle 1 ein Verdichter 2 und eine Turbine 3 angeordnet und von einem gemeinsamen Gehäuse 4 umgeben. Im Bereich zwischen dem Verdichter 2 und der Turbine 3 sind an seitlichen Stutzen 41 und 42 des Gehäuses 4 zwei sich gegenüberliegende, gleich ausgebildete Brennkammern 5 bzw. 6 angeflanscht.
  • Die Brennkammer 5 besitzt ein zylindrisches Brennkammergehäuse 50, welches an seinem äußeren stirnseitigen Ende mit einer Abschlußhaube 51 versehen ist. Koaxial innerhalb des Brennkammergehäuses 50 ist ein Flammrohr 52 angeordnet, wobei zwischen Brennkammergehäuse 50 und Flammrohr 52 ein Ringraum 53 gebildet ist. Das Flammrohr 52 trägt im äußeren stirnseitigen Bereich einen Abschlußdeckel 520, während im mittleren Bereich mehrere Mischluftöffnungen 521 vorgesehen sind. An das innenliegende Ende des Flammrohres 52 schließt sich ein Übergangsteil 54 an, welches die Verbindung zur Turbine 3 herstellt.
  • Auf dem Abschlußdeckel 520 des Flammrohres 52 ist eine größere Anzahl von Vormischbrennern 55 angeordnet, deren Brennstoffversorgung in Fig. 2 und deren prinzipieller Aufbau in Fig. 3 dargestellt ist.
  • Gemäß Fig. 2 erfolgt die Brennstoffversorgung der einzelnen Vormischbrenner 55 über Brennstoffzuführungsleitungen 56, die jeweils über Absperrorgane 57 an eine gemeinsame Versorgungsleitung 58 angeschlossen sind, wobei die sämtlichen Vormischbrennern 55 zugeführte Gesamtmenge des Brennstoffes über ein Regelorgan 59 geregelt werden kann. Zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung sind in Fig. 2 insgesamt 12 auf einer Kreislinie angeordnete Vormischbrenner 55 aufgezeigt. Innerhalb dieses Kreises können aber selbstverständlich auch weitere Vormischbrenner 55 angeordnet werden.
  • Gemäß Fig. 3 bestehen die Vormischbrenner 55 beispielsweise aus einem im wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Brennergehäuse 550, welches an einem stirnseitigen Ende einen Drallkörper 551 und eine Brennstoffdüse 552 und am anderen stirnseitigen Ende einen Flammenhalter 553 trägt. In der zwischen dem Drallkörper 551 und dem Flammenhalter 553 gebildeten Vormischkammer 554 wird der über die Brennstoffzuführungsleitung 56 zugeführte und in der Brennstoffdüse 552 zerstäubte flüssige Brennstoff verdampft und mit der durch die Pfeile 10 angedeuteten Verbrennungsluft vermischt. Damit diese Vermischung möglichst intensiv ist, wird die Verbrennungsluft 10 beim Durchströmen des Drallkörpers 51 verwirbelt. Das aus der zugeführten Verbrennungsluft 10 und dem verdampften Brennstoff bestehende homogene Gemisch wird erst außerhalb des Vormischbrenners 55 gezündet, wobei der Flammenhalter 553 zur Stabilisierung der Flamme dient und insbesondere ein Rückschlagen der Flamme in die Vormischkammer 554 verhindert. Bei der Verwendung von gasförmigen Brennstoffen wird ebenfalls innerhalb der Vormischkammer 554 ein homogenes Gemisch mit der Verbrennungsluft 10 gebildet, wobei die Vorverdampfung natürlich entfallen kann. Zur Befestigung des Vormischbrenners 55 ist ein Flansch 555 vorgesehen, welcher auf dem Abschlußdeckel 520 des Flammrohres 52 (Fig. 1) wärmeelastisch befestigt ist. Bei einem Teil der Vormischbrenner 55 ist dieser Flansch 555 in axialer Richtung etwas versetzt, so daß die einzelnen Vormischbrenner 55 alternierend mehr oder wengier weit in das Flammrohr 52 (Fig. 1) hineinragen. Hierdurch wird eine gegenseitige Beeinträchtigung bei der Flammenausbildung verhindert.
  • Wie es in Fig. 1 aufgezeigt ist, wird von dem Verdichter 2 Außenluft 7 angesaugt und als verdichtete Verbrennungs- und Mischluft 8 in den Ringraum 53 der Brennkammer 5 bzw. in den entsprechenden Ringraum der Brennkammer 6 eingeleitet. Die von diesem Luftstrom abgezweigte Mischluft 9 strömt dann über die Mischluftöffnungen 521 in die Mischzone des Flammrohres 52. Der andere Teil des Luftstromes wird als Verbrennungsluft 10 (Fig. 3) den einzelnen Vormischbrennern 55 zugeführt und in den jeweils zugeschalteten Vormischbrennern 55 mit Brennstoff vermischt. Das durch die Pfeile 11 angedeutete Gemisch wird dann in der an die Vormischbrenner 55 anschließenden Brennzone des Flammrohres 52 gezündet. Die heißen Verbrennungsgase werden dann zusammen mit der zugeführten Frischluft 9 der Turbine 3 zugeführt, wie es durch die Pfeile 12 angedeutet ist. Die Abgase, welche die Turbine 3 verlassen, sind durch Pfeile 13 angedeutet.
  • Die Vormischbrenner 55 ermöglichen durch ihre große Anzahl und dadurch, daß sie beliebig zu- und abgeschaltet werden können, eine Anpassung an die Leistung. Bei einer Erhöhung der Leistung wird einfach das Absperrorgan 57 (Fig. 2) eines weiteren Vormischbrenners 55 der Brennkammer 5 und zugleich ein entsprechendes Absperrorgan eines zugeordneten Vormischbrenners der Brennkammer 6 geöffnet und das entsprechende Verbrennungsluft/Brennstoff-Gemisch durch Querzündung von einer benachbarten Flamme gezündet. Im umgekehrten Fall wird bei einer Leistungsverminderung das Absperrorgan 57 eines weiteren Vormischbrenners 55 zusammen mit dem entsprechenden Absperrorgan der Brennkammer 6 geschlossen. Damit keine Leistungssprünge auftreten, wird die Gesamtmenge des Brennstoffes über das Regelorgan 59 für die Brennkammer 5 und über ein entsprechendes Regelorgan für die Brennkammer 6 geregelt. Auf diese Weise können auch bei Teillast stets Mischungsverhältnisse eingehalten werden, bei welchen einerseits keine Gefahr eines Erlöschens der Flamme besteht und andererseits die Stickoxydbildung gering gehalten wird.

Claims (7)

1. Brennkammer für Gasturbinen mit einem innerhalb eines zylindrischen Brennkammergehäuses angeordneten Flammrohr, wobei die Verbrennungs- und Mischluft im Gegenstrom zu den heißen Verbrennungsgasen über einen zwischen Brennkammergehäuse und Flammrohr gebildeten Ringraum einem in das Flammrohr einmündenden Vormischbrenner bzw. Mischluftöffnungen des Flammrohres zuströmt und wobei die Vormischkammer des,Vormischbrenners mit getrennten Zuführungen für Verbrennungsluft und Brennstoff ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in das Flammrohr(52)mindestens vier Vormischbrenner (55) einmünden und daß jeder Vormischbrenner (55) eine lastabhängig zu-und abschaltbare Brennstoffzuführung (56) besitzt.
2. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Flammrohr (52) mindestens zehn Vormischbrenner (55) einmünden.
3. Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in das Flammrohr(52) etwa zwanzig Vormischbrenner (55) einmünden.
4. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die den jeweils zugeschalteten Vormischbrennern (55) zugeführte Gesamtmenge des Brennstoffes regelbar ist.
5. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vormischbrenner (55) in Richtung der Brennkammerachse gesehen alternierend vor- und zurückgesetzt angeordnet sind.
6. Brennkammer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen benachbarten Vormischbrennern (55) derart bemessen sind, daß eine Querzündung stattfinden kann.
7. Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtmenge des Brennstoffes aller jeweils zugeschalteter Vormischbrenner (55) lastabhängig geregelt wird und daß, sobald der Brennstoffanteil bei den zugeschalteten Vormischbrennern (55) vorgegebene obere oder untere Grenzwerte erreicht, die Brennstoffzuführung (56) eines weiteren Vormischbrenners (55) zu- bzw. abgeschaltet wird.
EP19800107319 1979-12-07 1980-11-24 Brennkammer für Gasturbinen und Verfahren zum Betrieb der Brennkammer Expired EP0030313B1 (de)

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DE19792949388 DE2949388A1 (de) 1979-12-07 1979-12-07 Brennkammer fuer gasturbinen und verfahren zum betrieb der brennkammer
DE2949388 1979-12-07

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0030313A1 true EP0030313A1 (de) 1981-06-17
EP0030313B1 EP0030313B1 (de) 1983-07-20

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EP19800107319 Expired EP0030313B1 (de) 1979-12-07 1980-11-24 Brennkammer für Gasturbinen und Verfahren zum Betrieb der Brennkammer

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EP (1) EP0030313B1 (de)
JP (1) JPS5697734A (de)
DE (1) DE2949388A1 (de)

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