[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

DE19939235A1 - Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number
DE19939235A1
DE19939235A1 DE19939235A DE19939235A DE19939235A1 DE 19939235 A1 DE19939235 A1 DE 19939235A1 DE 19939235 A DE19939235 A DE 19939235A DE 19939235 A DE19939235 A DE 19939235A DE 19939235 A1 DE19939235 A1 DE 19939235A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
burners
flames
combustion device
burner
combustion
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
DE19939235A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19939235B4 (de
Inventor
Wolfgang Polifke
Alexander Ni
Franz Joos
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.)
Ansaldo Energia Switzerland AG
Original Assignee
Asea Brown Boveri AG Switzerland
Asea Brown Boveri AB
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 Asea Brown Boveri AG Switzerland, Asea Brown Boveri AB filed Critical Asea Brown Boveri AG Switzerland
Priority to DE19939235A priority Critical patent/DE19939235B4/de
Priority to US09/637,866 priority patent/US6449951B1/en
Priority to JP2000247547A priority patent/JP2001090951A/ja
Priority to GB0327147A priority patent/GB2392491B/en
Priority to GB0020469A priority patent/GB2355517B/en
Publication of DE19939235A1 publication Critical patent/DE19939235A1/de
Priority to US10/237,076 priority patent/US6581385B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19939235B4 publication Critical patent/DE19939235B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/286Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2210/00Noise abatement
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00014Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00016Retrofitting in general, e.g. to respect new regulations on pollution

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

Bei einer Verbrennungseinrichtung (10), insbesondere für den Antrieb von Gasturbinen, umfassend eine Mehrzahl von Brennern (12, ..., 15) gleicher thermischer Leistung, welche parallel zu einer Achse (28) in eine gemeinsame Brennkammer (11) arbeiten, wird auf einfache Weise eine wirksame Unterdrückung von thermo-akustischen Verbrennungsinstabilitäten dadurch erreicht, dass die Brenner (12, ..., 15) untereinander derart unterschiedlich ausgebildet sind, dass die von ihnen erzeugten Flammen (24, ..., 27) bzw. Flammenfronten entlang der Achse (28) verteilt positioniert sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Verbrennungstechnik. Sie betrifft eine Verbrennungseinrichtung, insbesondere für den Antrieb von Gas­ turbinen, umfassend eine Mehrzahl von Brennern gleicher thermischer Leistung, welche parallel zu einer Achse in eine gemeinsame Brennkammer arbeiten.
Eine solche Verbrennungseinrichtung ist z. B. aus der EP-B1-0 571 782 der An­ melderin bekannt.
STAND DER TECHNIK
Thermoakustische Verbrennungsinstabilitäten können einen sicheren und verläss­ lichen Betrieb moderner Gasturbinen mit Vormischung ernsthaft behindern. Einer der für diese Instabilitäten verantwortlichen Mechanismen basiert auf einer Rück­ kopplungsschleife, welche die Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen bei der Brennstoffeinspritzung, die durch Strömung transportierten (konvektiven) Brenn­ stoffinhomogenitäten und die Wärmefreisetzungsrate einbezieht.
Ein fundamentales Stabilitätskriterium für das Auftreten von thermoakustischen Verbrennungsinstabilitäten ist das Rayleigh-Kriterium, das wie folgt formuliert wer­ den kann:
Sobald eine Flamme in einem akustischen Resonator eingeschlossen ist, können thermoakustische selbsterregte Schwingungen auftreten, wenn gilt
Hierbei ist Q' die augenblickliche Abweichung der integralen Wärmefreisetzungs­ rate von ihrem mittleren (stationären) Wert, p' bezeichnet die Druckschwankun­ gen, und T bezeichnet die Periodendauer der Schwingungen (1/T = f ist die Fre­ quenz der Schwingungen). Bei der Formel (1) ist angenommen, dass die räum­ liche Ausdehnung der Wärmefreisetzungszone hinreichend klein ist, um mit inte­ gralen Werten von Q' und p' zu arbeiten. Eine Erweiterung auf die allgemeinere Situation mit einer verteilten Wärmefreisetzung Q'(x) und einer kleinen akustischen Wellenlänge ergibt sich unmittelbar und führt zu einem sogenannten Rayleigh- Index. Das Rayleigh-Kriterium (1) besagt, dass eine Instabilität nur auftreten kann, wenn Schwankungen der Wärmefreisetzung und des Druckes wenigstens bis zu einem gewissen Grade miteinander in Phase sind.
In einer Verbrennungseinrichtung mit Vormischung hängt die augenblickliche Wärmefreisetzungsrate unter anderem von der augenblicklichen Brennstoffkon­ zentration in der vorgemischten Brennstoff-Luft-Mischung ab, welche in die Ver­ brennungszone eintritt. Die Brennstoffkonzentration ihrerseits kann durch (akusti­ sche) Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen in der Nähe der Brennstoffein­ spritzvorrichtung beeinflusst werden, vorausgesetzt, dass die Luftzuführung und die Brennstoffeinspritzvorrichtung nicht akustisch steif sind. Diese letztgenannte Bedingung ist üblicherweise erfüllt, d. h., der Druckabfall der Luftströmung entlang der Brennstoffeinspritzregion des Brenners ist üblicherweise ziemlich gering, und selbst der Druckabfall entlang der Brennstoffeinspritzvorrichtung ist im allgemei­ nen nicht gross genug, um die Brennstoffzuleitung von der Akustik in der Verbren­ nungseinrichtung abzukoppeln. Die Beziehung zwischen der Akustik an der Brennstoffeinspritzvorrichtung und der Wärmefreisetzung in der Strömung kann mit den einfachsten Ausdrücken wie folgt formuliert werden:
Hierbei bezeichnen xl den Ort der Brennstoffeinspritzung und u(x) und u'(x) die Strömungsgeschwindigkeit bzw. deren momentane zeitliche Änderung, während τ die Zeitverzögerung ist, die den Tatbestand ausdrückt, dass Brennstoffinhomo­ genitäten, die an der Brennstoffeinspritzvorrichtung entstehen, von der Flamme nicht sofort gespürt werden, sondern erst, nachdem sie von der mittleren Strö­ mung vom Einspritzort zur Flammenfront transportiert worden sind. In einer selbstzündenden Verbrennungseinrichtung wird τ durch die Kinetik der chemi­ schen Reaktionen bestimmt, welche den Ort der Flamme bestimmt. In einer her­ kömmlichen Verbrennungseinrichtung mit Vormischung dagegen wird die Flamme mit einem Flammenhalter ("flame holder") verankert, der unterschiedliche Ausge­ staltungen ("bluffbody", "V-gutter", Rezirkulationszone oder dgl.) annehmen kann. Die Zeitverzögerung hängt in diesem Fall von der mittleren Strömungsgeschwin­ digkeit und dem Abstand zwischen Einspritzort und dem Flammenhalter ab. In jedem Fall kann die Zeitverzögerung näherungsweise beschrieben werden durch
wobei I den Abstand zwischen dem Einspritzort und der Flammenfront bezeichnet, während U(x) die mittlere Strömungsgeschwindigkeit in der Vormischzone des Brenners ist, mit der die Brennstoffinhomogenitäten in der Strömung von der Ein­ spritzvorrichtung zur Flamme transportiert werden.
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Gleichung (2) den Umstand ausdrückt, dass ein augenblicklicher Zuwachs in der Geschwindigkeit der an der Brennstoffeinspritzvorrichtung vorbeiströmenden Luft (erster Term auf der rechten Seite der Gleichung) zu einer Verdünnung der Brennstoff-Luft-Mischung und einer entsprechenden Reduzierung der Wärmefreisetzung führt, während ein Druckzu­ wachs an der Brennstoffeinspritzvorrichtung (zweiter Term auf der rechten Seite der Gleichung) den augenblicklichen Brennstoffmassenfluss reduziert und damit ebenfalls die Wärmefreisetzungsrate herabsetzt. Es sei darauf hingewiesen, dass - selbst wenn die Brennstoffeinspritzvorrichtung akustisch "steif" ist (d. h. Δp → ∞) - Brennstoffinhomogenitäten an der Einspritzvorrichtung erzeugt werden können.
Was die thermoakustische Stabilität anbelangt, ermöglicht eine Zeitverzögerung wie sie in Gleichung (2) auftritt, im allgemeinen eine resonante Rückkopplung und eine Verstärkung von infinitesimalen Störungen. Natürlich hängen die exakten Be­ dingungen und Frequenzen, bei denen selbsterregte Schwingungen auftreten, auch von den mittleren Strömungsbedingungen ab, und zwar insbesondere den Strömungsgeschwindigkeiten und Temperaturen, sowie von der Akustik der Ver­ brennungseinrichtung, wie z. B. den Randbedingungen, Eigenfrequenzen, Dämp­ fungsmechanismen, etc.. Nichtsdestoweniger stellt die Beziehung zwischen den akustischen Eigenschaften und den Schwankungen in der Wärmefreisetzung, wie sie in Gleichung (2) beschrieben ist, eine ernstzunehmende Bedrohung der ther­ moakustischen Stabilität der Verbrennungseinrichtung dar. Es sollte daher ein Weg gefunden werden, um diesen Mechanismus von allem Anfang an zu unter­ drücken.
Grundsätzlich ist es im Rahmen der o. g. Überlegungen denkbar, eine Unter­ drückung von thermoakustischen Instabilitäten durch eine Verteilung von unter­ schiedlichen Zeitverzögerungen auf der Zeitachse herbeizuführen. Der einge­ spritzte Brennstoff wird dabei in zwei oder mehr einzelne Ströme oder "Parzellen" aufgeteilt, die alle im Bezug aufeinander unterschiedliche Zeitverzögerungen und entsprechend unterschiedliche Phasen aufweisen. Idealerweise hätte eine solche Aufteilung in verschiedene Brennstoffströme Schwankungen in der Wärmefreiset­ zung Q'i (i = 1, 2, . . .) zur Folge, derart, dass
gelten würde. Dadurch wäre sichergestellt, dass das Rayleigh-Kriterium (1) nicht erfüllt werden kann. In der Praxis ist eine solch exakte Auslöschung weder mög­ lich noch notwendig; es reicht aus, die Stärke der resonanten Rückkopplung so­ weit herabzusetzen, dass die dissipativen Effekte innerhalb des Systems stärker sind als die Verstärkungsmechanismen.
In der Vergangenheit ist nun bereits vorgeschlagen worden (DE-A1-198 09 364) innerhalb eines Brenners oder in mehreren parallel in eine Brennkammer arbei­ tenden Brennern Brennstoff axial abgestuft in unterschiedlichen axialen Abstän­ den zum Ort der Wärmefreisetzung einzuspritzen. Somit werden Teilmengen des Brennstoffes mit unterschiedlich langen konvektiven Verzugszeiten vom Ort der Eindüsung bis zur Flamme transportiert, was ungleiche Phasenlagen und somit eine Abschwächung der resonanten Rückkopplung zur Folge hat. Eine solche Lö­ sung hat jedoch den Nachteil, dass die Brennstoffeinspritzung aufgrund der axia­ len Abstufung apparativ vergleichsweise aufwendig gestaltet ist: Wird nämlich in­ nerhalb eines Brenners axial abgestuft eingespritzt, ist eine Mehrzahl von hinter­ einander angeordneten separaten Einspritzöffnungen notwendig. Werden dage­ gen mehrere parallele Brenner mit unterschiedlichen axialen Einspritzorten ein­ gesetzt, müssen die Brenner aufgrund ihrer unterschiedlichen Konfiguration ein­ zeln angefertigt werden, was die Herstellung und Lagerhaltung erheblich verteuert. In jedem Falle besteht bei weit stromauf liegender Brennstoffeindüsung auch die erhöhte Gefahr eines sog. Flammenrückschlags, welcher zu thermischer Überla­ stung und Zerstörung des Brenners führen kann.
Andere aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen des Problems der Ver­ brennungsinstabilitäten beziehen sich darauf, die Wärmefreisetzung entlang der Achse der Verbrennungseinrichtung zu verteilen, indem die erzeugten Flammen bzw. Flammenfronten axial verteilt positioniert werden. Die US-A-5,471,840 schlägt dazu vor, bei dem einzelnen Brenner jeweils ausgangsseitig zusätzliche Flammenhalter anzuordnen, die einen Teil der Verbrennung (bzw. Flammenfron­ ten) stromaufwärts aus der Brennkammer in das Strömungsrohr des Brenners verlagern. Nachteilig ist dabei jedoch, dass jeder Brenner mit den Flammenhaltern ausgerüstet werden muss. Nachteilig ist auch, dass die Flammenhalter thermisch hoch belastet sind und somit sehr aufwendig gekühlt und aus einem hochtempe­ raturfesten Material (Keramik) gefertigt werden müssen. Gleichwohl ergeben sich Probleme mit der Langzeitfestigkeit.
In der US-A-5,901,549 wird demgegenüber vorgeschlagen, einen bezüglich der Achse asymmetrisch arbeitenden Pilotbrenner zu verwenden, um bei den angren­ zenden Vormischbrennern längere und kürzere Flammen zu erzeugen. Nachteilig ist dabei vor allem, dass ein Pilotbrenner im Diffusionsbetrieb arbeitet, somit hohe NOx-Emissionen erzeugt und deshalb im Vollastbetrieb nicht eingesetzt werden kann. Nachteilig ist auch, dass für die Unterdrückung der Verbrennungsinstabili­ täten der Pilotbrenner eine zentrale Rolle spielt, so dass Störungen im Pilotbren­ ner die Funktion des Gesamtsystems beeinträchtigen. Darüber hinaus ist die not­ wendige Wechselwirkung zwischen Pilotbrenner und den übrigen Brennern schwer einzustellen und zu optimieren.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Verbrennungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass auf einfache und funktionssichere Art Ver­ brennungsinstabilitäten unterdrückt werden.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, die Brenner selbst derart unterschiedlich auszugestalten, dass die von ihnen erzeugten Flammen bzw. Flammenfronten unterschiedliche axiale Positionen einnehmen und so die Wärmefreisetzung ent­ lang der Achse verteilt wird. Die unterschiedliche Ausgestaltung der einzelnen Brenner lässt sich ohne Schwierigkeiten und mit einfachen Mitteln durchführen und ist bei den verschiedensten Typen von Brennern machbar, ohne das es auf­ wendiger Zusatzeinrichtungen bedarf. Insbesondere können die für das Brenner­ verhalten charakteristischen Parameter von Brenner zu Brenner verschieden ge­ wählt werden, um eine entsprechende axiale Flammenverteilung zu erhalten. Ein wichtiger Vorteil ist dabei, dass alle eingesetzten Brenner als Vormischbrenner ausgebildet sein können, so dass diese Lösung vollasttauglich ist und praktisch keine Nachteile hinsichtlich der NOx-Emission bringt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsein­ richtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner als drallstabilisierte Vor­ mischbrenner ausgebildet sind, und dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen durch eine unterschiedliche Drallzahl der einzelnen Brenner bewirkt wird. Vorzugsweise sind dabei die Brenner als Doppelkegelbrenner ausgebildet, in welche die Verbrennungsluft jeweils durch zwischen den Kegeln gebildete Schlitze eingedüst wird; die unterschiedliche Drallzahl wird durch die Breite der Schlitze und den Öffnungswinkel der Kegel bestimmt.
Gemäss einer anderen bevorzugten Ausführungsform mit drallstabilisierten Vor­ mischbrennern wird die unterschiedliche axiale Position der Flammen durch zu­ sätzliches Eindüsen von Luft am Eingang und/oder am Ausgang der Brenner be­ wirkt. Möglich ist aber auch, dass bei den Brennern der Brennstoff durch verteilt angeordnete Eindüsöffnungen eingedüst wird, und dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen durch unterschiedliche Anordnung und Grösse der Eindüsöffnungen bewirkt wird, oder dass die Brenner jeweils einen Ausgang zur Brennkammer aufweisen, und dass die unterschiedliche axiale Position der Flam­ men durch eine unterschiedliche Gestaltung der Ausgänge bewirkt wird.
Eine andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Brenner als Sekundärbrenner ausgebildet sind, und dass eine un­ terschiedliche axiale Position der Flammen dadurch erzeugt wird, dass die Bren­ ner teilweise an ihrem Ausgang zur Brennkammer mit einem Diffusor ausgestattet sind, und teilweise ohne Diffusor in die Brennkammer münden.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam­ menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 in einer schematisierten Schnittdarstellung eine Verbrennungsein­ richtung mit einer Anordnung von Doppelkegelbrennern, bei denen gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung durch unterschiedliche Wahl der Öffnungswinkel und Schlitz­ breiten eine unterschiedliche Drallzahl erzeugt wird; und
Fig. 2 eine zu Fig. 1 vergleichbare Darstellung eines zweiten bevorzug­ ten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Sekundärbrennern, bei denen unterschiedlich positionierte Flammenfronten durch unter­ schiedlich gestaltete Brennerausgänge (mit und ohne Diffusor) er­ zeugt werden.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In Fig. 1 ist in einer schematisierten Querschnittsdarstellung ein bevorzugtes Aus­ führungsbeispiel einer Verbrennungseinrichtung 10 nach der Erfindung wieder­ gegeben. Die Verbrennungseinrichtung 10 umfasst - vergleichbar zur Fig. 1 der EP-B1-0 571 782 - eine Mehrzahl von (vereinfacht dargestellten) Brennern 12, . . ., 15 in Form von sogenannten Doppelkegel- oder EV-Brennern, wie sie in den Gas­ turbinenanlagen der Anmelderin eingesetzt werden. Die Brenner 12, . . ., 15 haben einen internen Aufbau und eine Funktionsweise, die z. B. der Fig. 7 der EP-B1-0 571 782 entnommen werden kann. Sie arbeiten parallel zueinander und zu einer Achse 28 in eine Brennkammer 11. In jedem Brenner 12, . . ., 15 wird über eine Brennstoffzuführung 16, . . ., 19 flüssiger und/oder gasförmiger Brennstoff zugeführt und zentral bzw. tangential in das Innere des zur Brennkammer 11 hin offenen Kegels eingedüst. Ebenfalls tangential tritt Verbrennungsluft durch entsprechende Schlitze 20, . . ., 23 von aussen in den Kegel ein und vermischt sich mit dem Brenn­ stoff unter Bildung eines Wirbels. Die Brenner 12, . . ., 15 stellen daher drallstabili­ sierte Vormischbrenner dar. Der in den Brennern 12, . . ., 15 gebildete Brenn­ stoff/Luft-Wirbel reicht in die Brennkammer 11 hinein und zündet dort unter Bil­ dung und Aufrechterhaltung einer Flamme 24, . . ., 27 mit entsprechender Flammen­ front.
Die axiale Lage der Flammen 24, . . ., 27 bzw. der Flammenfronten und damit die axiale Position der Wärmefreisetzung in der Verbrennungseinrichtung 10 wird bei den beispielhaften Doppelkegelbrennern 12, . . ., 15 der Fig. 1 bestimmt durch:
  • - die Drallzahl, die ihrerseits durch den Öffnungswinkel des Brennerkegels und die Breite der Schlitze 20, . . ., 23 bestimmt wird;
  • - die Injektion von "Kopfluft" (head air) oder "Zerstäubungsluft" (blast air) an der Spitze des Brennerkegels;
  • - die Form des Brennerausgangs zur Brennkammer 11 (hier kann beispielsweise ein Coanda-Diffusor vorgesehen sein, welcher eine Rezirkulationszone an den Brennerausgang "heranzieht");
  • - die Anordnung von mechanischen Flammenhaltern am Brennerausgang (z. B. tretraedrische Wirbelerzeugungselemente);
  • - die Eindüsung von Luft quer zur Hauptströmung am Brennerausgang; und
  • - Anordnung und Grösse der Eindüsöffnungen für den Brennstoff.
Werden einer oder mehrere dieser Parameter von Brenner zu Brenner variiert, ergibt sich für jeden der Brenner 12, . . ., 15 eine unterschiedliche Position der Flamme 24, . . ., 27 bzw. der Flammenfront und damit eine axial verteilte Zeitverzö­ gerung im Sinne der eingangs gemachten Ausführungen. Im Beispiel der Fig. 1 weisen die Brenner 13 und 15 gegenüber den Brennern 12 und 14 einen breiteren Schlitz 23 und einen kleineren Öffnungswinkel auf. Dies hat zur Folge, dass die Flammen 25 und 27 dieser Brenner in axialer Richtung weiter in die Brennkammer 11 hineinragen als die Flammen 24 und 26. Hierdurch ergibt sich eine axiale Ver­ teilung der Flammenfronten und damit auch der Wärmefreisetzung, durch welche die thermoakustischen Verbrennungsinstabilitäten behindert bzw. ganz verhindert werden. Während im Beispiel der Fig. 1 nur zwei unterschiedliche axiale Flam­ menpositionen dargestellt sind, ist es möglich und kann zweckmässig sein, durch eine weitergehende Variation der Parameter eine Vielzahl von unterschiedlichen Positionen zu erzeugen. Es versteht sich dabei von selbst, dass bei anderen Bren­ nern als den Doppelkegelbrennern entsprechend andere Parameter die Flammen­ position beeinflussen und im Sinne der Erfindung von Brenner zu Brenner variiert werden müssen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Fig. 2 darge­ stellt. Die in Fig. 2 gezeigte Verbrennungseinrichtung 30 umfasst ebenfalls meh­ rere Brenner 32, . . ., 35, die in diesem Fall als Sekundärbrenner ausgebildet sind (siehe z. B. die US-A-5,431,018) und von der Anmelderin unter der Bezeichnung SEV-Brenner bei Gasturbinenanlagen im Einsatz sind. Die Brenner 32, . . ., 35 sind untereinander und zu einer Achse 46 parallel geschaltet und arbeiten in eine ge­ meinsame Brennkammer 31. Jeder der Brenner 32, . . ., 35 erhält eingangsseitig von einer vorgeschalteten Brennkammer und Turbinenstufe heisse Verbrennungs­ gase, in die mittels einer in der Strömung befindlichen Eindüsvorrichtung 36, . . ., 39 Brennstoff und ggf. Luft eingedüst wird. Die sich hinter der Eindüsvorrichtung 36, . . ., 39 bildende Mischung strömt in die Brennkammer 31, wo sich durch Selbstzün­ dung eine Flamme 40, . . .,43 ausbildet. Auch bei dieser Sekundärbrenner-Anord­ nung wird durch unterschiedliche Ausgestaltung der einzelnen Brenner eine Ver­ teilung der Flammenpositionen entlang der Achse 46 erreicht. Dazu werden bei den Brennern 33 und 35 im Unterschied zu den Brennern 32 und 34 ausgangs­ seitig Diffusoren 44 bzw. 45 vorgesehen. Die sich aufweitenden Diffusoren 44, 45 sorgen dafür, dass sich breitere und kürzere Flammen 41, 43 bilden als bei den Brennern 32, 34 ohne spezielle Diffusoren. Im Ergebnis ergibt sich dadurch eine axiale Verteilung der Flammenpositionen und entsprechend der Wärmefreiset­ zung.
BEZUGSZEICHENLISTE
10
,
30
Verbrennungseinrichtung
11
,
31
Brennkammer
12
, . . .,
15
Brenner (Doppelkegelbrenner; EV-Brenner)
16
, . . .,
19
Brennstoffzuführung
20
, . . .,
23
Schlitz
24
, . . .,
27
Flamme
28
,
46
Achse
32
, . . .,
35
Brenner (Sekundärbrenner; SEV-Brenner)
36
, . . .,
39
Eindüsvorrichtung
40
, . . .,
43
Flamme
44
,
45
Diffusor

Claims (9)

1. Verbrennungseinrichtung (10, 30), insbesondere für den Antrieb von Gasturbinen, umfassend eine Mehrzahl von Brennern (12, . . ., 15; 32, . . ., 35) glei­ cher thermischer Leistung, welche parallel zu einer Achse (28, 46) in eine gemein­ same Brennkammer (11, 31) arbeiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (12, . . ., 15; 32, . . ., 35) untereinander derart unterschiedlich ausgebildet sind, dass die von ihnen erzeugten Flammen (24, . . ., 27; 40, . . ., 43) bzw. Flammenfronten ent­ lang der Achse (28, 46) verteilt positioniert sind.
2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (12, . . ., 15) als drallstabiliserte Vormischbrenner ausgebildet sind.
3. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen (24, . . ., 27) durch eine un­ terschiedliche Drallzahl der einzelnen Brenner (12, . . ., 15) bewirkt wird.
4. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (12, . . ., 15) als Doppelkegelbrenner ausgebildet sind, in welche die Verbrennungsluft jeweils durch zwischen den Kegeln gebildete Schlitze (20, . . ., 23) eingedüst wird, und dass die unterschiedliche Drallzahl durch die Breite der Schlitze (20, . . ., 23) und den Öffnungswinkel der Kegel bestimmt wird.
5. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen (24, . . ., 27) durch zusätzli­ ches Eindüsen von Luft am Eingang und/oder am Ausgang der Brenner (12, . . ., 15) bewirkt wird.
6. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Brennern (12, . . ., 15) der Brennstoff durch verteilt angeordnete Ein­ düsöffnungen eingedüst wird, und dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen (24, . . ., 27) durch unterschiedliche Anordnung und Grösse der Eindüsöff­ nungen bewirkt wird.
7. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (12, . . ., 15) jeweils einen Ausgang zur Brennkammer (11) aufwei­ sen, und dass die unterschiedliche axiale Position der Flammen (24, . . ., 27) durch eine unterschiedliche Gestaltung der Ausgänge bewirkt wird.
8. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brenner (32, . . ., 35) als Sekundärbrenner ausgebildet sind,
9. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine unterschiedliche axiale Position der Flammen (40, . . ., 43) dadurch er­ zeugt wird, dass die Brenner (32, . . .,35) teilweise an ihrem Ausgang zur Brenn­ kammer (31) mit einem Diffusor (44, 45) ausgestattet sind, und teilweise ohne Diffusor in die Brennkammer (31) münden.
DE19939235A 1999-08-18 1999-08-18 Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Expired - Fee Related DE19939235B4 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19939235A DE19939235B4 (de) 1999-08-18 1999-08-18 Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US09/637,866 US6449951B1 (en) 1999-08-18 2000-08-15 Combustion device for generating hot gases
JP2000247547A JP2001090951A (ja) 1999-08-18 2000-08-17 燃焼装置
GB0327147A GB2392491B (en) 1999-08-18 2000-08-18 A combustion device
GB0020469A GB2355517B (en) 1999-08-18 2000-08-18 Method for generating hot gases in a combustion device and combustion device for carrying out the method
US10/237,076 US6581385B2 (en) 1999-08-18 2002-09-09 Combustion device for generating hot gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19939235A DE19939235B4 (de) 1999-08-18 1999-08-18 Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19939235A1 true DE19939235A1 (de) 2001-02-22
DE19939235B4 DE19939235B4 (de) 2012-03-29

Family

ID=7918846

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19939235A Expired - Fee Related DE19939235B4 (de) 1999-08-18 1999-08-18 Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Country Status (4)

Country Link
US (2) US6449951B1 (de)
JP (1) JP2001090951A (de)
DE (1) DE19939235B4 (de)
GB (1) GB2355517B (de)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10205428A1 (de) * 2002-02-09 2003-09-11 Alstom Switzerland Ltd Vormischbrenner mit erhöhter Flammenstabilität
EP2423589A1 (de) * 2010-08-27 2012-02-29 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung
US8966905B2 (en) 2010-08-25 2015-03-03 Alstom Technology Ltd. Combustion device

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10108560A1 (de) * 2001-02-22 2002-09-05 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zum Betrieb einer Ringbrennkammer sowie eine diesbezügliche Ringbrennkammer
US6931853B2 (en) * 2002-11-19 2005-08-23 Siemens Westinghouse Power Corporation Gas turbine combustor having staged burners with dissimilar mixing passage geometries
EP1493972A1 (de) * 2003-07-04 2005-01-05 Siemens Aktiengesellschaft Brennereinheit für eine Gasturbine und Gasturbine
ES2616873T3 (es) * 2004-03-31 2017-06-14 Ansaldo Energia Ip Uk Limited Disposición de múltiples quemadores para hacer funcionar una cámara de combustión así como procedimiento para hacer funcionar la disposición de múltiples quemadores
FR2919348A1 (fr) * 2007-07-23 2009-01-30 Centre Nat Rech Scient Dispositif d'injection d'un combustible ou d'un pre-melange combustible/comburant comprenant des moyens permettant un controle passif des instabilites de combustion
US20090061369A1 (en) * 2007-08-28 2009-03-05 Gas Technology Institute Multi-response time burner system for controlling combustion driven pulsation
EP2299178B1 (de) * 2009-09-17 2015-11-04 Alstom Technology Ltd Verfahren und Gasturbinenverbrennungssystem zum sicheren Mischen von H2-reichen Brennstoffen mit Luft
WO2017018983A1 (en) * 2015-07-24 2017-02-02 Siemens Aktiengesellschaft Combustor system and method for reducing combustion residence time and/or damping combustion dynamics
EP4148327B1 (de) * 2021-09-09 2025-04-16 Ansaldo Energia Switzerland AG Verfahren zum betreiben eines gasturbinenmotors

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336096A1 (de) * 1992-11-13 1994-05-19 Asea Brown Boveri Vorrichtung zur Reduktion von Schwingungen in Brennkammern
DE19545311A1 (de) * 1995-12-05 1997-06-12 Abb Research Ltd Verfahren zur Betrieb einer mit Vormischbrennern bestückten Brennkammer
DE19615910A1 (de) * 1996-04-22 1997-10-23 Asea Brown Boveri Brenneranordnung
WO1998012478A1 (de) * 1996-09-16 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und einrichtung zur verbrennung von brennstoff mit luft

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4223828A1 (de) 1992-05-27 1993-12-02 Asea Brown Boveri Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine
US5471840A (en) * 1994-07-05 1995-12-05 General Electric Company Bluffbody flameholders for low emission gas turbine combustors
US5943866A (en) * 1994-10-03 1999-08-31 General Electric Company Dynamically uncoupled low NOx combustor having multiple premixers with axial staging
US5687571A (en) * 1995-02-20 1997-11-18 Asea Brown Boveri Ag Combustion chamber with two-stage combustion
JP2989515B2 (ja) * 1995-04-11 1999-12-13 三菱重工業株式会社 ガスタービンの予混合式燃焼装置
US6269646B1 (en) * 1998-01-28 2001-08-07 General Electric Company Combustors with improved dynamics
EP0952392B1 (de) 1998-04-15 2003-08-06 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Brennkammer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4336096A1 (de) * 1992-11-13 1994-05-19 Asea Brown Boveri Vorrichtung zur Reduktion von Schwingungen in Brennkammern
DE19545311A1 (de) * 1995-12-05 1997-06-12 Abb Research Ltd Verfahren zur Betrieb einer mit Vormischbrennern bestückten Brennkammer
DE19615910A1 (de) * 1996-04-22 1997-10-23 Asea Brown Boveri Brenneranordnung
WO1998012478A1 (de) * 1996-09-16 1998-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und einrichtung zur verbrennung von brennstoff mit luft

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP 0080028871 AA.,In: Patent Abstracts of Japan *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10205428A1 (de) * 2002-02-09 2003-09-11 Alstom Switzerland Ltd Vormischbrenner mit erhöhter Flammenstabilität
US8966905B2 (en) 2010-08-25 2015-03-03 Alstom Technology Ltd. Combustion device
DE102011110143B4 (de) * 2010-08-25 2025-04-17 Ansaldo Energia Switzerland AG Verbrennungseinrichtung
EP2423589A1 (de) * 2010-08-27 2012-02-29 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung
WO2012025427A1 (de) * 2010-08-27 2012-03-01 Siemens Aktiengesellschaft Brenneranordnung

Also Published As

Publication number Publication date
US20030041588A1 (en) 2003-03-06
US6581385B2 (en) 2003-06-24
GB2355517A (en) 2001-04-25
GB0020469D0 (en) 2000-10-11
GB2355517B (en) 2004-05-19
JP2001090951A (ja) 2001-04-03
US6449951B1 (en) 2002-09-17
DE19939235B4 (de) 2012-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60007946T2 (de) Eine Brennkammer
DE69218576T2 (de) Brennkammer einer Gasturbine
DE10205839B4 (de) Vormischbrenner zur Verminderung verbrennungsgetriebener Schwingungen in Verbrennungssystemen
EP0592717B1 (de) Gasbetriebener Vormischbrenner
EP0597138B1 (de) Gasturbinen-Brennkammer
DE19615910B4 (de) Brenneranordnung
EP0571782B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbine
EP0985882B1 (de) Schwingungsdämpfung in Brennkammern
EP2156095B1 (de) Drallfreie stabilisierung der flamme eines vormischbrenners
DE19510744A1 (de) Brennkammer mit Zweistufenverbrennung
DE69525920T2 (de) Brennstoffeinspritzeinrictung für mit gasförmigem oder flüssigem Brennstoff betriebene Turbine
EP0719983B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Zuleiten eines gasförmigen Brennstoffs in einen Vormischbrenner
EP0924470B1 (de) Vormischbrennkammer für eine Gasturbine
WO2006069861A1 (de) Vormischbrenner mit mischstrecke
DE19948674B4 (de) Verbrennungseinrichtung, insbesondere für den Antrieb von Gasturbinen
DE102009003639A1 (de) Verfahren und Systeme zur Verminderung von Verbrennungsdynamik
EP1217297A1 (de) Brenner mit hoher Flammenstabilität
DE19939235A1 (de) Verfahren zum Erzeugen von heissen Gasen in einer Verbrennungseinrichtung sowie Verbrennungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO1999004196A1 (de) Brenneranordnung für eine feuerungsanlage, insbesondere eine gasturbinenbrennkammer
EP1754002B1 (de) Gestufter vormischbrenner mit einem injektor für flüssigbrennstoff
DE10164099A1 (de) Brenner mit gestufter Brennstoffeinspritzung
EP0742411B1 (de) Luftzuströmung zu einer Vormischbrennkammer
EP2462379B1 (de) Stabilisierung der flamme eines brenners
CH709624A2 (de) System und Verfahren zur Steuerung der Verbrennungsdynamik in den Brennkammern einer Gasturbine.
DE10205428A1 (de) Vormischbrenner mit erhöhter Flammenstabilität

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: ZIMMERMANN & PARTNER, 80331 MUENCHEN

8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: ALSTOM, PARIS, FR

8128 New person/name/address of the agent

Representative=s name: ROESLER, U., DIPL.-PHYS.UNIV., PAT.-ANW., 81241 MU

8110 Request for examination paragraph 44
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120630

R082 Change of representative

Representative=s name: ROESLER PATENTANWALTSKANZLEI, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM, PARIS, FR

Effective date: 20130508

Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM, PARIS, FR

Effective date: 20130508

Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM, PARIS, FR

Effective date: 20130508

R082 Change of representative

Representative=s name: ROESLER PATENTANWALTSKANZLEI, DE

Effective date: 20130508

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH

Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: ALSTOM TECHNOLOGY LTD., BADEN, CH

R082 Change of representative

Representative=s name: ROESLER PATENTANWALTSKANZLEI, DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: ANSALDO ENERGIA SWITZERLAND AG, CH

Free format text: FORMER OWNER: GENERAL ELECTRIC TECHNOLOGY GMBH, BADEN, CH

R082 Change of representative

Representative=s name: ROESLER PATENTANWALTSKANZLEI, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee