DE2614171A1 - Gitterbrenner-pilotzuender - Google Patents

Description

1. April 1976

Dr.'Horst Schüler schu/vo/be

Patentanwalt

6 Frankfurt/Mein 1
KaisersiraSe <■>.

3853-17MT-2477

GENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Gitterbrenner-Pilotzünder

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Zünden einer Flamme seitlich in einen Abwärmewiedergewinnungskanal und im einzelnen auf eine Pilot-Zündvorrichtung, die in Verbindung mit einem in einem Abwärmewiedergewinnungskanal angeordneten Gitter- bzw. Rostbrennersystern verwendbar ist.

Ein Abwärmewiedergewinnungskanal wird zum Leiten heißer und beispielsweise von einer Gasturbine kommender Abgase zu einem Wärmeaustauscher-Rohrbündel benutzt, das in dem Kanal angeordnet ist,
um unter Ausnutzung einer sonst verloren gehenden Wärmequelle ein zweites Fluid, beispielsweise Dampf oder ein Betriebsfluid, zu erhitzen. Wenn eine Gasturbine und eine Dampfturbine jeweils an
einen Generator zum Erzeugen elektrischer Leistung angeschlossen
und die Gas- sowie Dampfturbinen durch einen Wärmewiedergewinnungsdampf generator verbunden sind, liegt ein als Kombinationszyklus-Kraftwerk bekanntes System vor.

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Da das Strömungsvolumen und die Temperatur des Gasturbinenabgases veränderlich, sind,ist es manchmal erforderlich, eine unterstützende bzw. zusätzliche Feuerung vorzusehen, das heißt, eine alternative Wärmequelle zum Erhöhen der Abgastemperatur im Abwärmewiedergewinnungskanal. Eine Maßnahme zum Bilden dieser Zusatzwärine besteht darin, in dem Abwärmewiedergewinnungskanal ein Gitterbzw. Rostbrennersystem stromabwärts von der heißen Abgasquelle und stromaufwärts von dem Wärmeaustauscher-Rohrbündel vorzusehen. Ein solches Gitter- bzw. Rostbrennersystern ist im US-Patent 3 83o 62o dargestellt, worauf hiermit Bezug genommen wird.

Kurz gesagt weist ein Gitter- bzw. Rostbrennersystern eine Vielzahl von Hauptbrennern auf, die quer zum Abwärmewiedergewinnungskanal angebracht sind und eine brennbare Mischung in den Kanal einführen. Um die brennbare Mischung der Hauptbrenner zu zünden, ist eine kleinere Anzahl von Sparbrennern stromabwärts von den Hauptbrennern und quer hierzu angeordnet, wobei die Sparbrenner ebenfalls eine brennbare Mischung abgeben. In jedem Fall kann die brennbare Mischung Luft und Öl oder Luft und Gas sein. Um die Sparbrenner zu zünden, die ihrerseits die Hauptbrenner zünden, ist es üblich, eine speziell ausgebildete, längliche Zündkerze durch eine in der Kanalwandung ausgebildete Durchgangsöffnung in den Kanal einzusetzen, und zwar eine Zündkerze für jeden Sparbrenner. Die Spitze (die Zündkerzenanschlüsse bzw. -elektroden) der Zündkerze befindet sich nahe am Sparbrenner, so daß die Zündung im Kanal entsteht und sich die Flamme von der Kanalwandung in die Mitte des Kanals ausbreitet.

Zuweilen ist es schwierig, eine Zündung bzw. Feuerung im Abwärmewiedergewinnungskanal in der bekannten Weise zu wirken. Beispielsweise kann die anfängliche Verbrennungsflamme infolge der Geschwindigkeit der heißen Abgase im Abwärmewiedergewinnungskanal instabil sein. Ferner kann die Zündkerze selbst infolge einer ölübersättigten Atmosphäre im Abwärmewiedergewinnungskanal verschmutzen.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer Pilotbrennerzündvorrichtung für einen Abwärmewiedergewinnungskanal , wobei der einleitende Verbrennungsvorgang außerhalb der Kanalwandungen des Abwärmewiedergewinnungskanals auftritt.

Erfindungsgemäß erstreckt sich durch die Wandung eines Abwärmewiedergewinnungskanals eine Durchgangsöffnung, und ein Wandungsbrenner mit konzentrischen Brenn- enthält einen Düsenabschnitt zum Einführen von Brennstoff und Luft in ein Verbrennungsrohr.

Ein Zündmittel oder eine Zündkerze ist ebenfalls in das Verbrennungsrohr eingeführt, um in diesem eine brennbare Mischung aus Gas und Luft zu zünden. Das Verbrennungsrohr ist konzentrisch in der Luftleitung angeordnet, so daß die Auslaßenden der Luftleitung und des Verbrennungsrohrs in die Durchgangsöffnung der Kanalwandung weisen. Die Zündung erfolgt im Verbrennungsrohr außerhalb des Kanals, und eine Flamme wird von dem Verbrennungsrohr so ausgeworfen, daß sie durch die Durchgangsöffnung in der Kanalwandung seitlich in den Kanal eintritt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Hinweis auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - einen Abwärmewiedergewinnungskanal im Querschnitt,

Figur 2 - in einer Aufrißansicht eine Ecke eines Abwärmewiedergewinnungskanals zum Darstellen der Lage eines Hauptbrenners, eines Sparbrenners und einer Zündvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung,

Figur 3 - in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht einen Wandungsbrenner nach der vorliegenden Erfindung und

Figur 4 - eine nach der vorliegenden Erfindung eingebaute Düse im Querschnitt.

+) stoff- und Luftverteilern

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In Figur 1 ist ein Abwärmewiedergewinnungskanal 11 dargestellt, der dergestalt ist, daß er eine heiße Abgasquelle mit einem Wärmeaustauscherglied verbindet. Ein Gitter- bzw. Rostbrennersystern (grid burner system) 13 ist in dem Kanal und stromabwärts von der heißen Abgasquelle sowie stromaufwärts von dem Wärmeaustauscherglied angeordnet. Ein solcher Aufbau bildet einen Abwärmekanal mit einer Zusatzfeuerung und ist bekannt.

Das Gitter- bzw. Rostbrennersystern enthält eine Vielzahl von Hauptbrennerelementen 15, von denen jedes eine an einer Kanalwandung 19 angebrachte Luft- und Brennstoffleitung 17 und ein Verteilungsrohr 21 aufweist, das an einem Ende mit seiner Leitung verbunden ist und das sich quer zum Kanal in Richtung zur gegenüberliegenden Kanalwandung erstreckt. Jedes Verteilungsrohr hat längs der Rohrlänge eine Vielzahl von Öffnungen 23, aus denen eine brennbare Mischung aus Brennstoff und Luft ausgestoßen wird. An jedem Verteilungsrohr sind Ablenkbleche 25 angebracht, so daß das nach oben strömende Abgas von dem Bereich unmittelbar stromabwärts von den Öffnungen 2 3 abgelenkt wird, um einen Niederdruckbereich um die Öffnungen herum zu begrenzen.

Quer zu den Hauptbrennern und stromabwärts in bezug auf den Abgas-Pilot- bzw.

strom erstreckt sich eine Anzahl von /Sparbrennern 27. Jeder Sparbrenner enthält eine Brennstoff- und Gasleitung 29, die mit einem Verteilungsrohr 31 verbunden ist. Jedes Verteilungsrohr hat eine Vielzahl von Öffnungen 33 und weist ferner Ablenkbleche 35 auf.

Aus Figur 2 ergibt sich in Verbindung mit Figur 1 ein Wand— brenner 39, der als Sparbrenner-Zündvorrichtung angewendet wird und dessen Lagebeziehung zum Sparbrenner 27 sowie zum Hauptbrenner 15 ersichtlich ist. Im Betrieb wirft der Hauptbrenner 15 in weitgehend vertikaler Richtung eine brennbare Mischung aus, die mit einer zweiten brennbaren Mischung vom Sparbrenner kombiniert wird, wobei sich beide Mischungen in einem an den Auslaß der Sparbrenner-Zündvorrichtung 39 angrenzenden Bereich überlappen und wobei eine Zündung durch die Zündvorrichtung in einer nachfolgend zu beschreibenden Weise erfolgt.

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Unter Bezug auf die Figuren 3 und 4 wird ein Wandungsbrenner nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Eine Gasversorgungsleitung 41 ist in einer Luftversorgungsleitung 43 konzentrisch angebracht, wobei die Einlasse zu jeder Leitung mit einem die Gas- und Luftzufuhr anzeigenden Pfeil bezeichnet sind. Das Auslaßende der Gasleitung ist an einer Düse 45 angebracht, die mit einer Vielzahl von Gaseinlaßöffnungen 47 (nur zwei sind dargestellt) ausgebildet ist, welche das Innere oder die Mischkammer 49 der Düse mit der Gasleitung verbinden. Die Auslässe der Gaseinlaßöffnungen erstrecken sich allgemein tangential zum achsensymmetrischen Querschnitt des Düseninneren/ so daß dem Gas beim Einlassen in das Innere der Düse eine Umfangsbewegung erteilt wird.

In ähnlicher Weise wird Luft durch eine Vielzahl von Lufteinlaßöffnungen 51 (mehrere sind dargestellt), die das Innere oder die Mischkammer 49 der Düse mit der Luftleitung verbinden, in das Düseninnere eingelassen. Die Auslässe der Lufteinlaßöffnungen verlaufen allgemein tangential zum achsensymmetrischen Querschnitt des Düseninneren, so daß der dem Inneren der Düse zugeleiteten Luft eine umfangsbewegung erteilt wird. Die Luft umhüllt das Gas im Inneren eines Verbrennungsrohres 53, das am Auslaßende der Düse angebracht ist. Das Verbrennungsrohr ist konzentrisch in der Luftleitung angeordnet, und ein Zündmittel 55 ist radial in das Verbrennungsrohr eingeführt. Das Zündmittel kann eine Zündkerze sein, und es zündet die brennbare Mischung aus Luft und Gas, wodurch eine Flamme am Auslaßende des Verbrennungsrohrs 53 ausgeworfen wird. Nach Einleitung der Verbrennung ist die Zündkerzenenergie nicht mehr erforderlich.

Die Kanalwandung 19 ist mit einer Durchgangsöffnung 59 ausgebildet, die eine aus 'Inconel¹ hergestellte Leitungsverkleidung aufweisen kann. Nach einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Luftleitung unter Übereinstimmung mit der Wandungsdurchgangsöffnung an die Außenseite der Kanalwandung angeschweißt, während sich das Verbrennungsrohr teilweise in die Durchgangsöffnung erstreckt. Ein Ringraum 57 wird zwischen den Innen- und Außendurchmessern der Luftleitung und des Verbrennungsrohrs begrenzt, um das Ver-

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brennungsrohr mit Kühlluft zu 'baden¹ bzw. zu beaufschlagen und die ausgeworfene Flamme am Abschluß oder Auslaßende des Verbrennungsrohrs mit Verbrennungsluft zu versorgen. In jedem Fall wird die Verbrennung außerhalb des Wärmewiedergewinnungskanals eingeleitet, um in diesen eine stabile Flamme einzuführen.

Wie es bei der bevorzugten Ausführungsform gezeigt wurde, wird der Wandungsbrenner 39 in Verbindung mit einem Gitter- bzw. Rostbrennersystem als eine Zündvorrichtung benutzt. Es ist jedoch auch eine Verwendung des Wandungsbrenners zum direkten Erhitzen des Kanalabgases durch Vergrößern des Wandungsbrenners 39 möglich. Auch kann die Länge der von der Verbrennungskammer ausgeworfenen Flamme durch Einstellen des Brennstoffdrucks des gasförmigen Brennstoffs verändert werden. Und schließlich kann der Wandungsbrenner im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Verfeuern flüssigen Brennstoffs eingestellt werden, indem die dargestellte Düse durch eine bekannte Düse für flüssigen Brennstoff ersetzt wird.

- Ansprüche -

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Claims (9)

1. Ansprüche

   Abwärmewiedergewinnungseinrichtung mit einem Kanal, der ein Gitter- bzw. Rostbrennersystern zum Erhöhen der Temperatur des durch den Kanal gelangenden Abgases aufweist, wobei das Gitterbzw. Rostbrennersystem eine Vielzahl von Hauptbrennerelementen enthält, die sich von zumindest einer Kanalwandung ins Innere des Kanals erstrecken, und wobei ein Pilotbrenner stromabwärts von den Hauptbrennerelementen und quer hierzu angeordnet ist, gekennzeichnet durch eine Luftverteilungsleitung (43) mit einer hiermit verbundenen Luftzufuhr, durch eine Brennstoffverteilungsleitung (41) mit einer hiermit verbundenen Brennstoffzufuhr, durch Mittel (45, 47, 49, 51) zum Zusammenfassen der Luft und des Brennstoffs zu einer brennbaren Mischung, durch eine Verbrennungskammer (53) zum Aufnehmen der brennbaren Mischung und durch ein außerhalb des Abwärmewiedergewinnungskanals (11) in der Verbrennungskammer (53) angeordnetes Zündmittel (55) zum Zünden der brennbaren Mischung, wodurch die Verbrennung außerhalb des Kanals (11) eingeleitet wird.
2. 2. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Zusammenfassen der Luft und des Brennstoffs zu einer brennbaren Mischung eine Düse (45) mit einem Auslaßabschnitt aufweisen, der mit der Verbrennungskammer C53) verbunden ist, daß die Düse (45) eine Innenkammer (49) als Mischkammer und Lufteinlaßöffnungen (51) sowie Brennstoffeinlaßöffnungen (47) aufweist, die durch die Düse (45) geführt sind und die Luft- sowie Brennstoffleitungen (41, 43) mit der Mischkammer (49) verbinden, wodurch die Luft und der Brennstoff zum Bilden der brennbaren Mischung in die Mischkammer (49) eingelassen und durch den Düsenauslaßabschnitt in die Verbrennungskammer (53) eingeführt werden.
3. 3. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (49) achsensymmetrisch ist und daß die Luft- sowie Brennstoffeinlaßöffnungen (47, 51) im wesentlichen tangential zur Mischkammer (49) verlaufen, wodurch der Luft und dem Brennstoff eine Umfangsbewegung erteilt wird.

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4. 4. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (11) zumindest eine Wandung (19) mit einer darin ausgebildeten Durchgangsöffnung (59) enthält, um eine Verbindung zwischen dem Wandungsbrenner (39) und dem Inneren des Kanals (11) herzustellen.
5. 5. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (43) und das Verbrennungsrohr (53) im wesentlichen mit der in der Kanalwandung (19) ausgebildeten Durchgangsöffnung (59) ausgerichtet sind.
6. 6. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (43) am Einlaß der Durchgangsöffnung (59) endet und daß sich das Verbrennungsrohr (53) in die Durchgangsöffnung (59) erstreckt sowie stromaufwärts vom Auslaß derselben endet.
7. 7. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Luftleitung (43) und das Verbrennungsrohr (53) ein luftgekühlter Ringraum (57) begrenzt wird.
8. 8. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftleitung (43) durch das Kanalwandungsrohr (59) verlängert wird.
9. 9. Abwärmewiedergewinnungseinrichtung, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündmittel (55) eine Zündkerze ist.

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