DE3781276T2

DE3781276T2 - Einen weiten bereich gasfoermiger brennstoffe ueberdeckendes verbrennungssystem fuer gasturbinen.

Info

Publication number: DE3781276T2
Application number: DE8787905487T
Authority: DE
Inventors: John Faulder; Mohan Sood
Original assignee: Solar Turbines Inc
Current assignee: Solar Turbines Inc
Priority date: 1987-04-09
Filing date: 1987-06-15
Publication date: 1993-04-01
Anticipated expiration: 2007-06-16
Also published as: AU7857887A; WO1988008075A1; DE3781276D1; EP0309485B1; HK165395A; JPH0681907B2; US4761948A; EP0309485A1; JPH03501146A; CA1307120C

Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf Gasturbinenmaschinen und insbesondere auf ein System zum Verbrennen von gasförmigen Brenn- oder Treibstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten.
Brennstoffsysteme, die in der Lage sind entweder nur gasförmige Brennstoffe, nur flüssige Brennstoffe oder eine Mischung von den zwei zu liefern, und zwar in einem vorgewählten Verhältnis wurden erfolgreich in Gasturbinenmaschinen verwendet. In einigen Fällen ist es wünschenswert in der Lage zu sein, gasförmige Brennstoffe mit einem Bereich von Kalorienwerten in einer Gasturbinenmaschine zu verbrennen. Es ist zu erkennen, daß es an einem Platz, wo ein ökonomischerer Brennstoff erhältlich ist wie z. B. ein einen geringen Kalorienwert aufweisender Brennstoff in einem Gaserzeugungsgebiet, ökonomischer wäre die Turbinenmaschinen so anzuordnen, daß sie nur den einen geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoff bis zum Maximum ausnutzt. In den meisten Gaserzeugungsgebieten kann der einen hohen Kalorienwert aufweisende Brennstoff oder das Erdgas mit einem Profit an einen wartenden Kunden verkauft werden, jedoch ist der einen geringen Kalorienwert aufweisende Brennstoff ein Nebenprodukt mit einem geringen oder überhaupt keinem Marktwert. Daher ist es wünschenswert, diesen einen geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoff an Ort und Stelle als einen Brennstoff zu verwenden. Solche Brennstoffe sind jedoch schwierig, in einer Gasturbinenmaschine zu verwenden. Zum Beispiel ist es sehr schwierig, eine Gasturbinenmaschine mit einem einen geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoff zu starten. Weiterhin wird es durch den geringen Kalorienwert des Brennstoffes nötig, ein größeres Massen- Volumenverhältnis des Brennstoffs zu verbrennen, um die erwünschte Turbineneinlaßtemperatur innerhalb der Turbinenmaschine zu erreichen, und zwar im Vergleich zu dem Massen/Volumenverhältnis des Brennstoffs, wenn ein einen hohen Kalorienwert aufweisender Brennstoff verbrannt wird.
Ein duales Brennstoffsystem ist zum Beispiel in dem US-A-2 637 334 genannt. Dieses Patent offenbart ein duales Brennstoffsystem, wo flüssiger Brennstoff in eine Sammelleitung geleitet wird und dann zu einem Durchlaß in der Düse und wobei ein gasförmiger Brennstoff zu einer separaten Sammelleitung geleitet wird und dann zu einem anderen Durchlaß in der Düse.
US-A-2 826 038 offenbart eine Gasturbinenmaschine, die einen flüssigen Brennstoff verwendet, der in die Verbrennungskammer durch eine Brennstoffpumpe gespritzt wird und einen einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff, der durch eine getrennte Leitung in die Verbrennungskammer geliefert wird.
Dieses Patent sieht Mittel vor zum Umlenken eines Teils der Druckluft von der Verbrennungskammer und Mittel zum Umwandeln der Energie der umgelenkten Luft in nutzbare Arbeit, wobei während des Lieferns von einem einen geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoff zu der Verbrennungskammer Luft von der Verbrennungskammer umgeleitet wird, und zwar proportional entsprechend der Massenströmung zu der zusätzlichen Massenströmung von Brennstoff, die gebraucht wird, um die erwünschte Düsentemperatur zu erreichen.
Die Hauptprobleme, die bei dem Stand der Technik angetroffen werden sind erstens, daß die unterschiedlichen Brennstoffe in die Verbrennungskammer durch unterschiedliche Durchlässe oder Anschlüsse eingespritzt wurden, die je mit der unterschiedlichen Brennstoffquelle verbunden sind. Der unterschiedliche Kalorienwert des Brennstoffs und die entsprechenden unterschiedlichen Massenströmungsraten, die benötigt werden, um die nötigen Brennstoffmengen vorzusehen, benötigen unterschiedliche Brennstoffeinspritzkonstruktionen. Zum Beispiel müssen die Zumeßöffnungsgrößen unterschiedlich sein, um die Mengen an Brennstoff zu liefern, die benötigt werden, die angemessenen Turbineneinlaßtemperaturen zu erreichen, wenn angemessener Brennstoffeinspritzdruckabfall beibehalten werden muß, um den Verbrennungsprozeß zu steuern. Wenn eine Brennstoffeinspritzvorrichtung für einen hohen BTU- Brennstoff entworfen wurde, treten unakzeptable hohe Brennstoffeinspritzdruckabfälle an der Brennstoffeinspritzvorrichtung auf, wenn dieser mit einem geringen BTU-Brennstoff läuft. Andererseits, wenn eine Brennstoffeinspritzvorrichtung entworfen wurde, um mit einem geringen BTU-Brennstoff zu arbeiten, treten sehr geringe Brennstoffeinspritzdruckabfälle auf, wenn dieser mit einem hohen BTU-Brennstoff läuft; dies könnte verbrennungsgetriebene Oszillationen bewirken, die zu der Beschädigung der Gasturbine führen. Zweitens lehrt der Stand der Technik, daß das Zerstäuben und Mischen der unterschiedlichen Brennstoffe innerhalb der Verbrennungskammer, zum Vorsehen von effizienter Verbrennung (Brennstoff-zu-Luftverhältnis und Mischen) sowie Leistungsansprüchen, Steuerungen benötigen zum Vorsehen von unterschiedlichen Mengen von Verbrennungsluft. Drittens ist das Starten einer Gasturbinenmaschine mit einem einen geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoff sehr schwierig zu erreichen. Viertens trifft man auf Komplexizitätprobleme, wenn man versucht, die Verbrennungsluft einzuteilen, die gebraucht wird zum Vorsehen des angemessenen Brennstoff-zu-Luftverhältnisses zur angemessenen Verbrennung, wenn das benötigte Massen/Volumen-Strömungsverhältnis des einen relativ geringen Kalorienwert aufweisenden Brennstoffs verbrennt.
Diese oben genannten Probleme komplizieren die Strukturen, erhöhen Kosten und komplizieren den Systementwurf, der verwendet wird, zum Verbrennen von Brennstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten.
CH-A-319 366 offenbart ein Verfahren zum Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten in einer Verbrennungskammer einer Gasturbinenmaschine und weist die folgenden Schritte auf: Starten der Maschine durch Einspritzen von nur einem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff in die Verbrennungskammer durch einen ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß; Überwachen eines Betriebsparameters (der Maschinengeschwindigkeit oder Drehzahl) der Maschine zum Bestimmen, wenn ein vorbestimmter Betriebsparameter der Maschine erreicht wurde; Einspritzen eines einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff in die Verbrennungskammer, wenn der vorgewählte Parameter der Maschine erreicht wurde, wodurch die Menge an einem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes verringert wird und die Menge eines einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes erhöht wird; steuermäßiges Drosseln des einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes durch den ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß und eines zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses; und Stoppen der Strömung eines einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff und danach Betreiben der Maschine nur mit dem einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff.
CH-A-290 098 offenbart ein Gasturbinenmaschinensystem, das folgendes aufweist: mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung angeordnet in einer Verbrennungskammer einer Gasturbinenmaschine und mit einem ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß, der sich an seinem Stromabwärtsende in die Verbrennungskammer öffnet; ein erstes Drosselventil, das die Strömung durch den ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß steuert; eine Kammer verbunden mit dem Stromaufwärtsende des ersten Brennstoffversorgungsdurchlasses; ein erstes Steuerventil, das die Kammer im Gebrauch mit einer Quelle eines einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs verbindet; ein zweites Steuerventil, das die Kammer im Gebrauch mit einer Quelle eines einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs verbindet; und durch Implikation Mittel, die programmiert sind zum Steuern des ersten Drosselventils und der ersten und zweiten Steuerventile infolge eines Überwachens eines Maschinenparameters, so daß beim anfänglichen Starten der Maschine nur ein einen hohen Kalorienwert aufweisender gasförmiger Brennstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird und daß während des schließlichen Laufens nur ein einen geringen Kalorienwert aufweisender gasförmiger Brennstoff an die Verbrennungskammer geliefert wird; wobei ein solches System gemäß der Erfindung gekennzeichnet ist durch: einen zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß, der an seinem Stromaufwärtsende mit der Kammer verbunden ist und sich an seinem Stromabwärtsende in die Verbrennungskammer öffnet; ein zweites Drosselventil, das die Strömung durch den zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß steuert; die programmierten Mittel, die auch das zweite Drosselventil steuern, so daß der einen hohen Kalorienwert aufweisende gasförmige Brennstoff, der alleine an die Verbrennungskammer geliefert wird, während des ursprünglichen Startens nur durch einen der Durchlässe geliefert wird, und der einen geringen Kalorienwert aufweisende gasförmige Brennstoff, der alleine an die Verbrennungskammer geliefert wird während des schließlichen Laufens durch beide der Durchlässe geliefert wird; wobei der erste Brennstoffversorgungsdurchlaß die Einspritzvorrichtung mittig angeordnet ist und eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen umfaßt, deren jede eine vorbestimmte Strömungsfläche besitzen und der zweite Brennstoffversorgungsdurchlaß der Einspritzvorrichtung koaxial angeordnet ist bezüglich zu dem ersten Durchlaß und eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen besitzt, deren jede eine vorbestimmte Strömungsfläche besitzt.
In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht des Systems, das verwendet wird, um gasförmige Brennstoffe mit einem Bereich von Kalorienwerten in der Gasturbinenmaschine zu verbrennen;
Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1; und
Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1.
In Fig. 1 ist ein System 10 gezeigt zum Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten, und zwar in Verbindung mit einer Gasturbinenmaschine 12. Die Maschine 12 ist im allgemeinen von herkömmlicher Konstruktion und umfaßt einen Kompressor 14, eine Leistungsturbine 16, ein Luftversorgungssystem 18, eine Verbrennungskammer 20 und ein Zündungssystem 22.
Das System 10 umfaßt eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 26 angeordnet in der Verbrennungskammer 20 und mit einem ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß 28 mittig darin angeordnet. Der Durchlaß 28 besitzt eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen 30, die am besten in Fig. 3 gezeigt sind, und deren jede eine vorbestimmte Strömungsfläche besitzt, die sich in die Verbrennungskammer 20 öffnet. Die Strömungsfläche einiger der Zumeßöffnungen des ersten Durchlasses sind unterschiedlich von den vorbestimmten Strömungsflächen anderer Zumeßöffnungen des ersten Durchlasses, um heiße Punkte oder Bereiche an den Wänden der Verbrennungskammer 20 zu verhindern. Zum Beispiel sind die Zumeßöffnungen aufgeteilt in eine erste Gruppe von Zumeßöffnungen 31 und eine zweite Gruppe von Zumeßöffnungen 32 mit einer größeren Strömungsfläche als die erste Gruppe der Zumeßöffnungen 31. Genau gesagt, wenn mehr als eine Brennstoffeinspritzvorrichtung 26 angeordnet ist in einem kreisförmigen Muster innerhalb der Verbrennungskammer 20, kann der Brennstoff eingespritzt von benachbarten Brennstoffeinspritzvorrichtungen in dem Verbrennungsbereich auf einer Linie mit oder zwischen Brennstoffeinspritzvorrichtungen heiße Punkte bewirken. Um sich gegen diese heißen Punkte abzusichern, ist die zweite Gruppe 32 von Zumeßöffnungen 30 jeder Brennstoffeinspritzvorrichtung 26 kleiner, um die Brennstoffströmung in dem Bereich auf einer Linie mit oder zwischen Einspritzvorrichtungen zu reduzieren, wo heiße Punkte erzeugt werden könnten. Die Zumeßöffnungen sind in einem winkelmäßigen Muster angeordnet, und zwar ausgewählt zum Steuern des Verbrennungsprozesses innerhalb der Verbrennungskammer 20. Die Brennstoffeinspritzvorrichtung 26 umfaßt weiterhin einen zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß 33, der koaxial bezüglich zu dem ersten Durchlaß 28 angeordnet ist. Der zweite Brennstoffversorgungsdurchlaß besitzt eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen 34, die am besten in Fig. 2 gezeigt sind, und deren jede eine vorbestimmte Strömungsfläche besitzt, die sich in die Verbrennungskammer 20 öffnet. Diese Zumeßöffnungen 34 umfassen auch eine erste Gruppe von Zumeßöffnungen 35 und eine zweite Gruppe von Zumeßöffnungen 36 mit einer größeren Strömungsfläche als die erste Gruppe von Zumeßöffnungen 35, um zu verhindern, daß heiße Punkte auftreten, wie dies oben beschrieben wurden. In der vorliegenden Anwendung ist die kombinierte effektive Strömungsfläche der Zumeßöffnungen des ersten Brennstoffversorgungsdurchlasses 28 und die kombinierte effektive Fläche der Zumeßöffnungen des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses 33 im wesentlichen gleich. In alternativen Anwendungen kann sich die effektive Fläche der Zumeßöffnungen in dem ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß 28 im Vergleich zu der effektiven Fläche der Zumeßöffnungen des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses 33 ändern und sie müssen nicht gleich sein. Ein erstes Drosselventil 37 ist verbunden mit dem ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß 28 durch eine Brennstoffleitung 38 und ein zweites Drosselventil 40 ist mit dem zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß 33 durch eine Brennstoffleitung 42 verbunden. Die ersten und zweiten Drosselventile 37, 40 sind verbunden mit einer Mischkammer 44, und zwar durch Leitungen 46, 48, Schließventile 50, 52 bzw. Leitungen 54, 56.
Die Mischkammer 44 ist verbunden mit einer Quelle eines einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes 60 und zwar durch eine Brennstoffleitung 62, ein Steuerventil 64 und eine Brennstoffleitung 65. Die Mischkammer 44 ist weiterhin mit einer Quelle eines einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes 66 verbunden, und zwar durch eine Brennstoffleitung 68, ein Steuerventil 70 und eine Brennstoffleitung 72. Die Steuerventile 64 und 70 sind herkömmliche elektrisch betätigte Proportionalventile, in denen die Öffnungsgröße direkt proportional ist zu der Größe des hieran angelegten elektrischen Signals.
Das System 10 umfaßt weiterhin Mittel 74 zum selektiven Steuern der ersten und zweiten Drosselventile 37, 40. Die Steuermittel 74 umfassen Mittel 76 zum Überwachen der Parameter der Maschine 12 und Mittel 78 zum Verändern und Überwachen des Verhältnisses der hohe und niedrige Kalorienwerte aufweisenden gasförmigen Brennstoffe.
Die Steuermittel 74 umfassen einen Sensor 79, der ein Geschwindigkeits- oder Leistungssensor sein kann und einen elektronischen Steuermechanismus 90 herkömmlicher Konstruktion, der ein Eingangssignal in einer herkömmlichen Art und Weise empfängt. Diese Signale können elektrisch, hydraulisch und pneumatisch sein und werden umgewandelt in Standardausgangssignale zur Verwendung durch die Steuermittel 74. Zum Beispiel ist der Sensor 79 mit dem Mechanismus 90 über eine Leitung 92 verbunden. Der Mechanismus 90 ist weiterhin mit dem Zündsystem 22, dem ersten Drosselventil 37, dem zweiten Drosselventil 40, Schließventil 50, 52 und Steuerventil 74, 70 verbunden, und zwar über entsprechende herkömmliche Zuleitungen 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106.

Industrielle Anwendbarkeit

Das System 10 wird verwendet, um die Gasturbinenmaschine 12 mit der Möglichkeit vorzusehen, gasförmige Brennstoffe mit einem Bereich von Kalorienwerten zu verbrennen. Die Gasturbinenmaschine 12 wird zuerst gestartet und auf Nenngeschwindigkeit gebracht und zwar nur durch den einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff. Zum Beispiel ist das Steuerventil 64 auf eine Maximalstellung geöffnet, das Schließventil 50 auf eine Maximalstellung geöffnet und das Drosselventil 37 leicht geöffnet. Ein einen hohen Kalorienwert aufweisender gasförmiger Brennstoff strömt von der Quelle des einen hohen Kalorienwert aufweisenden Brennstoffs 60 durch die Verbindungsleitung 65, Ventil 74, Leitung 62, Mischkammer 74, Leitung 54, Schließventil 50, Leitung 53, Drosselventil 37, Leitung 38 in den ersten Brennstoffdurchlaß 28 die Einspritzvorrichtung 26 durch die Zumeßöffnungen 30 und in die Verbrennungskammer 20. Die Luft von dem Luftversorgungssystem 18 wird mit dem Brennstoff vermischt, das Zündsystem 22 wird aktiviert und die Maschine 12 wird gestartet und ihr wird ermöglicht, in einer herkömmlichen Art und Weise zu beschleunigen. Danach, wenn die Maschine mit einem vorbestimmten Betriebsparameter arbeitet, ungefähr 25% bis 30% der Nenn-kW-Ausgangsleistung wird dem einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff erlaubt, sich mit dem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff zu mischen, und zwar durch Öffnen des Steuerventils 70. Genau gesagt, wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn sich der einen geringen Kalorienwert aufweisende gasförmige Brennstoff mit dem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff vermischt, der BTU-Gehalt des gemischten Brennstoffs verringert, und das Drosselventil 37 öffnet sich weiter zum Durchlassen des erhöhten Massen/Volumenverhältnisses von Brennstoff, das durch die Maschine 12 angefordert wird und der Brennstoffdruck an der Einspritzvorrichtung 26 erhöht sich. Jede weitere Verringerung des BTU-Gehaltes wird begleitet durch weiteres Öffnen des Drosselventils 37 und eines weiteren Erhöhens des Brennstoffdruckes an der Brennstoffeinspritzvorrichtung 26. Wenn es diesem Vorgang ermöglicht würde, so weiter zu laufen, würde der Brennstoffdruck an der Einspritzvorrichtung infolge des erhöhten Massen/Volumenverhältnisses, benötigt durch den verringerten BTU-Gehalt des Brennstoffs, unakzeptabel hoch werden. Um dies zu verhindern, wird bei einem vorbestimmten Pegel des BTU- Gehaltes des gemischten Brennstoffs bestimmt durch die relative Stellung der Steuerventile 64, 70, bevor der Brennstoffdruck an der Einspritzvorrichtung 26 zu hoch wird, das Steuerventil 52 geöffnet, wodurch dem gemischten Brennstoff ermöglicht wird, zusätzlich durch den zweiten Versorgungsdurchlaß 33 zu strömen. Mit dem Öffnen des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses 33 gibt es einen plötzlichen Anstieg in dem Massen/Volumenverhältnis der Brennstoffströmung zu der Maschine 12, der Brennstoffdruck an dem Einspritzvorrichtungseinlaß wird erheblich reduziert und die Drosselventile 37, 40 werden in Richtung ihrer geschlossenen Stellung zurückgestellt, um die Maschinenbrennstoffanforderungen zu entsprechen. Jedes weitere Verringern des BTU-Gehaltes wird behandelt durch weiteres gleichzeitiges Öffnen der Drosselventile 37, 40, was einen erhöhten Brennstoffdruck am Einspritzvorrichtungseinlaß zur Folge hat. Somit ist zu sehen, daß das Einführen des Brennstoffes in den zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß 33 den Betriebsbereich der Maschine mit geringen BTU-Brennstoffen erheblich erweitert hat. Gleichzeitig mit dem Öffnen des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses 33 werden automatisch die Minimalanschläge der Drosselventile 37, 40 eingestellt, und zwar gemäß dem BTU-Gehalt der gemischten Gase, um zu verhindern, daß die Maschine 12 überdreht in dem Fall eines plötzlichen Verlustes der Last.
Als eine Alternative zum Verwenden der relativen Stellung der Steuerventile 64, 70, die relative Stellung des Drosselventils 37 und ein Signal von dem Maschinensensor 79 zusammen mit der Umgebungstemperatur und -druck der Luft, die in dem Kompressor 14 eintritt, können verwendet werden als ein vorbestimmter Parameter zum Öffnen des Schließventils 52 zum Starten des Lieferns von Brennstoff an den zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß 33.
Somit weist das Verfahren zum Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten in der Verbrennungskammer 20 der Gasturbinenmaschine 12 die folgenden Schritte auf: Starten der Maschine 12 durch Einspritzen von nur dem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffes durch die Brennstoffeinspritzvorrichtung 26 in die Verbrennungskammer 20 durch den ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß 28, Überwachen eines Betriebsparameters der Maschine 12 zum Bestimmen, wann der erste vorbestimmte Betriebsparameter der Maschine 12 erreicht wurde; Mischen des einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs mit dem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff in der Mischkammer 44, wenn der vorbestimmte Betriebsparameter der Maschine 12 erreicht wurde mit dem Mischschritt, der die folgenden Schritte umfaßt:
Verringern der Menge des einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs und Erhöhen der Menge des einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs, gesteuertes Drosseln der Mischung aus hohen und geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff durch den ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß 26 und den zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß 33, und Stoppen der Strömung des einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs und danach Betreiben der Maschine nur mit dem einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff. Das Mischen des einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs mit dem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff in der Mischkammer umfaßt weiterhin Überwachen der Stellung der Steuerventile 64, 70 zum Bestimmen, wann ein vorbestimmter Erwärmungswert des gemischten Brennstoffs erreicht wurde. Zusätzlich verhindert das Liefern des Brennstoffes an den zweiten Kraftstoffversorgungsdurchlaß 33 durch das Öffnen des Schließventils 52 übermäßigen Brennstoffdruck an dem Brennstoffeinspritzeinlaß.
Gemäß der Erfindung, wie oben offenbart, beseitigt das System 10 zum Verbrennen von gasförmigen Brennstoffen mit einem Bereich von Kalorienwerten das Einspritzen von zwei unterschiedlichen Brennstoffen durch zwei separate Durchlässe oder Anschlüsse in die Verbrennungskammer durch Vorsehen der Mischkammer 44 in der hohe und niedrige Kalorienwerte aufweisende gasförmige Brennstoffe gemischt werden vor dem Einspritzen in die Verbrennungskammer 20 durch die ersten und zweiten Brennstoffversorgungsdurchlässe 28, 33 in einer einzigen Einspritzvorrichtung 26 in die Verbrennungskammer 20. Zusätzlich wurde übermäßiger Brennstoffdruck an dem Brennstoffeinspritzeinlaß verhindert, wenn die Maschine mit geringem BTU-Brennstoff läuft, und zwar durch die Verwendung des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses 33. Die Einfachheit dieses Systems sieht geringe Kosten und einfache strukturelle Bauteile vor. Das Problem des Startens einer Gasturbinenmaschine 12, wenn die Hauptquelle des Brennstoffes ein einen geringen Kalorienwert aufweisender Brennstoff ist, wurde beseitigt durch Starten nur mit einem einen hohen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff, Mischen des hohen und geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoffs in einer Mischkammer 44, während einer Übergangswechselphase und zum schließlichem Betreiben der Gasturbinenmaschine nur mit einem einen geringen Kalorienwert aufweisenden gasförmigen Brennstoff nach dem Mischvorgang. Das vorliegende System 10 ist in der Lage, zwei verschiedene Kalorienwerte aufweisende gasförmige Brennstoffe 60, 66 in jedem Verhältnis zu verbrennen, und zwar durch Mischen der hohe und niedrige Kalorienwerte aufweisenden Brennstoffe außerhalb der Verbrennungskammer. Übermäßiger Brennstoffeinspritzdruckabfall oder verbrennungsgetriebene Oszillationen, die bewirkt werden durch ungenügenden Druckabfall der Brennstoffeinspritzvorrichtung 26, wurden beseitigt durch Vorsehen von zwei separaten Brennstoffdurchlässen 28, 33 in der Brennstoffeinspritzvorrichtung 26; Durchlaß 33 kann an- oder ausgeschaltet werden, je nachdem wie er benötigt wird zum Beibehalten eines angemessenen Brennstoffeinspritzvorrichtungsdruckabfalls.

Claims

1. Ein Gasturbinenmaschinensystem (10), welches folgendes aufweist: mindestens eine Brennstoffeinspritzvorrichtung angeordnet in einer Verbrennungskammer (20) der Gasturbinenmaschine (12) und mit einem ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß (28), der sich an seinem stromabwärtsgelegenen Ende in die Verbrennungskammer (20) öffnet;

ein erstes Drosselventil (37), welches den Fluß durch den ersten Brennstoffversorgungsdurchlaß (28) steuert; eine Kammer (44) verbunden mit dem stromaufwärtsgelegenen Ende des ersten Brennstoffversorgungsdurchlasses (28); ein erstes Steuerventil (64), welches im Gebrauch die Kammer (44) mit einer Quelle eines einen hohen Kalorienwert besitzenden gasförmigen Brennstoffs verbindet; ein zweites Steuerventil (70), welches im Gebrauch die Kammer (44) mit einer Quelle eines einen niedrigen Kalorienwert besitzenden gasförmigen Brennstoffs verbindet; und Mittel (74) programmiert zur Steuerung des ersten Drosselventils (37) und der ersten und zweiten Steuerventile (64, 70) infolge einer Überwachung eines Maschinenparameters derart, daß beim anfänglichen Starten der Maschine nur gasförmiger Brennstoff mit einem hohen Kalorienwert an die Verbrennungskammer geliefert wird, und daß während des schließlichen Laufens nur gasförmiger Brennstoff mit einem niedrigen Kalorienwert an die Verbrennungskammer geliefert wird; gekennzeichnet durch:

einen zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß (33) verbunden an seinem stromaufwärtsgelegenen Ende mit der Kammer (44) und sich an seinem stromabwärts gelegenen Ende in die Verbrennungskammer (20) öffnend; ein zweites Drosselventil (40), welches den Fluß durch den zweiten Brennstoffversorgungsdurchlaß (33) steuert; wobei die programmierten Mittel (74) auch das zweite Drosselventil (40) derart steuern, daß der einen hohen Kalorienwert besitzende gasförmige Brennstoff, der allein an die Verbrennungskammer während des anfänglichen Startens geliefert wird nur durch eine der Durchlässe (28, 33) geliefert wird, und daß der einen niedrigen Kalorienwert besitzende gasförmige Brennstoff, der allein zu der Verbrennungskammer während des schließlichen Laufens durch die beiden Durchlässe (28, 33) geliefert wird; und ferner dadurch gekennzeichnet, daß der erste Brennstoffversorgungsdurchlaß (28) der Einspritzvorrichtung (26) mittig angeordnet ist und eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen (30) aufweist, deren jede eine vorher festgelegte Strömungsfläche besitzt, und wobei der zweite Brennstoffversorgungsdurchlaß (33) der Einspritzvorrichtung (26) koaxial angeordnet ist bezüglich des ersten Durchlasses (28) und eine Vielzahl von nach außen gerichteten Zumeßöffnungen (34) besitzt, deren jede eine vorher festgelegte Strömungsfläche aufweist.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Maschinenparameter die Leistung ist, und wobei die Steuermittel (74) einen Leistungsfühler (79) aufweisen.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuermittel (74) derart programmiert sind, daß zwischen dem anfänglichen Starten und dem schließlichen Laufen die Proportion des einen hohen Kalorienwert besitzenden Brennstoffs allmählich verringert wird und die Proportion des einen niedrigen Kalorienwert besitzenden Brennstoffs allmählich erhöht wird.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuermittel (74) Mittel (78) aufweisen, um die Proportion der den hohen und niedrigen Kalorienwert besitzenden gasförmigen Brennstoffe, die in die Kammer (44) eintreten zu tiberwachen.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die kombinierte Strömungsfläche der Zumeßöffnungen (30) des ersten Brennstoffversorgungsdurchlasses (28) und die kombinierte Strömungsfläche der Zumeßöffnungen (34) des zweiten Brennstoffversorgungsdurchlasses (33) im wesentlichen gleich sind.

6. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die kombinierte Strömungsfläche der Zumeßöffnungen (30) des ersten Brennstoffversorgungsdurchlasses (28) und die kombinierte Strömungsfläche der Zumeßöffnung (34) der zweiten Brennstoffversorgungsdurchlässe (33) nicht gleich sind.

7. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorher festgelegte Strömungsfläche einiger der Zumeßöffnungen (30) des ersten Durchlasses (28) sich unterscheiden von der vorher festgelegten Strömungsfläche der anderen Zumeßöffnungen (30) des ersten Durchlasses (28).

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorher festgelegte Strömungsfläche einiger der Zumeßöffnungen (34) des zweiten Durchlasses (33) unterschiedlich sind von der vorher festgelegten Strömungsfläche der anderen Zumeßöffnungen (34) des zweiten Durchlasses (33).

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zumeßöffnungen (34) des zweiten Durchlasses (33) in einem Winkelmuster angeordnet sind, welches im wesentlichen das gleiche ist wie ein Winkelmuster der Zumeßöffnungen des ersten Durchlasses (28).

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner mindestens ein Abschaltventil (50, 52) zwischen die Drosselventile (37, 40) und die Kammer (44) geschaltet ist.