DE4307086A1 - Brennstoffzuführung für eine Gasturbine - Google Patents
Brennstoffzuführung für eine GasturbineInfo
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- F23D17/00—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel
- F23D17/002—Burners for combustion conjointly or alternatively of gaseous or liquid or pulverulent fuel gaseous or liquid fuel
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- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der
Gasturbinen. Sie betrifft eine Brennstoffzuführung für eine
wahlweise mit Gas und/oder Flüssigbrennstoff betreibbare Gas
turbine, umfassend einen in einem Hauptgasrohr verlaufenden
Hauptgaskanal, welcher von außen durch das Gasturbinengehäu
se und einen innerhalb des Gasturbinengehäuses angeordneten
und mit komprimierter Luft beaufschlagten Raum (Plenum) zu
einem in einen Brennraum mündenden Brenner geführt wird, und
innerhalb des Hauptgaskanals eine herausziehbare Brenn
stofflanze, welche im Inneren einen Flüssigbrennstoffkanal
zur Zuführung von Flüssigbrennstoff zu einer im Brenner ange
ordneten Brennstoffdüse enthält, sowie Mittel zur Zuführung
von Zerstäuberluft für die Zerstäubung des Flüssigbrenn
stoffs.
Bei Gasturbinen mit einer im Gasturbinengehäuse untergebrach
ten, üblicherweise ringförmigen Brennkammer ist es notwendig,
den Brennstoff mittels einer Brennstoffzuführung von außen
durch das Gasturbinengehäuse und den mit verdichteter Luft
gefüllten Zwischenraum, das sogenannte Plenum, zu den in den
Brennraum mündenden Brennern zu führen. Die für den Brennvor
gang benötigte verdichtete Luft tritt dabei aus dem Plenum
von hinten in die Brenner ein, welche beispielsweise als Dop
pelkegelbrenner ausgebildet sein können.
Wenn die Gasturbinen für den wahlweisen Betrieb mit gasförmi
gem und/oder Flüssigbrennstoff (z. B. Öl) ausgelegt sind,
enthält die Brennstoffzuführung nicht nur einen Hauptgaskanal
für die Zufuhr des gasförmigen Brennstoffs, sondern auch ei
nen Flüssigbrennstoffkanal, der häufig in einer in den Haupt
gaskanal einschiebbaren Brennstofflanze untergebracht ist und
am vorderen Ende der Brennstofflanze in einer Brennstoffdüse
endet, die bei eingeschobener Lanze innerhalb des Brenners zu
liegen kommt.
Damit eine effektive Verbrennung des Flüssigbrennstoffs ge
währleistet ist, muß der Flüssigbrennstoff in der Brenn
stoffdüse in geeigneter Weise zerstäubt werden. Für die Zer
stäubung wird eine komprimierte Zerstäuberluft benötigt, die
der Brennstoffdüse zugeführt werden muß. Bei den bisher be
kannten Brennstoffzuführungen wird diese Zerstäuberluft sepa
rat komprimiert, nach dem Komprimieren rückgekühlt und über
eine eigene Zuleitung zur Brennstoffdüse geleitet (sog. "Air-
Assist"). Nachteilig ist bei dieser Technik, das für die Be
reitstellung der Zerstäuberluft zusätzliche Geräte benötigt
werden, und daß in der Brennstoffzuführung eine eigene
durchgehende Leitung vorgesehen werden muß. Wenn diese Lei
tung das den Flüssigbrennstoffkanal bildende Flüssigbrenn
stoffrohr konzentrisch umgibt, wird der Ein- und Ausbau der
Brennstoffdüse erschwert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennstoffzuführung
der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß sich
eine vereinfachte Bereitstellung der Zerstäuberluft ergibt.
Die Aufgabe wird bei einer Brennstoffzuführung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, daß die Mittel einen Zerstäu
berluftkanal umfassen, welcher Zerstäuberluft aus dem Plenum
zur Brennstoffdüse leitet.
Der Kern der Erfindung besteht also darin, die notwendige
Zerstäuberluft nicht von außerhalb des Gasturbinengehäuses
separat zuzuführen, sondern unmittelbar vor der Brennstoffdü
se aus dem Plenum abzuzweigen, wobei der Druckabfall im Bren
ner ausgenutzt wird. Hierdurch entfallen alle Vorrichtungen
zur Aufbereitung der Zerstäuberluft.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß der Zerstäuberluftkanal innerhalb der
Brennstofflanze zwischen Plenum und Brenner verläuft, daß
die Brennstofflanze am dem Brenner abgewandten Ende des Zer
stäuberluftkanals wenigstens eine erste seitliche Luftein
strömöffnung aufweist, daß im Hauptgasrohr wenigstens eine
zweite seitliche Lufteinströmöffnung zum Plenum hin vorgese
hen ist, und daß die beiden Lufteinströmöffnungen bei einge
schobener Brennstofflanze übereinanderstehen und gegen den
Hauptgaskanal abgedichtet sind. Durch die erste seitliche
Lufteinströmöffnung ist es möglich, eine zentrale Brennstoff
düse einfach zu montieren und zu demontieren.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet
sich dadurch aus, daß der Hauptgaskanal und die Brenn
stofflanze, und innerhalb der Brennstofflanze der Zerstäuber
luftkanal und der Flüssigbrennstoffkanal konzentrisch inein
ander angeordnet sind, daß die Brennstofflanze in einem Mit
telstück des Hauptgasrohres an den Wänden des Hauptgasrohres
anliegt und mittels in axialer Richtung hintereinander auf
der Brennstofflanze angeordneter Dichtringe einen gegenüber
dem Hauptgaskanal abgedichteten Bereich bildet, daß die bei
den Lufteinströmöffnungen innerhalb des abgedichteten Be
reichs angeordnet sind, und daß das Hauptgas in dem Mittel
stück in wenigstens einem ersten Überströmkanal um den abge
dichteten Bereich herumgeleitet wird. Hierdurch wird er
reicht, daß sich die Brennstofflanze leicht austauschen
läßt, weil ein derart ausgestalteter seitlicher Anschluß
der ersten Lufteinströmöffnungen keine axiale Behinderung
darstellt.
Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen An
sprüchen.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie
len im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen
Fig. 1 im Längsschnitt (entlang der Ebene A-A aus Fig. 2)
den Aufbau einer Brennstoffzuführung gemäß einem be
vorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im ent
scheidenden Mittelstück; und
Fig. 2 den Querschnitt entlang der Ebene B-B aus Fig. 1.
In Fig. 1 ist im Längsschnitt der mittlere im Plenum 20 der
Gasturbine befindliche Teil einer Brennstoffzuführung 1 ge
zeigt, wie er sich für eine bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ergibt. Die zugeführten Gas- bzw. Flüssigkeits
ströme kommen in dieser Darstellung von der rechten Seite,
auf welcher die Brennstoffdurchführung 1 durch das (nicht ge
zeigte) Gasturbinengehäuse geführt ist. Auf der linken-Seite
endet die Brennstoffzuführung 1 in einem (ebenfalls nicht
dargestellten) Brenner, der beispielsweise ein Doppelkegel
brenner sein kann, wie er aus der DE-A1-37 07 773 bekannt
ist.
Die Brennstoffzuführung 1 des Beispiels ist grundsätzlich
konzentrisch aufgebaut: In einem äußeren Hauptgasrohr 2,
welches üblicherweise am Gasturbinengehäuse befestigt ist,
liegt zentriert und herausziehbar eine Brennstofflanze 4, die
ihrerseits weitgehend konzentrisch aufgebaut ist, wobei sich
jedoch der Aufbau links und rechts von einem Mittelstück 3
unterscheidet. Zwischen der Brennstofflanze 4 und dem Haupt
gasrohr 2 wird ein Hauptgaskanal 15 gebildet, durch den das
Hauptgas zum Brenner geleitet wird.
Links vom Mittelstück 3 umfaßt die Brennstofflanze 4 ein
äußeres Pilotgasrohr 7, ein darin liegendes Zerstäuberluft
rohr 8 und ein im Zerstäuberluftrohr 8 angeordnetes, zentra
les Flüssigbrennstoffrohr 9. Das Flüssigbrennstoffrohr 9 en
det auf der linken Seite in einer (nicht gezeigten) Brenn
stoffdüse, die vom Zerstäuberluftrohr 8 mantelförmig umgeben
ist und sich bei eingeschobener Brennstofflanze 4 innerhalb
des Brenners befindet. Zwischen dem Pilotgasrohr 7 und dem
Zerstäuberluftrohr 8 wird ein Pilotgaskanal 14 gebildet,
durch den Pilotgas zur brennerseitigen Spitze der Brenn
stofflanze 4 geführt werden kann. Zwischen dem
Zerstäuberluftrohr 8 und dem Flüssigbrennstoffrohr 9 wird auf
die gleiche Weise ein Zerstäuberluftkanal 10 gebildet, durch
welchen Zerstäuberluft zur Brennstoffdüse gelangt. Der Zer
stäuberluftkanal 10 endet im Mittelstück 3 an einem An
schlußteil 21. Das Flüssigbrennstoffrohr 9 schließlich um
schließt einen Flüssigbrennstoffkanal 19.
Rechts vom Mittelstück 3 ist innerhalb der Brennstofflanze 4
der Flüssigbrennstoffkanal 19 nur vom Pilotgaskanal 14 umge
ben. Ein Zerstäuberluftrohr ist hier nicht vorhanden, weil
die Zerstäuberluft erst im Mittelstück 3 aus dem Plenum 20 in
die Brennstofflanze 4 eintritt.
Der Anschluß des Zerstäuberluftkanals 10 an das umgebende
Plenum 20 erfolgt innerhalb des Mittelstücks 3, das zu diesem
Zweck eine spezielle Ausgestaltung erfährt, die insbesondere
aus dem in Fig. 2 dargestellten Querschnitt durch das Mittel
stück entlang der in Fig. 1 eingezeichneten Ebene B-B deut
lich wird: Im Mittelstück 3 wird der zentrale Teil des Haupt
gasrohres 2 durch eine sich über eine gewisse Länge erstrec
kende Verdickung der Brennstofflanze 4 verschlossen, wobei
die Brennstofflanze 4 an den Wänden des Hauptgasrohres 2 an
liegt. Am vorderen und hinteren Ende der Verdickung sind je
weils Paare von Dichtringen 16 bzw. 17 auf der Brennstofflan
ze 4 angeordnet, so daß sich zwischen diesen Dichtungsring-
Paaren 16, 17 ein gegenüber dem Hauptgaskanal 15 abgedichte
ter Bereich ergibt.
Innerhalb dieses abgedichteten Bereichs sind in der Brenn
stofflanze 4 sich gegenüberliegende erste seitliche Luftein
strömöffnungen (11 in Fig. 1; 11a, b in Fig. 2) und im Haupt
gasrohr 2 sich gegenüberliegende zweite seitliche Luftein
strömöffnungen (12 in Fig. 1; 12a, b in Fig. 2) angeordnet.
Die ersten und zweiten Lufteinströmöffnungen liegen paarweise
übereinander (11a, 12a bzw. 11b, 12b) und ermöglichen damit
von zwei Seiten einen breiten Zugang vom Plenum 20 zum Zer
stäuberluftkanal 10, durch den die verdichtete Luft aus dem
Plenum 20 weitgehend ungehindert in den Zerstäuberluftkanal
10 einströmen kann.
Zur Umgehung dieser Zerstäuberluft-Durchgänge wird sowohl das
Hauptgas als auch das Pilotgas durch spezielle erste bzw.
zweite Überströmkanäle (5 bzw. 6 in Fig. 1; 5a, b bzw. 6a, b
in Fig. 2) an dem abgedichteten Bereich seitwärts vorbeige
führt. Beim Mittelstück 3 sind die ersten Überströmkanäle 5
bzw. 5a, b als separate Kanäle am Hauptgasrohr 2 seitlich an
geformt. Aus diesem Grund wird als Mittelstück 3 vorzugsweise
ein Gußteil verwendet. Bei der Brennstofflanze 4 werden die
zweiten Überströmkanäle 6 bzw. 6a, b dadurch gebildet, daß
am an sich runden Anschlußteil 21 quer zu den Lufteinström
öffnungen (11a, b, 12a, b) plane Flächen (22 in Fig. 1 bzw.
22a, b in Fig. 2) angefräst sind, die vom runden Pilotgasrohr 7
überdeckt werden. Die zweiten Überströmkanäle 6, 6a, b sind
mit dem rechts vom Mittelstück 3 liegenden Teil des Pilotgas
kanals 14 durch einen in das Anschlußteil 21 eingebrachten
Verbindungskanal 13 - z. B. eine Durchgangsbohrung - verbun
den.
Die Größe der Lufteinströmöffnungen 11a, b bzw. 12a, b ist so
gehalten, daß vom Plenum 20 zum Zerstäuberluftkanal 10 hin
nur ein sehr kleiner Druckabfall entsteht. Hierdurch wird
gleichzeitig ein Zugang zum zentralen Flüssigbrennstoffrohr 9
mit der an seiner Spitze angeordneten Brennstoffdüse ermög
licht. Wenn - wie in Fig. 1 dargestellt - das Flüssigbrenn
stoffrohr 9 im Bereich der Lufteinströmöffnungen 11a, b bzw.
12a, b ein Gewindestück 18 aufweist, mit welchem es in eine
entsprechende Gewindebohrung 23 im Anschlußteil 21 einge
schraubt ist, kann das Flüssigbrennstoffrohr 9 mit der Brenn
stoffdüse bequem durch die Öffnungen ein- und ausgebaut wer
den, wodurch die Montage und Wartung der Brennstoffzuführung
wesentlich vereinfacht wird.
Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine Brennstoffzufüh
rung, welche die folgenden Vorteile aufweist:
- - Die Konstruktion erlaubt die Zuführung der Zerstäuberluft unmittelbar vor der Brennstoffdüse unter Ausnutzung des Brenner-Druckabfalls
- - Es ist keine separate Zerstäuberluft notwendig, so daß der damit verbundene Aufwand für Hilfsluft-Kompressor und Rückkühler sowie Regel- und Verteileinheiten entfällt
- - Durch den ständig vorhandenen Brenner-Druckabfall wird bei einer eventuell auftretenden Gas-Leckage das Gas automa tisch abgesaugt
- - Durch die Einströmöffnungen läßt sich die zentrale Öl bzw. Brennstoffdüse einfach montieren und demontieren
- - Die Brennstofflanze läßt sich leicht aus tauschen, weil das seitliche "Luftfenster" keine axiale Montagebehinde rung darstellt.
Bezugszeichenliste
1 Brennstoffzuführung
2 Hauptgasrohr
3 Mittelstück
4 Brennstofflanze
5, 5a, b Überströmkanal (Hauptgas)
6, 6a, b Überströmkanal (Pilotgas)
7 Pilotgasrohr
8 Zerstäuberluftrohr
9 Flüssigbrennstoffrohr
10 Zerstäuberluftkanal
11, 11a, b Lufteinströmöffnung (Brennstofflanze)
12, 12a, b Lufteinströmöffnung (Kreuzungsstück)
13 Verbindungskanal
14 Pilotgaskanal
15 Hauptgaskanal
16, 17 Dichtring
18 Gewindestück
19 Flüssigbrennstoffkanal
20 Plenum
21 Anschlußteil
22, 22a, b plane Fläche
23 Gewindebohrung
2 Hauptgasrohr
3 Mittelstück
4 Brennstofflanze
5, 5a, b Überströmkanal (Hauptgas)
6, 6a, b Überströmkanal (Pilotgas)
7 Pilotgasrohr
8 Zerstäuberluftrohr
9 Flüssigbrennstoffrohr
10 Zerstäuberluftkanal
11, 11a, b Lufteinströmöffnung (Brennstofflanze)
12, 12a, b Lufteinströmöffnung (Kreuzungsstück)
13 Verbindungskanal
14 Pilotgaskanal
15 Hauptgaskanal
16, 17 Dichtring
18 Gewindestück
19 Flüssigbrennstoffkanal
20 Plenum
21 Anschlußteil
22, 22a, b plane Fläche
23 Gewindebohrung
Claims (8)
1. Brennstoffzuführung (1) für eine wahlweise mit Gas
und/oder Flüssigbrennstoff betreibbare Gasturbine, umfassend
einen in einem Hauptgasrohr (2) verlaufenden Hauptgaskanal
(15), welcher von außen durch das Gasturbinengehäuse und ei
nen innerhalb des Gasturbinengehäuses angeordneten und mit
komprimierter Luft beaufschlagten Raum (Plenum 20) zu einem
in einen Brennraum mündenden Brenner geführt wird, und inner
halb des Hauptgaskanals (15) eine herausziehbare Brenn
stofflanze (4), welche im Inneren einen Flüssigbrennstoffka
nal (19) zur Zuführung von Flüssigbrennstoff zu einer im
Brenner angeordneten Brennstoffdüse enthält, sowie Mittel zur
Zuführung von Zerstäuberluft für die Zerstäubung des Flüssig
brennstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel einen
Zerstäuberluftkanal (10) umfassen, welcher Zerstäuberluft aus
dem Plenum (20) zur Brennstoffdüse leitet.
2. Brennstoffzuführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Zerstäuberluftkanal (10) innerhalb der Brenn
stofflanze (4) zwischen Plenum (20) und Brenner verläuft,
daß die Brennstofflanze (4) am dem Brenner abgewandten Ende
des Zerstäuberluftkanals (10) wenigstens eine erste seitliche
Lufteinströmöffnung (11) aufweist, daß im Hauptgasrohr (2)
wenigstens eine zweite seitliche Lufteinströmöffnung (12) zum
Plenum (20) hin vorgesehen ist, und daß die beiden Luftein
strömöffnungen (11, 12) bei eingeschobener Brennstofflanze
(4) übereinanderstehen und gegen den Hauptgaskanal (15) abge
dichtet sind.
3. Brennstoffzuführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Hauptgaskanal (15) und die Brennstofflanze (4),
und innerhalb der Brennstofflanze (4) der Zerstäuberluftkanal
(10) und der Flüssigbrennstoffkanal (19) konzentrisch inein
ander angeordnet sind, daß die Brennstofflanze (4) in einem
Mittelstück (3) des Hauptgasrohres (2) an den Wänden des
Hauptgasrohres (2) anliegt und mittels in axialer Richtung
hintereinander auf der Brennstofflanze (4) angeordneter
Dichtringe (16, 17) einen gegenüber dem Hauptgaskanal (15)
abgedichteten Bereich bildet, daß die beiden Lufteinström
öffnungen (11, 12) innerhalb des abgedichteten Bereichs ange
ordnet sind, und daß das Hauptgas in dem Mittelstück (3) in
wenigstens einem ersten Überströmkanal (5) um den abgedich
teten Bereich herumgeleitet wird.
4. Brennstoffzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß jeweils zwei gegenüberliegende erste und zweite
Lufteinströmöffnungen (11a, b; 12a, b) vorgesehen sind, und das
Hauptgas durch zwei ebenfalls gegenüberliegende und bezüglich
der Lufteinströmöffnungen (11a, b; 12a, b) um 90° verdreht an
geordnete erste Überströmkanäle (5a, b) geleitet wird.
5. Brennstoffzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen dem Flüssigbrennstoffkanal (19) und dem
Hauptgaskanal (15) ein konzentrischer Pilotgaskanal (14) vor
gesehen ist, welcher vom Mittelstück (3) an zwischen dem Zer
stäuberluftkanal (10) und dem Hauptgaskanal (15) verläuft,
und daß das Pilotgas in dem Mittelstück (3) in wenigstens
einem zweiten Überströmkanal (6) um den abgedichteten Be
reich herumgeleitet wird.
6. Brennstoffzuführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich
net, daß jeweils zwei gegenüberliegende erste und zweite
Lufteinströmöffnungen (11a, b; 12a, b) vorgesehen sind, und das
Pilotgas durch zwei ebenfalls gegenüberliegende und bezüglich
der Lufteinströmöffnungen (11a, b; 12a, b) um 90° verdreht an
geordnete zweite Überströmkanäle (6a, b) geleitet wird.
7. Brennstoffzuführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Flüssigbrennstoffkanal (19) im Bereich des Zer
stäuberluftkanals (10) durch ein Flüssigbrennstoffrohr (9)
gebildet wird, welches im Bereich der Lufteinströmöffnungen
(11, 12) ein Gewindestück (18) aufweist und mit dem Gewinde
stück (18) in eine entsprechende Gewindebohrung (23) in einem
Anschlußteil (21) der Brennstofflanze (4) eingeschraubt wer
den kann.
8. Brennstoffzuführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß das Mittelstück (3) als Gußteil ausgebildet ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307086 DE4307086A1 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Brennstoffzuführung für eine Gasturbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934307086 DE4307086A1 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Brennstoffzuführung für eine Gasturbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4307086A1 true DE4307086A1 (de) | 1994-09-08 |
Family
ID=6482120
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934307086 Withdrawn DE4307086A1 (de) | 1993-03-06 | 1993-03-06 | Brennstoffzuführung für eine Gasturbine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4307086A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1993
- 1993-03-06 DE DE19934307086 patent/DE4307086A1/de not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ASEA BROWN BOVERI AG, BADEN, CH |
|
8128 | New person/name/address of the agent |
Representative=s name: LUECK, G., DIPL.-ING. DR.RER.NAT., PAT.-ANW., 7976 |
|
8141 | Disposal/no request for examination |