EP0713058B1 - Brennkammer mit Mehrstufenverbrennung - Google Patents

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EP0713058B1
EP0713058B1 EP95810698A EP95810698A EP0713058B1 EP 0713058 B1 EP0713058 B1 EP 0713058B1 EP 95810698 A EP95810698 A EP 95810698A EP 95810698 A EP95810698 A EP 95810698A EP 0713058 B1 EP0713058 B1 EP 0713058B1
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EP
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combustion chamber
combustion
space
burner
fuel
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EP95810698A
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Joseph Brostmeyer
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ABB AG Germany
Original Assignee
ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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Publication date
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C7/00—Combustion apparatus characterised by arrangements for air supply
    • F23C7/02—Disposition of air supply not passing through burner
    • F23C7/06—Disposition of air supply not passing through burner for heating the incoming air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F23C6/047—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure with fuel supply in stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/07002—Premix burners with air inlet slots obtained between offset curved wall surfaces, e.g. double cone burners

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a multi-stage Combustion chamber, with at least one primary burner Premix type, in which within a premixing room the Fuel injected via nozzles prior to ignition is intensively mixed with primary combustion air, and with at least an afterburner, downstream of the pre-combustor is arranged and introduced into the secondary combustion air becomes. It also relates to a combustion chamber for implementation of the procedure.
  • Such a two-stage combustion chamber and a method for its operation is known from DE-C2 31 49 581.
  • Vortex cups with central fuel injection nozzles are used there as primary burners of the premix type.
  • the combustion chamber is a so-called "rich / lean two-stage combustion chamber", the gases having a fuel / air equivalence ratio in the first combustion stage which is greater than 1.
  • the gases In the second combustion stage, the gases have a fuel / air equivalence ratio that is less than 1.
  • the transition from the rich to the lean mixture can be realized as quickly as possible.
  • the mixture is therefore accelerated and the secondary combustion air is injected into the accelerated mixture.
  • the purpose of the acceleration is to keep the duration of the mixture in the zone in which the fuel / air equivalence ratio is 1 as short as possible. This is because the formation rate of NO X is greatest at this medium ratio.
  • the object of the invention is to create a "lean / lean" process and the associated combustion chamber using such modern premix burners, with which extremely low NO x emissions are achieved.
  • a combustion chamber for carrying out this method draws arranged from one at the head end of the combustion chamber Double-cone burner of the premix type, with a subsequent one Pre-combustion chamber, by one following the pre-combustion chamber Acceleration path for the flue gas, which in one Afterburner opens, and through air inlets in the area of the acceleration section in the double wall Combustion chamber boundary are arranged, as well as by at the entrance of the afterburner arranged injection means for Additional fuel.
  • the advantage of the invention can be seen in particular in the fact that the premix burner can be operated at the lower extinguishing limit, with only about 9 ppm NO x initially being produced;
  • the self-igniting afterburning process delivers gases with the desired high temperature of 1800K (approx. 1530 ° C), which gases only have NO x values below 6 ppm due to the supply of additional air and due to the short residence times.
  • Fig. 1 50 is a jacketed plenum, which is usually the one not shown Compressor-fed combustion air and one for example, supplies annular combustion chamber 60.
  • This The combustion chamber has two stages and essentially exists a pre-combustion chamber 61 and a downstream one located post-combustion chamber 62, both with a combustion chamber wall 63 are covered. Of all the combustion air part a of the pre-combustion chamber 61 is fed directly, while parts b and c initially have cooling functions exercise.
  • annular dome 55 On the pre-combustion chamber 61, which is at the head end of the combustion chamber 60 is located and its combustion chamber through a front panel 54 is limited, an annular dome 55 is placed.
  • a burner 110 is arranged in this dome in such a way that the burner outlet is at least approximately flush with the Front plate 54.
  • the longitudinal axis 51 of the primary burner 110 runs coaxially to the longitudinal axis 52 of the combustion chamber 60 a number of such burners are distributed around the circumference 110 side by side on the annular front plate 52 arranged.
  • the fuel will fed to the burner via a fuel lance 120 which penetrates the cathedral and plenum walls.
  • Double cone burner such as from EP-B1-0 321 809 is known. Essentially it consists of two hollow, conical part-bodies 111, 112, which are nested in the direction of flow.
  • the respective central axes 113, 114 of the two Partial body offset from each other.
  • the neighboring walls of the two partial bodies form in their longitudinal extent tangential slots 119 for the combustion air that on this way gets into the interior of the burner.
  • the fuel is injected into the at an acute angle Hollow cone injected.
  • the resulting tapered fuel profile is from the tangentially flowing combustion air enclosed.
  • the concentration of the Fuel continuously as a result of mixing with the Combustion air reduced.
  • the burner can also be operated with gaseous fuel.
  • Gas inflow openings 117 are provided in the area of the tangential slots 119 in the Walls of the two partial bodies distributed in the longitudinal direction.
  • the premix burner is operated with approx. 56% of the total available combustion air and that close to the lower extinguishing limit; ie the corresponding amount of fuel is set so that a temperature of 1640K (approx. 1370 ° C.) and a NO x content of 9 ppm prevail in the combustion chamber 61.
  • Such fuel lances are at the entrance to the afterburning chamber 62 121 arranged. In the case of an annular combustion chamber several such lances are distributed over the circumference. Out the additional fuel is supplied to them - evenly over the Flow cross section distributed - injected into the main flow.
  • the remaining ones are upstream of this fuel injection 44% air is appropriately mixed into the combustion process.
  • This is the air that initially is used to cool the combustion chamber walls.
  • These combustion chamber walls are both in the area of the pre-combustion chamber 61 and in the area of the afterburner 62 double-walled.
  • the inner wall 63a is in the Plane of the intended air supply with inlet openings 64 see.
  • the amount of air that is added to the main flow is composed of two partial flows.
  • the cooling air b of the pre-combustion chamber which is approximately 16% of the total and the cooling air c of the afterburner, which makes up about 28% of the total.
  • the pressure drop is the air via the wall cooling approx. 4%, that via the Mixture of combustion gases and cooling air approx. 2%.
  • the mixing temperature after admixing the cooling air to the combustion gases in the pre-combustion chamber is approximately 980 ° C., so that the fuel / air mixture present at the inlet into the afterburning chamber 62 is self-igniting.
  • the amount of additional fuel is selected so that the desired final temperature of 1700 K (approx. 1430 ° C.) prevails in the afterburning chamber 62.
  • the NO x content of 9 ppm resulting from the pre-combustion is reduced to less than 6 ppm by the dilution.
  • afterburning chamber 62 is in its axial Extension is dimensioned so that it is complete Burnout takes place.
  • FIG. 2 schematically shows a five-stage combustion chamber which can be operated as follows: Fuel is fed to the premix burner 110 via the fuel lance 120 and burned with approximately 10% of the combustion air a. The amount of fuel supplied via the lance 120 is adjusted so that a temperature of 1640 K (approx. 1370 ° C.) and a NO x content of 9 ppm prevail in the combustion chamber A. The mixture is accelerated; A further 8% of air, in this case wall cooling air, is introduced in level b, and a corresponding amount of fuel is introduced via fuel lances 121, so that a temperature of 1500 K (approx. 1230 ° C.) prevails in combustion chamber B.
  • a further 14% of air is introduced in level c and a corresponding amount of fuel is introduced via fuel lances 130, so that a temperature of 1500 K (approx. 1230 ° C.) also prevails in combustion chamber C.
  • a further 26% of air is introduced in level d and a corresponding amount of fuel is introduced via fuel lances 131, so that a temperature of 1500K (approx. 1230 ° C.) also prevails in combustion chamber D.
  • the remaining 42% air is introduced in level e and the remaining amount of fuel is introduced via fuel lances 132, so that the desired final temperature of 1700 K (approx. 1430 ° C.) prevails in combustion chamber E.
  • the NO x content in the combustion chamber E is only 3 ppm.
  • the optimal number of combustion stages with regard to the NO x value to be achieved is to be selected as a function of the pressure loss to be accepted and the combustion chamber length.

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer mehrstufigen Brennkammer, mit mindestens einem Primärbrenner der Vormischbauart, bei dem innerhalb eines Vormischraumes der über Düsen eingespritzte Brennstoff vorgängig der Zündung mit Primärbrennluft intensiv vermischt wird, und mit mindestens einer Nachbrennraum, der stromabwärts des Vorbrennraumes angeordnet ist und in den Sekundärbrennluft eingeleitet wird. Sie betrifft ebenfalls eine Brennkammer zur Durchführung des Vefahrens.
Stand der Technik
Eine solche zweistufige Brennkammer und ein Verfahren zu deren Betrieb ist bekannt aus der DE-C2 31 49 581. Als Primärbrenner der Vormischbauart werden dort Wirbelbecher mit zentralen Brennstoffeinspritzdüsen verwendet. Bei der Brennkammer handelt es sich um eine sogenannte "Fett/MagerZweistufenbrennkammer", wobei in der ersten Verbrennungsstufe die Gase ein Brennstoff/Luft-Äquivalenzverhältnis aufweisen, welches grösser als 1 ist. In der zweiten Verbrennungsstufe weisen die Gase ein Brennstoff/Luft-Äquivalenzverhältnis auf, welches kleiner als 1 ist. Der Übergang vom fetten auf das magere Gemisch ist schnellstmöglich zu realisieren. Deshalb wird das Gemisch beschleunigt, und die Sekundärbrennluft wird in das beschleunigte Gemisch eingedüst. Der Zweck der Beschleunigung ist darin zu sehen, die Aufenthaltsdauer des Gemisches in der Zone, in welcher das Brennstoff/Luft-Äquivalenzverhältnis 1 beträgt, möglichst klein zu halten. Denn bei diesem mittleren Verhältnissen ist die Bildungsgeschwindigkeit von NOX am grössten.
Moderne Brenner der Vormischbauart bieten die Möglichkeit, auch die erste Verbrennungstufe mager zu betreiben, was sich aufgrund der grossen Luftzahl und der niedrigeren Flammentemperaturen vorteilhaft auf die NOX-Bildung auswirkt. Bei einer solchen Vormischverbrennungtechnik muss nur sichergestellt werden, dass die Flammstabilität, insbesondere bei Teillast, nicht an die Löschgrenze stösst. Als Regel gilt, dass solche Vormischbrenner, wenn sie einstufig betrieben werden und wenn Temperaturen von 1800K (ca. 1530°C) verlangt werden, etwa 25-30 ppm NOX erzeugen.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Benutzung solcher moderner Vormischbrenner ein "Mager/Mager"-Verfahren und die zugehörige Brennkammer zu schaffen, mit denen extrem tiefe NOX-Emissionen erzielt werden.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht,
  • dass der Primärbrenner ein flammenstabilisierender Vormischbrenner ist, welcher an der unteren Stabilitätsgrenze betrieben wird,
  • dass zwischen Vorbrennraum und Nachbrennraum das Rauchgas beschleunigt wird,
  • und dass in die den Vorbrennraum verlassende Rauchgasströmung zwecks Bildung eines selbstzündenden Gemisches Kühlluft aus der doppelwandigen Brennkammerbegrenzung und Zusatzbrennstoff eingeführt wird.
Eine Brennkammer zur Durchführung dieses Verfahrens zeichnet sich aus durch einen am Kopfende der Brennkammer angeordneten Doppelkegelbrenner der Vormischbauart, mit anschliessendem Vorbrennraum, durch eine dem Vorbrennraum folgende Beschleunigungsstrecke für das Rauchgas, welche in einen Nachbrennraum mündet, und durch Luft-Einströmöffnungen, die im Bereich der Beschleunigungsstrecke in der doppelwandigen Brennkammerbegrenzung angeordnet sind, sowie durch am Eintritt des Nachbrennraumes angeordnete Einspritzmittel für Zusatzbrennstoff.
Zwar ist aus der DE-A1 37 07 773 im Zusammenhang mit Prozesswärmeerzeugug bereits ein zweistufiges Verfahren und eine entsprechende Brennkammer bekannt, welche mit einem flammenstabilisierenden Doppelkegelbrenner als Primärbrenner arbeitet, bei welchem zwischen Vorbrennraum und Nachbrennraum das Gas beschleunigt wird und bei welchem der zweiten Stufe Luft beigemischt wird. Allerdings wird - wie beim bereits eingangs erwähnten Stand der Technik - diese Vorbrennkammer unterstöchiometrisch mit einer Luftzahl Lambda = 0.7 betrieben. Hierdurch erreicht das teilverbrannte Gas eine Temperatur von 1800-1900 °C. Bei der in die beschleunigte Gasströmung eingeleiteten Luft handelt es sich um sogenannte Abschreckluft (Quenchluft), die rasch in die Hauptströmung einzudüsen ist, um ein Oxidieren des Luftstickstoffs zu vermeiden.
Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, dass der Vormischbrenner an der unteren Löschgrenze betrieben werden kann, wobei zunächt nur ca. 9 ppm NOX produziert werden; der selbstzündende Nachverbrennprozess liefert Gase mit der gewünschten hohen Temperatur von 1800K (ca. 1530°C), welche Gase infolge der Zufuhr von weiterer Luft und aufgrund der kurzen Aufenthaltszeiten nur noch NOX-Werte kleiner als 6 ppm aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand vn Gasturbinen-Brennkammern schematisch dargestellt.
Es zeigen:
Fig. 1
einen Teillängsschnitt einer ersten zweistufigen Brennkammer;
Fig. 2
einen Teillängsschnitt einer zweiten fünf stufigen Brennkammer;
Fig. 3A
einen Querschnitt durch einen Vormischbrenner der Doppelkegel-Bauart im Bereich seines Austritts;
Fig. 3B
einen Querschnitt durch denselben Vormischbrenner im Bereich der Kegelspitze;
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt sind beispielsweise die vollständige Brennkammer und deren Zuordnung zu einer Anlage, die Brennstoffbereitstellung, die Regeleinrichtungen und dergleichen, Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen bezeichnet.
Weg zur Ausführung der Erfindung
In Fig. 1 ist mit 50 ein ummanteltes Plenum bezeichnet, welches in der Regel die von einem nicht dargestellten Verdichter geförderte Verbrennungsluft aufnimmt und einer beispielsweisen ringförmigen Brennkammer 60 zuführt. Diese Brennkammer ist zweistufig augebildet und besteht im wesentlichen aus einer Vorbrennkammer 61 und einer stromabwärts gelegenen Nachbrennkammer 62, welche beide mit einer Brennkammerwand 63 ummmantelt sind. Von der gesamten Verbrennungsluft wird ein Teil a der Vorbrennkammer 61 direkt zugeführt, während die Teile b und c zunächst Kühlfunktionen ausüben.
Auf die Vorbrennkammer 61, die sich am Kopfende der Brennkammer 60 befindet und deren Brennraum durch eine Frontplatte 54 begrenzt ist, ist ein ringförmiger Dom 55 aufgesetzt. In diesem Dom ist ein Brenner 110 so angeordnet, dass der Brenneraustritt zumindest annähernd bündig ist mit der Frontplatte 54. Die Längsachse 51 des Primärbrenners 110 verläuft koaxial zur Längsachse 52 der Brennkammer 60. Über den Umfang verteilt ist eine Mehrzahl von solchen Brennern 110 nebeneinander auf der kreisringförmigen Frontplatte 52 angeordnet. Über die an ihrem äusseren Ende gelochte Domwandung strömt die Verbrennungsluft a aus dem Plenum 50 in das Dominnere und beaufschlagt die Brenner. Der Brennstoff wird dem Brenner über eine Brennstofflanze 120 zugeführt, welche die Dom- und die Plenumwand durchdringt.
Beim schematisch in Fig. 3A und 3B dargestellten Vormischbrenner 110 handelt es sich jeweils um einen sogenannten Doppelkegelbrenner, wie er beispielsweise aus EP-B1-0 321 809 bekannt ist. Im wesentlichen besteht er aus zwei hohlen, kegelförmigen Teilkörpern 111, 112, die in Strömungsrichtung ineinandergeschachtelt sind.
Dabei sind die jeweiligen Mittelachsen 113, 114 der beiden Teilkörper gegeneinander versetzt. Die benachbarten Wandungen der beiden Teilkörper bilden in deren Längserstreckung tangentiale Schlitze 119 für die Verbrennungsluft, die auf diese Weise in das Brennerinnere gelangt. Dort ist eine erste Brennstoffdüse 116 für flüssigen Brennstoff angeordnet. Der Brennstoff wird in einem spitzen Winkel in die Hohlkegel eingedüst. Das entstehende kegelige Brennstoffprofil wird von der tangential einströmenden Verbrennungsluft umschlossen. In axialer Richtung wird die Konzentration des Brennstoffes fortlaufend infolge der Vermischung mit der Verbrennungsluft abgebaut. Im Beispielsfall kann der Brenner ebenfalls mit gasförmigem Brennstoff betrieben werden. Hierzu sind im Bereich der tangentialen Schlitze 119 in den Wandungen der beiden Teilkörper in Längsrichtung verteilte Gaseinströmöffnungen 117 vorgesehen. Im Gasbetrieb beginnt die Gemischbildung mit der Verbrennungsluft somit bereits in der Zone der Eintrittsschlitze 119. Es versteht sich, dass auf diese Weise auch ein Mischbetrieb mit beiden Brennstoffarten möglich ist.
Am Brenneraustritt 118 des Brennes 110 stellt sich eine möglichst homogene Brennstoffkonzentration über dem beaufschlagten kreisringförmigen Querschnitt ein. Es entsteht am Brenneraustritt eine definierte kalottenförmige Rezirkulationszone 122, an deren Spitze die Zündung erfolgt. Die Flamme selbst wird durch die Rezirkulationszone vor dem Brenner stabilisiert, ohne einen mechanischen Flammenhalter zu benötigen.
Im Beispielsfall wird der Vormischbrenner mit ca. 56% der insgesamt zur Verfügung stehenden Verbrennungluft betrieben und zwar nahe an der unteren Löschgrenze; d.h. die entsprechende Brennstoffmenge wird so eingestellt, dass im Brennraum 61 eine Temperatur von 1640K (ca. 1370°C) und ein NOX-Gehalt von 9 ppm vorherrschen.
Gemäss Fig. 1 bildet der Übergang vom Vorbrennraum 61 in den Nachbrennraum 62 eine Verengung, welche eine Beschleunigungszone 70 für das Arbeitsmittel darstellt. Hierdurch soll ein geeignetes Temperatur/Geschwindigkeitsfeld für eine stabile Selbstzündung stromabwärts von Brennstofflanzen geschaffen werden.
Am Eintritt in den Nachbrennraum 62 sind derartige Brennstofflanzen 121 angeordnet. Im Falle einer Ringbrennkammer sind mehrere solcher Lanzen über dem Umfang verteilt. Aus ihnen wird der Zusatzbrennstoff - gleichmässig über den Strömungsquerschnitt verteilt - in die Hauptströmung eingedüst.
Stromaufwärts dieser Brennstoffeindüsung werden die restlichen 44% Luft dem Verbrennungsprozess auf geeignete Art beigemischt. Hierbei handelt es sich um jene Luft, die zunächst zur Kühlung der Brennkammerwandungen herangezogen wird. Diese Brennkammerwandungen sind sowohl im Bereich des Vorbrennraumes 61 als auch im Bereich des Nachbrennraumes 62 doppelwandig ausgeführt. Die innere Wand 63a ist in der Ebene der vorgesehenen Luftzufuhr mit Einlassöffnungen 64 vesehen. Die Luftmenge, die der Hauptströmung beigemischt wird, setzt sich aus zwei Teilströmen zusammen. Zum einen die Kühlluft b der Vorbrennkammer, die ca. 16% der Gesamtmenge ausmacht und zum andern die Kühlluft c der Nachbrennkammer, die ca. 28% der Gesamtmenge ausmacht.
Es versteht sich, dass dieser Vorgang mit Druckverlusten verbunden ist. So beträgt beispielsweise der Druckverlust der Luft über die Wandkühlung ca. 4%, jener über die Mischung von Verbrennungsgasen und Kühlluft ca. 2%.
Die Mischtemperatur nach dem Zumischen der Kühlluft zu den Verbrennungsgasen des Vorbrennraumes beträgt ca. 980°C, so dass das am Eintritt in den Nachbrennraum 62 vorliegende Brennstoff/Luft-Gemisch selbstzündend ist. Die Menge an Zusatzbrennstoff wird dabei so gewählt, dass im Nachbrennraum 62 die gewünschte Endtemperatur von 1700K (ca. 1430°C) herrscht. Der anlässlich der Vorverbrennung entstandene NOX-Gehalt von 9 ppm ist durch die Verdünnung auf weniger als 6 ppm reduziert.
Es versteht sich, dass der Nachbrennraum 62 in seiner axialen Erstreckung so dimensioniert ist, dass darin ein vollständiger Ausbrand stattfindet.
Fig. 2 zeigt schematisch eine fünfstufige Brennkammer, die folgendermassen betrieben werden kann:
Über die Brenstofflanze 120 wird Brennstoff dem Vormischbrenner 110 zugeleitet und mit ca. 10% der Verbrennungsluft a verbrannt. Die über die Lanze 120 zugeführte Brennstoffmenge wird dabei so eingestellt, dass im Brennraum A eine Temperatur von 1640K (ca. 1370°C) und ein NOX-Gehalt von 9 ppm vorherrscht. Das Gemisch wird beschleunigt; in der Ebene b werden weitere 8% Luft, in diesem Fall Wand-Kühlluft, und über die Brennstofflanzen 121 eine entsprechende Menge Brennstoff eingeführt, so dass im Brennraum B eine Temperatur von 1500K (ca. 1230°C) herrscht. In der Ebene c werden weitere 14% Luft und über die Brennstofflanzen 130 eine entsprechende Menge Brennstoff eingeführt, so dass im Brennraum C ebenfalls eine Temperatur von 1500K (ca. 1230°C) herrscht. In der Ebene d werden weitere 26% Luft und über die Brennstofflanzen 131 eine entsprechende Menge Brennstoff eingeführt, so dass auch im Brennraum D eine Temperatur von 1500K (ca. 1230°C) herrscht. In der Ebene e werden die restlichen 42% Luft und über die Brennstofflanzen 132 die restliche Menge Brennstoff eingeführt, so dass im Brennraum E die gewünschte Endtemperatur von 1700K (ca. 1430°C) herrscht. Durch die sukksessive Reduzierung des anlässlich der Vorverbrennung entstandenen NOX ist es durchaus möglich, dass im Brennraum E nur noch ein NOX-Gehalt von 3 ppm vorliegt.
Im Ergebnis ist festzustellen, dass die optimale Anzahl Verbrennungsstufen hinsichtlich des zu errreichnenden NOX-Wertes in Funktion des in Kauf zu nehmenden Druckverlustes sowie der Brennkammerlänge zu wählen ist.

Claims (3)

  1. Verfahren zum Betrieb einer mehrstufigen Brennkammer, mit mindestens einem Primärbrenner (110) der Vormischbauart, bei dem innerhalb eines Vormischraumes der über Düsen eingespritzte Brennstoff vorgängig der Zündung mit Primärbrennluft intensiv vermischt wird, und mit mindestens einem Nachbrennraum (62, B, C, D, E), der stromabwärts des Vorbrennraumes (61, A) angeordnet ist, und in den Sekundärbrennluft eingeleitet wird dadurch gekennzeichnet,
    dass der Primärbrenner (110) ein flammenstabilisierender Vormischbrenner ist, welcher an der unteren Stabilitätsgrenze betrieben wird,
    dass zwischen Vorbrennraum (61, A) und Nachbrennraum (62, B, C, D, E) das Rauchgas beschleunigt wird,
    und dass in die den Vorbrennraum verlassende Rauchgasströmung zwecks Bildung eines selbstzündenden Gemisches Kühlluft aus der doppelwandigen Brennkammerbegrenzung und Zusatzbrennstoff eingeführt wird.
  2. Brennkammer zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei
    am Kopfende der Brennkammer ein Vormischbrenner (110) angeordnet ist, mit anschliessendem Vorbrennraum (61, A),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine dem Vorbrennraum folgende Beschleunigungsstrecke (70) für das Rauchgas vorgesehen ist, welche in einen Nachbrennraum (62, B, C, D, E) mündet,
    dass im Bereich der Beschleunigungsstrecke (70) Einströmöffnungen (64) in der doppelwandigen Brennkammerbegrenzung angeordnet sind
    und dass am Eintritt des mindestens einen Nachbrennraumes (62, B, C, D, E) Einspritzmittel für Zusatzbrennstoff angeordnet sind.
  3. Brennkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Vormischbrenner ein Doppelkegelbrenner (110) ohne mechanischen Flammenhalter ist.
EP95810698A 1994-11-19 1995-11-08 Brennkammer mit Mehrstufenverbrennung Expired - Lifetime EP0713058B1 (de)

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EP (1) EP0713058B1 (de)
JP (1) JPH08219445A (de)
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DE (2) DE4441235A1 (de)

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