EP1319895A2 - Lean-burn premix burner for gas turbine and its method of operation - Google Patents
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- EP1319895A2 EP1319895A2 EP02023428A EP02023428A EP1319895A2 EP 1319895 A2 EP1319895 A2 EP 1319895A2 EP 02023428 A EP02023428 A EP 02023428A EP 02023428 A EP02023428 A EP 02023428A EP 1319895 A2 EP1319895 A2 EP 1319895A2
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- F23C2201/20—Burner staging
Definitions
- the invention relates to a lean premix burner for a gas turbine with the features of the generic term of Main claim and a method for operating a lean premix burner.
- the invention relates to a lean premix burner with at least one with primary fuel nozzles provided fuel supply ring.
- Such a lean premix burner can either be used as an LPP module or be designed as a swirl cup.
- Lean premix burners are from the prior art in a wide variety Design forms known.
- Lean premix burners were developed, among other things, for the Avoid formation of nitrogen oxides. For this, the air-fuel ratio procedurally high, so that a very lean mixture is created. This creates in the main combustion zone relatively low combustion temperatures.
- a disadvantage can be that by the relative low combustion temperatures the combustion itself is not as complete as it is at higher temperatures would. Thus unburned hydrocarbon and Carbon monoxide emissions.
- pilot burners must be available for safe, airworthy operation. These pilot burners ensure a high local combustion temperature. This in turn leads to high flame stability.
- a disadvantage of the operation of the pilot burner is that relatively high NO x emissions arise.
- the object of the invention is a lean premix burner and a method for operating a lean premix burner to create which under simple construction Avoiding the state of the art at low thermal Lead stress and even in very lean conditions burn safely.
- the task with regard to the lean premix burner through the combination of features of the main claim solved with regard to the method, the solution is done the task through the combination of features of the subordinate Claim.
- Show the respective subclaims further advantageous embodiments of the invention.
- the lean premix burner according to the invention stands out through a number of significant advantages.
- the additional fuel secondary nozzles make it possible to enrich the fuel-air mixture locally. It is therefore not necessary, additional pilot burners or the like provided. Rather, areas arise according to the invention on the fuel injector ring, where a richer There is a fuel-air mixture. This leads to one Combustion at higher temperatures and thus a more stable one Flame guide. This results in a more stable one Operation of the lean premix burner, the risk of extinguishing is avoided in a reliable manner.
- the fuel primary nozzles evenly around the circumference of the fuel supply ring are distributed while the Fuel secondary nozzles distributed unevenly around the circumference are. It is particularly advantageous if the fuel secondary nozzles only in some sectors of the fuel injector ring are arranged. This ensures that individual areas of the fuel injector ring with a richer one Mixture can be supplied.
- the fuel supply is switched in such a way that that selectively with low or low load near at least two fuel primary nozzles additional, adjacent Secondary fuel nozzles for enriching the fuel-air mixture be put into operation.
- Fuel injector ring designed additional fuel mini-nozzles are. These mini fuel nozzles can be in groups be arranged (cluster).
- Stability flame safety
- Another significant advantage of the invention is in that a continuous transition from full load operation to a low or low load operation can.
- Fuel shift between pilot burners and Lean premix burners and the systems required for this can be dispensed with entirely according to the invention. From this again there is a better thrust course when switching the gas turbine to different load ranges.
- Fig. 1 shows a schematic side view of an inventive Lean premixing module in a gas turbine combustion chamber.
- Reference number 1 denotes a flame tube, which is preceded by a lean premix burner. This comprises an outer housing 2 and an inner housing 3. There is a fuel injector ring on the inner housing 4 trained.
- Reference number 5 describes an inner body of the lean premix burner, with the reference number 6 fuel nozzles are shown in general.
- Lean premix burners of this type are in their basic construction known from the prior art, so that further Executions can be dispensed with at this point.
- Fig. 2 shows a sectional view along the line A-B of Fig. 1.
- Fig. 2 explains that some of the Fuel nozzles 6, namely the fuel nozzles 6a in operation are out of operation while the illustrated fuel nozzles 6b are.
- Fig. 3 is a section through an embodiment is enlarged again of the fuel supply ring according to the invention 4 shown.
- This includes two fuel supply channels 7, each of which has several fuel primary nozzles on the circumference 8 and fuel secondary nozzles 9 assigned are.
- 3 shows that that the fuel primary nozzles 8 and the fuel primary nozzles 9 each with their own fuel supply channels 7 are provided so that a different Fuel supply can take place.
- FIG. 4 and 5 each show an end view (greatly simplified) the arrangement of the fuel nozzles on the circumference of the fuel supply ring 4.
- FIG. 5 shows overall four fuel nozzle sectors, in which different, Unevenly distributed orders of Fuel secondary nozzles 9 are shown. Since the Primary fuel nozzles 8 and primary fuel nozzles 9 in are different levels (see Fig. 3) 5 shows the arrangement of the fuel secondary nozzles 9th
- 6 and 7 show a simplified, schematic representation the arrangement of circumferentially graded lean premix burners.
- 6 shows a symmetrical peripheral circuit, at which lean premixing modules 14 are in operation are, with lean premixing modules 15, which are out of operation are, take turns.
- FIG. 7 chosen with an asymmetrical circumferential gradation (grouping circumferential circuit) is selected. They are each several lean premixing modules 14 in operation side by side, while adjacent several lean premixing modules 15 out of operation are taken.
- FIG. 8 shows a sectional view, similar to FIG. 2, in which additionally grouped fuel mini-nozzles 13 Arrangement (cluster) on the fuel supply ring 4 are provided. These fuel mini nozzles 13 have a higher injection speed of the Fuel and thereby lead to a locally richer Fuel-air mixture. Adjacent to the fuel mini nozzles 13, primary fuel nozzles 8 are shown schematically.
- a switching point is provided at the operating point I.
- the burner modules or lean premix burners are switched off in such a way that the lean premix burners that remain in operation or modules a thermal load of approximately 100% reach at switching point I.
- the switching takes place via valves, using switches or controllable valves can.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Magervormischbrenner für eine Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs sowie auf ein Verfahren zum Betrieb eines Magervormischbrenners.The invention relates to a lean premix burner for a gas turbine with the features of the generic term of Main claim and a method for operating a lean premix burner.
Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Magervormischbrenner mit zumindest einem mit Brennstoff-Primärdüsen versehenen Brennstoff-Versorgungsring.In particular, the invention relates to a lean premix burner with at least one with primary fuel nozzles provided fuel supply ring.
Ein derartiger Magervormischbrenner kann entweder als LPP-Modul oder als Swirlcup ausgebildet sein.Such a lean premix burner can either be used as an LPP module or be designed as a swirl cup.
Magervormischbrenner sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichsten Ausgestaltunsformen bekannt.Lean premix burners are from the prior art in a wide variety Design forms known.
Magervormischbrenner wurden unter anderem entwickelt, um die Bildung von Stickoxiden zu vermeiden. Hierfür wird das Luft-Brennstoff-Verhältnis verfahrensbedingt hoch eingestellt, sodass ein sehr mageres Gemisch entsteht. Dieses erzeugt in der Hauptabbrandzone relativ niedrige Verbrennungstemperaturen.Lean premix burners were developed, among other things, for the Avoid formation of nitrogen oxides. For this, the air-fuel ratio procedurally high, so that a very lean mixture is created. This creates in the main combustion zone relatively low combustion temperatures.
Als nachteilig kann sich erweisen, dass durch die relativ niedrigen Verbrennungstemperaturen die Verbrennung selbst nicht so vollständig ist, wie sie bei höheren Temperaturen wäre. Somit entstehen unverbrannte Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Emissionen.A disadvantage can be that by the relative low combustion temperatures the combustion itself is not as complete as it is at higher temperatures would. Thus unburned hydrocarbon and Carbon monoxide emissions.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch das sehr magere Gemisch eine Verbrennungsführung erzielt wird, welche unter normalen Umständen nicht sehr viel weiter zu vermagern ist, ohne Instabilitäten zu erzeugen. Eine weitere Vermagerung führt schließlich zum Verlöschen der Flamme. Hieraus ergibt sich, dass zum sicheren, luftfahrttüchtigen Betrieb zusätzliche sogenannte Pilotbrenner vorhanden sein müssen. Diese Pilotbrenner gewährleisten eine hohe lokale Verbrennungstemperatur. Dies wiederum führt zu einer hohen Flammenstabilität. Nachteilig beim Betrieb der Pilotbrenner erweist es sich, dass relativ hohe NOx-Emissionen entstehen.Another disadvantage is that the very lean mixture leads to combustion control which, under normal circumstances, cannot be leaned much further without producing instabilities. A further thinning leads to the extinguishing of the flame. This means that additional so-called pilot burners must be available for safe, airworthy operation. These pilot burners ensure a high local combustion temperature. This in turn leads to high flame stability. A disadvantage of the operation of the pilot burner is that relatively high NO x emissions arise.
Der Stand der Technik zeigt die Verwendung dieser Pilotbrenner in axial gestuften Brennkammern, welche zusammen mit Magervormischbrennern eingesetzt werden. Derartige Brennkammern sind relativ groß, sie weisen eine komplexe Geometrie auf und haben eine große zu kühlende Oberfläche.The prior art shows the use of these pilot burners in axially stepped combustion chambers, which together with lean premix burners be used. Such combustion chambers are relatively large, they have a complex geometry and have a large surface to be cooled.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Magervormischbrenner sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Magervormischbrenners zu schaffen, welche bei einfachem Aufbau unter Vermeidung des Standes der Technik zu einer niedrigen thermischen Belastung führen und auch bei sehr mageren Bedingungen sicher brennen.The object of the invention is a lean premix burner and a method for operating a lean premix burner to create which under simple construction Avoiding the state of the art at low thermal Lead stress and even in very lean conditions burn safely.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe hinsichtlich des Magervormischbrenners durch die Merkmalskombination des Hauptanspruchs gelöst, hinsichtlich des Verfahrens erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die Merkmalskombination des nebengeordneten Anspruchs. Die jeweiligen Unteransprüche zeigen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.According to the invention, the task with regard to the lean premix burner through the combination of features of the main claim solved, with regard to the method, the solution is done the task through the combination of features of the subordinate Claim. Show the respective subclaims further advantageous embodiments of the invention.
Hinsichtlich des Magervormischbrenners ist somit vorgesehen, dass an dem primären Brennstoff-Eindüsering zusätzliche Brennstoff-Sekundärdüsen vorgesehen sind.With regard to the lean premix burner, that additional to the primary fuel injector ring Fuel secondary nozzles are provided.
Der erfindungsgemäße Magervormischbrenner zeichnet sich durch eine Reihe erheblicher Vorteile aus. The lean premix burner according to the invention stands out through a number of significant advantages.
Durch die zusätzlichen Brennstoff-Sekundärdüsen ist es möglich, lokal das Brennstoff-Luft-Gemisch anzureichern. Es ist somit nicht erforderlich, zusätzliche Pilotbrenner oder Ähnliches vorzusehen. Vielmehr ergeben sich erfindungsgemäß Bereiche an dem Brennstoff-Eindüsering, an denen ein reicheres Brennstoff-Luftgemisch vorliegt. Dieses führt zu einer Verbrennung bei höheren Temperaturen und damit zu einer stabileren Flammenführung. Hierdurch ergibt sich ein stabilerer Betrieb des Magervormischbrenners, die Gefahr eines Verlöschens wird dabei in zuverlässiger Weise vermieden. In besonders günstiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennstoff-Primärdüsen gleichmäßig am Umfang des Brennstoff-Versorgungsrings verteilt sind, während die Brennstoff-Sekundärdüsen ungleichmäßig am Umfang verteilt sind. Dabei ist es besonders günstig, wenn die Brennstoff-Sekundärdüsen nur in einigen Sektoren des Brennstoff-Eindüserings angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass einzelne Bereiche des Brennstoff-Eindüserings mit einem reicheren Gemisch versorgt werden können.The additional fuel secondary nozzles make it possible to enrich the fuel-air mixture locally. It is therefore not necessary, additional pilot burners or the like provided. Rather, areas arise according to the invention on the fuel injector ring, where a richer There is a fuel-air mixture. This leads to one Combustion at higher temperatures and thus a more stable one Flame guide. This results in a more stable one Operation of the lean premix burner, the risk of extinguishing is avoided in a reliable manner. Especially Favorable embodiment of the invention is provided that the fuel primary nozzles evenly around the circumference of the fuel supply ring are distributed while the Fuel secondary nozzles distributed unevenly around the circumference are. It is particularly advantageous if the fuel secondary nozzles only in some sectors of the fuel injector ring are arranged. This ensures that individual areas of the fuel injector ring with a richer one Mixture can be supplied.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine interne Stufung der Brennstoffzufuhr über den Brennstoff-Versorgungsring. Die Brennstoffzufuhr wird erfindungsgemäß derart geschaltet, dass punktuell bei Minder- bzw. Niedriglast in der Nähe von mindestens zwei Brennstoff-Primärdüsen zusätzliche, benachbarte Brennstoff-Sekundärdüsen zur Anreicherung des Brennstoff-Luft-Gemisches in Betrieb genommen werden.According to the invention, this results in an internal grading of Fuel supply via the fuel supply ring. The According to the invention, the fuel supply is switched in such a way that that selectively with low or low load near at least two fuel primary nozzles additional, adjacent Secondary fuel nozzles for enriching the fuel-air mixture be put into operation.
Um in dem jeweiligen Lastbereich der Gasturbine die Gesamt-Brennstoffmenge konstant zu halten, werden erfindungsgemäß andere, nicht benötigte Brennstoff-Primärdüsen abgeschaltet. To the total amount of fuel in the respective load range of the gas turbine keeping constant are inventively other, unneeded primary fuel nozzles switched off.
Sofern von dem Minder- bzw. Niedriglastbetrieb wieder auf einen Vollastbetrieb übergegangen wird, werden zur Erzielung eines kontinuierlichen Anstiegs des Brennstoff-Massenstroms die Brennstoff-Primärdüsen jeweils wieder zugeschaltet. Die dann nicht mehr benötigten Brennstoff-Sekundärdüsen werden entsprechend ausgeblasen.If from the low or low load operation again full load operation is achieved a continuous increase in the fuel mass flow the fuel primary nozzles are switched on again. The then secondary fuel nozzles that are no longer required blown out accordingly.
Um einen sicheren Betrieb auch in einem niedrigen Lastbereich zu gewährleisten, kann es günstig sein, wenn an dem Brennstoff-Eindüsering zusätzliche Brennstoff-Minidüsen ausgebildet sind. Diese Brennstoff-Minidüsen können in Gruppen angeordnet sein (Cluster).To ensure safe operation even in a low load range To ensure it can be convenient if on the Fuel injector ring designed additional fuel mini-nozzles are. These mini fuel nozzles can be in groups be arranged (cluster).
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit vorgesehen, dass lokal an dem Brennstoff-Versorgungsring ein reicheres Luft-Brennstoff-Gemisch eingestellt wird, während an anderen Stellen des Brennstoff-Versorgungsrings kein Brennstoff eingespritzt wird. Wie erwähnt, bleibt dabei die Gesamt-Brennstoffmenge, die dem Magervormischbrenner zugeführt wird, im Wesentlichen gleich.With regard to the method according to the invention, it is therefore provided that that locally on the fuel supply ring richer air-fuel mixture is set while at other points on the fuel supply ring none Fuel is injected. As mentioned, that remains Total amount of fuel supplied to the lean premix burner becomes, essentially the same.
Erfindungsgemäß ergibt sich somit eine hohe Flammensicherheit (Stabilität) des Magervormischbrenners, sodass auf zusätzliche Pilotbrenner gänzlich verzichtet werden kann. Hierdurch wird das Brennkammervolumen kleiner. Auch die Oberfläche der Brennkammer verringert sich, wodurch wiederum der Kühlluftbedarf sinkt. Hierdurch ergibt sich eine Steigerung des Wirkungsgrades der Gasturbine.According to the invention, this results in a high level of flame safety (Stability) of the lean premix burner, so that additional Pilot burners can be dispensed with entirely. This makes the combustion chamber volume smaller. The surface too the combustion chamber decreases, which in turn the cooling air requirement drops. This results in an increase the efficiency of the gas turbine.
Ein weiterer, wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein kontinuierlicher Übergang von einem Vollastbetrieb auf einen Minder- oder Niedriglastbetrieb erfolgen kann. Auf die aus dem Stand der Technik bekannte diskontinuierliche Brennstoffverschiebung zwischen Pilotbrennern und Magervormischbrennern und die hierfür benötigten Systeme kann erfindungsgemäß gänzlich verzichtet werden. Hieraus wiederum ergibt sich ein besserer Schubverlauf beim Umschalten der Gasturbine auf unterschiedliche Lastbereiche.Another significant advantage of the invention is in that a continuous transition from full load operation to a low or low load operation can. On the discontinuous known from the prior art Fuel shift between pilot burners and Lean premix burners and the systems required for this can be dispensed with entirely according to the invention. From this again there is a better thrust course when switching the gas turbine to different load ranges.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
- Fig. 1
- eine vereinfachte Darstellung eines Magervormischbrenners in einer Gasturbinenbrennkammer,
- Fig. 2
- eine Prinzipansicht entlang der Linie A-B von Fig. 1, die die Anordnung von Primärdüsen am Umfang zeigt,
- Fig. 3
- eine vergrößerte Teil-Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Brennstoff-Eindüserings,
- Fig. 4
- eine stark vereinfachte schematische stirnseitige Ansicht eines Brennstoff-Versorgungsrings mit gleichmäßiger Verteilung der BrennstoffPrimärdüsen,
- Fig. 5
- eine Ansicht analog Fig. 4, eines Teillast- oder Niedriglastbetriebs,
- Fig. 6
- eine Darstellung, ähnlich den Fig. 4 und 5, mit Darstellung unterschiedlich geschalteten Magervormischbrennern,
- Fig. 7
- eine abgewandelte Darstellung der Fig. 6,
- Fig. 8
- eine Schnittansicht, ähnlich Fig. 2, zur Darstellung von Brennstoff-Minidüsen, und
- Fig. 9
- ein Betriebsdiagramm unterschiedlicher Laststufen.
- Fig. 1
- a simplified representation of a lean premix burner in a gas turbine combustion chamber,
- Fig. 2
- 2 shows a schematic view along line AB of FIG. 1, which shows the arrangement of primary nozzles on the circumference,
- Fig. 3
- 2 shows an enlarged partial sectional view of a fuel injector ring according to the invention,
- Fig. 4
- a greatly simplified schematic front view of a fuel supply ring with uniform distribution of the primary fuel nozzles,
- Fig. 5
- 4, a part-load or low-load operation,
- Fig. 6
- 4 shows a representation, similar to FIGS. 4 and 5, showing differently switched lean premix burners,
- Fig. 7
- 6 shows a modified illustration of FIG. 6,
- Fig. 8
- a sectional view, similar to FIG. 2, showing fuel mini-nozzles, and
- Fig. 9
- an operating diagram of different load levels.
In den Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile jeweils mit gleichen Bezugsziffern versehen.In the exemplary embodiments, the same parts are included provided with the same reference numbers.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Seitenansicht ein erfindungsgemäßes
Magervormischmodul in einer Gasturbinenbrennkammer.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein Flammrohr bezeichnet,
welchem ein Magervormischbrenner vorgeschaltet ist.
Dieser umfasst ein äußeres Gehäuse 2 sowie ein inneres Gehäuse
3. An dem inneren Gehäuse ist ein Brennstoff-Eindüsering
4 ausgebildet. Das Bezugszeichen 5 beschreibt
einen inneren Körper des Magervormischbrenners, mit dem Bezugszeichen
6 sind ganz allgemein Brennstoffdüsen dargestellt.Fig. 1 shows a schematic side view of an inventive
Lean premixing module in a gas turbine combustion chamber.
Reference number 1 denotes a flame tube,
which is preceded by a lean premix burner.
This comprises an outer housing 2 and an
Derartige Magervormischbrenner sind in ihrer Grundkonstruktion aus dem Stand der Technik bekannt, sodass auf weitere Ausführungen an dieser Stelle verzichtet werden kann.Lean premix burners of this type are in their basic construction known from the prior art, so that further Executions can be dispensed with at this point.
Die Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie A-B von
Fig. 1. Hierbei sind schematisch an dem Brennstoff-Versorgungsring
4 mehrere Brennstoffdüsen 6 dargestellt. Auf
die Brennstoffversorgung selbst und ähnliche Details wurde
hierbei verzichtet. Die Fig. 2 erläutert, dass einzelne der
Brennstoffdüsen 6, nämlich die Brennstoffdüsen 6a in Betrieb
sind, während die dargestellten Brennstoffdüsen 6b außer Betrieb
sind.Fig. 2 shows a sectional view along the line A-B of
Fig. 1. Here are schematically on the fuel supply ring
4 several fuel nozzles 6 are shown. On
the fuel supply itself and similar details have been
waived here. Fig. 2 explains that some of the
Fuel nozzles 6, namely the
In Fig. 3 ist nochmals vergrößert ein Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Brennstoff-Versorgungsrings
4 gezeigt. Dieser umfasst zwei Brennstoff-Zuführungskanäle
7, denen jeweils am Umfang mehrere Brennstoff-Primärdüsen
8 sowie Brennstoff-Sekundärdüsen 9 zugeordnet
sind. Aus der Darstellung der Fig. 3 ergibt sich,
dass die Brennstoff-Primärdüsen 8 und die Brennstoff-Primärdüsen
9 jeweils mit eigenen Brennstoff-Zuführungskanälen
7 versehen sind, sodass eine unterschiedliche
Versorgung mit Brennstoff stattfinden kann.In Fig. 3 is a section through an embodiment is enlarged again
of the fuel supply ring according to the invention
4 shown. This includes two fuel supply channels
7, each of which has several fuel primary nozzles on the
Die Fig. 4 und 5 zeigen jeweils in stirnseitiger Ansicht
(stark vereinfacht) die Anordnung der Brennstoffdüsen am Umfang
des Brennstoff-Versorgungsrings 4. Bei der Darstellung
der Fig. 4 sind die einzelnen Brennstoff-Primärdüsen 8
gleichmäßig am Umfang verteilt und befinden sich dementsprechend
in Betrieb. Demgegenüber zeigt die Fig. 5 insgesamt
vier Brennstoff-Düsensektoren, in denen unterschiedliche,
ungleichmäßig über den Umfang verteilte Anordnungen von
Brennstoff-Sekundärdüsen 9 dargestellt sind. Da sich die
Brennstoff-Primärdüsen 8 und die Brennstoff-Primärdüsen 9 in
unterschiedlichen Ebenen befinden (siehe Fig. 3), ergibt
sich die in Fig. 5 gezeigte Anordnung der Brennstoff-Sekundärdüsen
9.4 and 5 each show an end view
(greatly simplified) the arrangement of the fuel nozzles on the circumference
of the fuel supply ring 4. At the illustration
4 are the individual fuel
Die Fig. 6 und 7 zeigen in vereinfachter, schematischer Darstellung
die Anordnung von umfangsgestuften Magervormischbrennern.
Die Fig. 6 zeigt dabei eine symmetrische Umfangsschaltung,
bei der sich Magervormischmodule 14, die in Betrieb
sind, mit Magervormischmodulen 15, die außer Betrieb
sind, abwechseln. Demgegenüber ist in Fig. 7 eine Darstellung
gewählt, bei der eine asymmetrische Umfangsstufung
(gruppierende Umfangsschaltung) gewählt ist. Es sind jeweils
mehrere Magervormischmodule 14 nebeneinander in Betrieb,
während angrenzend mehrere Magervormischmodule 15 außer Betrieb
genommen sind. 6 and 7 show a simplified, schematic representation
the arrangement of circumferentially graded lean premix burners.
6 shows a symmetrical peripheral circuit,
at which
Die Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht, ähnlich Fig. 2, in
welcher zusätzlich Brennstoff-Minidüsen 13 in einer gruppierten
Anordnung (Cluster) an dem Brennstoff-Versorgungsring
4 vorgesehen sind. Diese Brennstoff-Minidüsen
13 weisen eine höhere Einspritzgeschwindigkeit des
Brennstoffs auf und führen dabei zu einem lokal reicheren
Brennstoff-Luft-Gemisch. Angrenzend an die Brennstoff-Minidüsen
13 sind schematisch Brennstoff-Primärdüsen 8 gezeigt.FIG. 8 shows a sectional view, similar to FIG. 2, in
which additionally grouped
In Fig. 9 ist ein Diagramm dargestellt, in welchem der Brennstoff-Massenstrom gegen die thermische Last des Triebwerks / der Gasturbine dargestellt ist. Die sich ergebende Gerade führt vom Nullpunkt durch einen Vollastpunkt. Um einen Betrieb der Magervormischbrenner oder Magervormischmodule in einer annularen Brennkammer flammensicher zu gewährleisten, werden die Brenner auf die nachfolgend dargestellten drei unterschiedlichen Betriebsstufen geschaltet.9 shows a diagram in which the Mass fuel flow against the thermal load of the engine / the gas turbine is shown. The resulting Straight leads from the zero point through a full load point. To one Operation of the lean premix burner or lean premix module to ensure flame-proof in an annular combustion chamber, the burners are shown on the below three different operating levels.
Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich auf eine Reduzierung der Triebwerksleistung, analoges gilt jedoch auch für eine entsprechende Laststeigerung.The following description refers to a reduction the engine power, but the same applies to a corresponding increase in load.
An dem Betriebspunkt I ist ein Schaltpunkt vorgesehen. Dort erfolgt eine Umfangsstufung von ganzen Brennermodulen in bekannter symmetrischer oder asymmetrischer Weise. Die Brennermodule oder Magervormischbrenner werden dabei derart ausgeschaltet, dass die in Betrieb bleibenden Magervormischbrenner oder Module eine thermische Last von ungefähr 100 % am Schaltpunkt I erreichen. Die Schaltung erfolgt über Ventile, wobei Schalter oder regelbare Ventile eingesetzt werden können. A switching point is provided at the operating point I. There there is a gradation of entire burner modules in known symmetrical or asymmetrical way. The burner modules or lean premix burners are switched off in such a way that the lean premix burners that remain in operation or modules a thermal load of approximately 100% reach at switching point I. The switching takes place via valves, using switches or controllable valves can.
Bei einem mittleren Schaltpunkt II, der bei ungefähr der Hälfte der thermischen Last des ersten Punktes I liegen kann, werden Gruppen von Einspritzdüsen der bisher in Betrieb verbliebenen Magervormischbrenner oder Magermodule abgeschaltet. Man erreicht hierdurch einen Weiterbetrieb der vorhandenen Brennstoff-Einspritzdüsen bei 100 % (am Schaltpunkt) des individuellen Brennstoff-Massendurchsatzes. Besonders vorteilhaft kann in diesem Niedriglastbereich eine asymmetrische Anordnung der in Betrieb verbleibenden Brennstoffdüsen vorgesehen werden (asymmetrische Gruppenschaltung).At a medium switching point II, which is about the Half of the thermal load of the first point I lie groups of injectors can be used up to now remaining lean premix burner or lean modules switched off. In this way, continued operation of the existing fuel injectors at 100% (at the switching point) of the individual fuel mass throughput. Especially can be advantageous in this low load range asymmetrical arrangement of the remaining fuel nozzles be provided (asymmetrical group connection).
Bei dem dritten Schaltpunkt III liegt bei weiterer Lastreduzierung ein Umschalten von den Normaldüsen (Brennstoff-Primärdüsen und Brennstoff-Sekundärdüsen) auf Cluster von Minidüsen oder Sekundär-Eindüsering vor. Diese Minidüsen haben, wie beschrieben, einen deutlich geringeren Durchmesser als die Normaldüsen. Die Minidüsen / Sekundärdüsen führen auch bei Niedriglast zu einem akzeptablen Brennstoff-Zersteubungsverhalten bei vergleichweise besserem Tropfenverdampfungsverhalten und erzeugen dennoch lokal ein relativ fettes Luft-Brennstoff-Gemisch. Die verbesserte Brennstoff-Zersteubung und das bessere Tropfenverdampfungsverhalten sind auch deshalb vorteilhaft und wichtig, weil im Niedriglastbereich der Gasturbine die Liefertemperatur des Kompressors gering ist. Erfindungsgemäß wird somit ein flammensicheres Gemisch erzeugt.At the third switching point III there is a further load reduction switching from the normal nozzles (fuel primary nozzles and fuel secondary nozzles) on clusters of Mini nozzles or secondary nozzle ring. Have these mini nozzles as described, a significantly smaller diameter than the normal nozzles. Guide the mini nozzles / secondary nozzles An acceptable fuel atomization behavior even at low loads with comparatively better droplet evaporation behavior and still generate a relative locally rich air-fuel mixture. The improved fuel atomization and the better drop evaporation behavior are also advantageous and important because in the low load range the gas turbine the delivery temperature of the compressor is low. According to the invention, it is therefore flame-retardant Mixture generated.
Es ist somit festzustellen, dass erfindungsgemäß eine Gruppierung oder Zusammenschaltung von einzelnen Modulen von Magervormischbrennern in einer annularen Brennkammer erfolgt, um die im Betrieb befindlichen Magervormischbrenner bei Niedriglast in Gruppen zusammenzulegen. Durch das Abschalten anderer Magervormischbrenner oder Module ergibt sich bei den verbleibenden Modulen oder Magervormischbrenner bei gleich bleibender Brennstoffmenge der Brennkammer ein reicheres oder fetteres Gemisch. Bei einer nochmaligen Erniedrigung der Last ist es dann, oder in Verbindung mit der eben beschriebenen Maßnahme, möglich, zusätzliche Sekundärdüsen oder Minidüsen in Betrieb zu setzen, um innerhalb eines Magervormischbrenners einzelne Bereiche auszuwählen, in denen (über den Umfang gesehen) in einzelnen Sektoren ein reicheres oder fetteres Brennstoff-Luft-Gemisch vorliegt. Hierdurch wird die Flammensicherheit etc., wie oben beschrieben, des einzelnen Moduls oder Magervormischbrenners sichergestellt.It can thus be stated that according to the invention a grouping or interconnection of individual modules of lean premix burners takes place in an annular combustion chamber, around the lean premix burners in operation Combine low load in groups. By switching off other lean premix burners or modules result from the remaining modules or lean premix burners at the same amount of fuel remaining in the combustion chamber fatter mixture. If the It is then a burden, or in connection with the one just described Measure, possible, additional secondary nozzles or mini nozzles to start up within a lean premix burner select individual areas in which (via seen the extent) in individual sectors a richer or richer fuel-air mixture is present. This will the flame safety etc. of the individual as described above Module or lean premix burner ensured.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. The invention is not based on the exemplary embodiments shown limited, rather arise within the scope of the invention diverse options for modification and modification.
- 11
- Flammrohrflame tube
- 22
- äußeres Gehäuse des MagervormischbrennersLean premix burner outer housing
- 33
- inneres Gehäuse des Magervormischbrennersinner housing of the lean premix burner
- 44
- Brennstoff-Versorgungsring des MagervormischbrennersLean premix burner fuel supply ring
- 55
- innerer Körper des MagervormischbrennersLean premix burner inner body
- 66
- allgemeine Brennstoffdüsengeneral fuel nozzles
- 77
- allgemeiner Brennstoff-Zuführungskanalgeneral fuel supply channel
- 88th
- Brennstoff-PrimärdüseFuel primary nozzle
- 99
- Brennstoff-SekundärdüseFuel secondary nozzle
- 1212
- Brennstoff-DüsensektorFuel nozzle sector
- 1313
- Brennstoff-MinidüseFuel Minidüse
- 1414
- Magervormischmodul in BetriebLean premixing module in operation
- 1515
- Magervormischmodul außer BetriebLean premixing module out of operation
Claims (11)
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Brennstoff-Versorgungsring (4) zusätzliche Brennstoff-Sekundärdüsen (9) vorgesehen sind.Lean premix burner for a gas turbine, with at least one fuel injector ring (4) provided with fuel primary nozzles (8),
characterized in that
additional fuel secondary nozzles (9) are provided on the fuel supply ring (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoff-Primärdüsen (8) gleichmäßig am Umfang des Brennstoff-Versorgungsrings (4) verteilt sind, während die Brennstoff-Sekundärdüsen (9) ungleichmäßig am Umfang verteilt sind.Lean premix burner according to claim 1,
characterized in that
the primary fuel nozzles (8) are evenly distributed on the circumference of the fuel supply ring (4), while the secondary fuel nozzles (9) are distributed unevenly on the circumference.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoff-Sekundärdüsen (9) nur in einigen Sektoren des Brennstoff-Versorgungsrings (4) angeordnet sind.Lean premix burner according to claim 2,
characterized in that
the fuel secondary nozzles (9) are arranged only in some sectors of the fuel supply ring (4).
dadurch gekennzeichnet, dass
an dem Brennstoff-Versorgungsring (4) Brennstoff-Minidüsen (13) ausgebildet sind.Lean premix burner according to claim 1,
characterized in that
on the fuel supply ring (4) fuel mini-nozzles (13) are formed.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoff-Minidüsen (13) in Gruppen angeordnet sind.Lean premix burner according to claim 4,
characterized in that
the fuel mini-nozzles (13) are arranged in groups.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoff-Sekundärdüsen (9) und/oder die Brennstoff-Minidüsen (13) ein reicheres Luft-Brennstoff-Gemisch liefern.Lean premix burner according to one of claims 1 to 5,
characterized in that
the fuel secondary nozzles (9) and / or the fuel mini-nozzles (13) deliver a richer air-fuel mixture.
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Minder- bzw. Niedriglast der Gasturbine lokal am Brennstoff-Versorgungsring (4) ein reicheres Luft-Brennstoff-Gemisch eingestellt wird, während an anderen Stellen des Brennstoff-Versorgungsrings (4) kein Brennstoff über die Primärdüsen (8) eingespritzt wird, wobei die Gesamtbrennstoffmenge, die dem Magervormischbrenner zugeführt wird, im Wesentlichen gleich bleibt.Method for operating a lean premix burner for a gas turbine with at least one fuel supply ring (4) provided with fuel primary nozzles (8), on which additional fuel secondary nozzles (9) are provided,
characterized in that
at low or low load of the gas turbine, a richer air-fuel mixture is set locally on the fuel supply ring (4), while at other points in the fuel supply ring (4) no fuel is injected via the primary nozzles (8), the Total amount of fuel that is fed to the lean premix burner remains essentially the same.
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Minder- bzw. Niedriglast der Gasturbine benachbart zumindest zwei Brennstoff-Primärdüsen (8) Brennstoff-Sekundärdüsen (9) zur lokalen Anreicherung des Brennstoff-Luft-Gemisches zugeschaltet werden.Method according to claim 7,
characterized in that
at low or low load of the gas turbine adjacent to at least two fuel primary nozzles (8) fuel secondary nozzles (9) for local enrichment of the fuel-air mixture.
dadurch gekennzeichnet, dass
die Brennstoff-Primärdüsen (8), die nicht benachbart zu den Brennstoff-Sekundärdüsen (9) angeordnet sind, abgeschaltet werden.Method according to one of claims 7 or 8,
characterized in that
the primary fuel nozzles (8), which are not arranged adjacent to the secondary fuel nozzles (9), are switched off.
dadurch gekennzeichnet, dass
bei weiterem Abnehmen der Last der Gasturbine die lokale Versorgung mit reicherem Brennstoff-Luft-Gemisch durch zusätzliche Brennstoff-Minidüsen (13) erfolgt.Method according to one of claims 7 to 9,
characterized in that
if the load on the gas turbine is reduced further, the local supply of a richer fuel-air mixture is provided by additional fuel mini-nozzles (13).
dadurch gekennzeichnet, dass
die jeweils in Betrieb befindlichen Brennstoff-Primärdüsen (8), Brennstoff-Sekundärdüsen (9) und Brennstoff-Minidüsen (13) in lokalen Gruppen am Umfang des Brennstoff-Versorgungsrings (4) geschaltet werden.A method according to claim 10,
characterized in that
the fuel primary nozzles (8), fuel secondary nozzles (9) and fuel mini nozzles (13), which are in operation, are switched in local groups on the circumference of the fuel supply ring (4).
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