KR101525463B1 - 가스 터빈용 예비혼합 버너 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 일방이 타방 내부에 포개어지도록 배치되어 그들 사이에 공기 유입 덕트(18, 19)를 형성하는 2 개의 부분 원추형 셸(11, 12)을 포함하는, 이중 원추형 버너 형태의 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)로서, 공기 유입 덕트를 통해, 연소 공기(20)가 외측으로부터 예비혼합 버너(10)의 원추형 내부 공간(30) 내로 흐르고, 연소 공기(20)의 유동 방향에 가로방향으로 연장되는 주입 개구(21)의 구멍의 선형의 열(linear row)(R2, R3, R4)이 공기 유입 덕트(18, 19)의 외벽에 배치되고, 주입 개구를 통해, 덕트에 가로방향으로 흐르는 연소 공기(20) 내로 기체 연료(22)가 주입되는, 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)에 관한 것이다.
주입 개구(21)가 각 경우에 0.011 내지 0.015 의, 예비혼합 버너의 주입 개구(21)의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비를 갖는 것에 의해, 연료와 연소 가스의 완전혼합의 향상 및 오염원 방출의 감소가 달성된다.
또한, 본 발명은 그러한 예비혼합 버너의 재작동 방법에도 관련된다.

Description

가스 터빈용 예비혼합 버너{PREMIX BURNER FOR A GAS TURBINE}
본 발명은 가스 터빈 기술 분야에 관한 것이다. 이는 청구항 1 의 전제부에 따른 가스 터빈용 예비혼합 버너 및 그 예비혼합 버너들의 재작업(rework)하기 위한 방법을 가리킨다.
본 발명은 예컨대 공개공보 EP 0 851 172 A2 로부터 알려진 이른바 "이중 원추형(double-cone) 버너" 형태의 가스 터빈용 예비혼합 버너로부터 시작된다. 이 출원의 첫번째 도면을 본원의 도 1 로서 사용하였다.
도 1 에 따른 예비혼합 버너(10)는 2 개의 중공 부분 원추형 셸(11, 12)로 구성되며, 이들 중공 부분 원추형 셀은 축선(도 2 의 29)을 따라 연장되어 있으며 서로에 대해 오프셋 방식으로 일방이 타방 내부에 포개어져 있다. 부분 원추형 셸(11, 12)의 서로에 대한 각 중심 축선 또는 길이방향 대칭 축선의 오프셋으로 인해, 거울상 배치의 양측에서 각각 접선방향 공기 유입 덕트(18, 19)가 형성되고, 접선방향 공기 유입 덕트를 통해 연소 공기(20)가 버너의 원추형 내부 공간(30) 내로 유입한다. 2 개의 부분 원추형 셸(11, 12)은 각각 실린더(14, 15) 형태의 입구 구역을 갖는다. 실린더(14, 15)의 영역에는, 바람직하게는 액체 연료(23)를 분무(atomize) 하기 위한 노즐(24)이 수용되고, 액체 연료는 주입된 연소 공기(20)와 함께 연소된 후 화염면(flame front, 28)을 형성한다.
물론, 예비혼합 버너(10)는 완전한 원추형의 디자인일 수 있고, 즉 실린더(14, 15)가 없을 수 있다. 또한, 부분 원추형 셸(11, 12)은 접선방향 공기 유입 덕트(18, 19)를 따라 배치된 연료 라인(16, 17)을 각각 가지며, 연료 라인에는 선형의 열(linear row)을 이루는 개구의 형태로 주입 개구(21)가 형성되어 있고, 이 개구를 통해 기체 연료(22)가 화살표로 나타낸 것처럼 그곳을 지나서 흐르는 연소 공기(20) 내로 주입된다. 이 연료 라인(16, 17)은, 최적의 공기/연료 혼합을 보장하기 위해, 내부 공간(30)에 들어가기 전 접선방향 유입의 가장 끝 부분에 위치되는 것이 바람직하다.
연소실(25)을 향해, 예비혼합 버너(10)는 부분 원추형 셸(11, 12)을 위한 앵커로서 역할하는 전방 플레이트(13)를 가지며, 전방 플레이트는 다수의 구멍(26)을 구비하고 있고, 이 구멍을 통해 필요에 따라 연소실(25)의 전방 구역에 냉각 공기(27)가 공급될 수 있다.
기체 연료(22)를 위한 주입 개구(21)의 디자인 및 배치는 연료와 연소 공기(20)의 혼합에 크게 영향을 미친다. 연료(22)는 공기 유동에 수직하도록 예비혼합 버너(10)의 공기 유입 통로(18, 19)에 주입된다. 연료(22)와 공기의 혼합은 주입 개구(21)의 위치와 기체 연료의 유속 모두에 의해 영향을 받는다.
지금까지 이용되고 있는 전술한 타입의 예비혼합 버너에서, 도 2 의 구멍의 열(R1)로서 나타낸 주입 개구(21)가 이용되는데, 그러한 구멍의 열은 각각의 경우에 2 개의 공기 주입 덕트(18, 19) 각각에 연관된다. 기체 연료로서 천연가스를 사용하는 경우, 작은 외경을 갖는 32 개의 주입 개구(21)가 구멍의 열(R1)에 배치된다.
그러한 예비혼합 버너의 작동 동안, 버너에서 플레임 온도의 피크 값을 낮추어서 오염원(예컨대, NOx) 방출을 줄이기 위해 연소 공기와 기체 연료의 완전혼합(mixing-through)을 더 향상시킬 수 있다는 것이 밝혀졌다.
그러므로, 본 발명의 목적은, 도입부에서 언급한 타입의 예비혼합 버너로서, 연소 공기와 기체 연료의 상호혼합(intermixing)이 현저히 향상된 예비혼합 버너를 창안하는 것이다.
상기 목적은 청구항 1 의 전체 특징에 의해 달성된다. 주입 개구의 직경을 확대하는 것이 본 발명의 해법에서의 본질이다. 그러나, 이러한 확대는 최적의 범위로 제한되어야 한다. 더욱이, 양호한 결과를 얻는데 직경의 절대 크기가 중요한 것이 아니라, 각 경우에 예비혼합 버너(10)의 주입 개구(21)의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비가 중요하다는 것이 밝혀졌다. 이 경우, 예비혼합 버너의 출구 개구와 동일한 면적을 갖는 원의 직경이 예비혼합 버너의 유효 출구 직경으로서 이해되어야 한다.
높은 메탄 함량을 갖는 천연가스용 버너의 전형적인 종래 구멍 직경은, 예컨대 예비혼합 버너(10)의 주입 개구(21)의 직경 대 유효 출구 직경의 새로이 도입되는 비를 이용하는 때, 0.0086 의 직경 비가 된다. 예컨대, 더 낮은 열량을 갖는 기체 연료의 경우, 예비혼합 버너(10)의 주입 개구(21)의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비 0.0097 을 이용하였다.
최선의 상호혼합 및 연소를 위해, 예비혼합 버너의 주입 개구의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비의 범위(0.011 과 0.015 사이에 놓임)가 새로이 결정되었다. 메탄의 열량보다 적어도 20 % 작은 열량을 갖는 기체 연료를 사용하는 작동의 경우, 예비혼합 버너의 주입 개구의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비의 넓어진 범위(0.015 초과 0.017 미만)를 제안하고 있다. 전체적으로, 직경 비의 유리한 범위가 0.011 내지 0.017 이 된다. 그에 상응하여, 주입 개구들 사이의 거리가 증가되거나 주입 개구의 전체 개수가 감소된다.
양호한 상호혼합이 가능하도록, 통상적으로 주입 개구는 가능한 한 작게 유지되었다. 그러나, 연료의 주입 동안 발생하는 압력 손실을 최소화하기 위해, 최소 크기가 필요하였다.
더 큰 직경을 갖는 구멍의 열의 신규 디자인의 결과, 주입 개구로부터 가스 제트의 더 큰 충격이 나오게 되어, 횡방향으로 흐르는 연소 가스의 침투가 증가하게 되고, 혼합이 향상되게 된다. 혼합이 향상됨에 따라, 화염 온도가 균일하게 되어, 온도 피크가 감소하고, 온도 피크로 인해 야기되는 오염원 방출이 감소한다.
본 개시의 다른 측면에서, 예비혼합 버너에 연소 가스(2)가 도입되는 공기 유입 덕트의 높이(H)를, 주입 개구에 적용되며 낮은 압력 손실 및 안정적인 연소로 양호한 완전혼합으로 이어지는 범위 내로 특정하려 하였다. 예비혼합 버너의 주입 개구의 직경 대 유효 출구 직경의 언급한 비와 조합되어, 각 경우에, 주입 개구의 직경 대 공기 유입 덕트의 높이의 비가 0.097 과 0.153 사이에 있는 것이 유리하다.
본 발명의 다른 태양에 있어서, 각 경우에, 예비혼합 버너의 주입 개구의 면적의 합 대 유효 출구 직경의 비가 유리한 범위 내에서 선택되어야 한다. 제안되는 구멍 직경 범위의 경우, 상기 범위는 0.0051 과 0.0097 사이에 놓여 있다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 구멍의 열의 모든 주입 개구가 동일한 직경을 갖고 같은 거리만큼 떨어져 있다.
본 발명의 다른 태양은 구멍의 열의 인접한 주입 개구들 사이의 거리가 약 16 ㎜ 인 것을 특징으로 한다.
천연가스를 사용하는 작동의 경우, 주입 개구의 직경 대 공기 유입 덕트의 높이의 비의 유리한 범위(0.109 내지 0.124 에 위치됨)를 특정하는 것도 또한 가능하다. 특히, 특정된 구멍 직경 범위와 조합되어, 주입 개구의 직경 대 공기 유입 덕트의 높이의 비의 2 개의 특별히 유리한 부분 범위가 결정되었다. 이것이 0.109 내지 0.112 및 0.119 내지 0.124 라는 범위이다.
본 발명의 다른 태양은, 예비혼합 버너가 가스 연료로서 천연가스로 작동되기 위한 것, 그리고 예비혼합 버너의 주입 개구의 구멍 직경 대 유효 출구 직경의 비가 각 경우에 0.012 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양은, 예비혼합 버너가 메탄의 열량보다 적어도 20 % 작은 열량을 갖는 기체 연료로 작동되기 위한 것, 그리고 주입 개구가 각 경우에 예비혼합 버너의 주입 개구의 직경 대 유효 출구 직경의 직경 비 0.0137 을 갖는 것을 특징으로 한다.
메탄의 열량보다 적어도 20 % 작은 열량을 갖는 기체 연료를 사용하는 작동의 경우, 주입 개구의 직경 대 공기 유입 덕트의 높이의 비의 유리한 범위(0.123 과 0.140 사이에 위치됨)를 특정하는 것이 가능하다. 특히, 특정 구멍 직경 범위와 조합되어, 주입 개구의 직경 대 공기 유입 덕트의 높이의 비의 2 개의 특히 유리한 부분 범위가 특정되었다. 이것이 0.123 내지 0.128 및 0.134 내지 0.140 라는 범위이다.
주입 개구 내로의 연소 가스 속도는, 한편으로는 양호한 완전혼합을 달성할 정도로 충분히 높아야 하지만, 다른 한편으로는 연소 가스 시스템에서의 압력 손실을 유지하여서 연소 가스의 압축(도입 전에, 가스 공급 시스템의 압력 레벨에 따라 요구될 수 있음)을 제거 또는 최소화하도록 낮아야 한다. 여기서, 주입 개구 내로의 연소 가스 속도는 가스 양에 비례하고 버너의 주입 개구의 면적들의 합에 반비례한다. 전형적으로, 버너에 도입되는 연소 가스 양은 또한 버너 크기에 비례한다. 버너의 주입 개구의 면적들의 합 대 예비혼합 버너의 유효 출구 면적의 비가 최적의 버너 선택을 위한 특징적인 변수로서 제안되며, 유효 출구 면적에 대응하는 유효 출구 직경은 전형적으로 버너 크기의 척도로서 이용된다. 이 경우, 유효 출구 직경을 갖는 원의 면적이 예비혼합 버너의 유효 출구 면적으로서 이해되어야 한다. 천연가스를 사용하는 작동의 경우, 0.005 와 0.008 사이에 있는 비가 예비혼합 버너의 주입 개구의 면적들의 합 대 유효 출구 면적의 유리한 비라는 것이 밝혀졌다. 메탄의 열량보다 적어도 20 % 작은 열량을 갖는 가스 연료를 사용하는 작동의 경우, 0.007 과 0.010 사이에 있는 비가 예비혼합 버너의 주입 개구의 면적들의 합 대 유효 출구 면적의 유리한 비인 것으로 측정되었다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 각 경우에 공기 유입 덕트마다, 주입 개구들 사이에 2 배의(doubled) 구멍 거리를 갖는 구멍의 평행한 2 개의 열(열을 이루는 구멍들은 서로에 대해 오프셋 방식으로 배치되어 있음)이 형성되어 있다. 다른 주입 위치의 결과로, 연소 안정성에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 각 경우에 공기 유입 덕트마다, 주입 개구와 함께 구멍의 일 열이 형성되어 있다.
새로운 타입의 예비혼합 버너 외에, 그러한 예비혼합 버너들을 재작업(rework)하기 위한 방법이 본 발명의 하나의 주제이다. 본 방법의 목적은, 더 넓은 주입 개구를 갖는 새로운 타입의 예비혼합 버너를 획득하도록 최소 비용으로 작은 주입 개구를 갖는 종래 예비혼합 버너를 재작업하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 주입 개구의 구멍의 열 중 하나 걸러 하나의 구멍을 폐쇄하고, 나머지 주입 개구의 직경을 확대하는 것을 제안한다. 폐쇄를 위해, 구멍들은 예컨대 완전히 용접 또는 납땜된다. 예컨대, 소형의 스토퍼(stopper)를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 태양은, 연소실로의 예비혼합 버너의 출구에 가장 가까이 위치되는 주입 개구가 폐쇄되는 것을 특징으로 한다. 그곳에서부터 시작하여, 각 경우에 교대로 하나의 구멍이 뚫리고 하나의 구멍이 폐쇄된다.
본 발명의 일 태양은, 연소실로의 예비혼합 버너의 출구에 가장 가까이 위치되는 주입 개구가 뚫리는 것을 특징으로 한다. 그곳에서부터 시작하여, 각 경우에 교대로 하나의 구멍이 폐쇄되고 하나의 구멍이 뚫린다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 나머지 주입 개구의 직경은 출구 면적이 2 배가 되도록 확대된다.
이하에서, 도면과 함께 예시적일 실시형태에 기초하여 본 발명을 더 상세하게 설명한다.
도 1 은, 본 발명의 구현에 적합한 이중 원추형 타입의 공지된 예비혼합 버너의 부분 단면 사시도이다.
도 2 는 예비혼합 버너에 관하여 공지된 그리고 신규의 구성의 주입 개구의 구멍의 상이한 열(row)을 보여준다.
도 2 에는, 대형 가스 터빈에 이용되는 이중 원추형 타입의 예비혼합 버너(10)의 2 분의 1 이 도시되어 있다. 예비혼합 버너(10)의 원추형 특성이 명확히 도시되어 있으며, 예비혼합 버너는 연소실(도 2 에서 우측)을 향해 전방 플레이트(13)에 의해 범위가 정해져 있다. 또한, 공기 유입 덕트(18)가 명확히 도시되어 있으며, 공기 유입 덕트의 외측에는, 기체 연료용 연료 라인(16)이 가로방향으로(transversely) 배치되어 있다.
종래 예비혼합 버너에서는, 주입 개구(21)를 통해 공기 유입 덕트(18)에 기체 연료가 주입되는데, 주입 개구의 형상 및 배치 형태는 구멍의 열(R1)로 도시되어 있다. 이 경우, 0.0086의 직경 비(천연가스의 경우)(더 낮은 열량을 갖는 가스의 경우에는 0.0097의 직경 비)를 갖는 32 개의 주입 개구(21)가 포함되며, 주입 개구들은 서로 8 ㎜ 의 거리만큼 떨어져 있고, 따라서 8 × 31 ㎜ 의 길이(L)에 걸쳐 분포되어 있다. 전방 플레이트(13)의 외측으로부터, 구멍의 열(R1)은 15 ㎜ 의 거리를 갖는다.
이제 여기서 더 강한 연료 제트를 획득하기 위해, 구멍의 열(R1)이 구멍의 열(R2 또는 R3)로 대체되는데, 각 경우에 증가된 직경 비 0.011 및 거리(d) 16 ㎜ 를 갖는 단지 16 개의 주입 개구(21)가 형성된다. 주입 개구의 모든 유동 단면적의 합은 구멍의 열(R1)에 비해 동일하게 유지되지만, 더 적은 개별 제트가 더 강하므로, 연소 공기의 유동 내로 더 깊이 도달하여, 상호혼합이 크게 향상된다. 이 경우, 구멍의 열의 전방 플레이트(13) 까지의 거리가 구멍의 열(R1)에 비해 변경없이 유지될 수 있다(구멍의 열(R2): 거리는 a1). 그러나, 이 거리를 15 ㎜ 로부터 23 ㎜ 까지 증가시키는 것을 생각할 수 있고(구멍의 열(R3): 거리는 a2), 그 결과 안정적인 연소의 구역이 더 낮은 온도로 이동된다.
천연가스의 사용을 위해, 구멍의 열(R2, R3)의 주입 개구(21)에 대한 직경 비 0.012 가 제공된다. 만약, 천연가스 대신, 메탄의 열량의 80 % 미만의 열량을 갖는 기체 연료가 주입된다면, 주입 개구(21)는 모두 0.014 의 직경 비를 갖는 것이 바람직하다.
실시형태(R5)에서, 구멍의 2 개의 열이 서로에 대해 "엇갈리게(by a stagger)" 위치되도록, 서로에 대해 오프셋되어 있는 주입 개구를 갖는 구멍의 2 개의 평행한 열이 형성된다. 이 경우, 구멍의 열에서 구멍들 사이의 거리는 2 배로 되어, 2 × d 이다.
더 큰 직경을 갖는 현저히 더 적은 개수의 주입 개구로의 기체 연료의 질량 유동의 분포는 본질적으로 향상된 상호혼합, 연소 및 오염원 방출을 위한 것이다. 향상된 완전혼합을 위하여 주입 동안 상응하게 높은 압력 손실을 갖는 다수의 작은 주입 구멍이 향상된 완전혼합으로 이어질 것이라는 예상과 대조적으로, 더 많은 구멍으로 더 깊은 침투 깊이를 고려할 때 방출은 감소될 수 있다. 연소 공기 유동의 불균일을 보정하기 위해, 구멍의 열에서 주입 개구(21)의 직경 및 거리가 본 발명의 범위 내에서 확실히 변화될 수 있다는 것은 자명하다.
10 예비혼합 버너
11, 12 부분 원추형 셸
13 전방 플레이트
14, 15 실린더
16, 17 연료 라인
18, 19 공기 유입 덕트
20 연소 공기
21 주입 개구
22 연료 (기체)
23 연료 (액체)
24 노즐
25 연소실
26 구멍
27 냉각 공기
28 화염면(flame front)
29 축선
30 내부 공간(원추형)
a1, a2 거리
d 거리
H 공기 유입 덕트의 높이
L 길이
R1, …, R5 구멍의 열

Claims (15)

  1. 일방이 타방 내부에 포개어지도록 배치되는 2 개의 부분 원추형 셸(11, 12)들을 포함하고, 상기 부분 원추형 셸들 사이에 공기 유입 덕트(18, 19)들을 형성하는, 이중 원추형 버너 형태의 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)로서,
    상기 공기 유입 덕트들을 통해, 외부로부터의 연소 공기(20)가 예비혼합 버너(10)의 원추형 내부 공간(30) 내로 흐르고,
    상기 연소 공기(20)의 유동 방향에 가로방향으로 연장하는 주입 개구(21)들의 구멍들의 선형의 열(linear row)(R2, R3, R4)들이 상기 공기 유입 덕트(18, 19)들의 외벽들 상에 배치되고, 상기 주입 개구들을 통해, 상기 주입 개구들의 구멍들의 선형의 열들에 가로방향으로 흐르는 상기 연소 공기(20) 내로 기체 연료(22)가 주입되는, 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)에 있어서,
    상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)의 직경 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 직경의 직경 비가 0.011 내지 0.015 범위에 있는 직경 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  2. 일방이 타방 내부에 포개어지도록 배치되는 2 개의 부분 원추형 셸(11, 12)들을 포함하고, 상기 부분 원추형 셸들 사이에 공기 유입 덕트(18, 19)들을 형성하는, 이중 원추형 버너 형태의 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)로서,
    상기 공기 유입 덕트들을 통해, 외부로부터의 연소 공기(20)가 예비혼합 버너(10)의 원추형 내부 공간(30) 내로 흐르고,
    상기 연소 공기(20)의 유동 방향에 가로방향으로 연장하는 주입 개구(21)들의 구멍들의 선형의 열(linear row)(R2, R3, R4)들이 상기 공기 유입 덕트(18, 19)들의 외벽들 상에 배치되고, 상기 주입 개구들을 통해, 상기 주입 개구들의 구멍들의 선형의 열들에 가로방향으로 흐르는 상기 연소 공기(20) 내로 기체 연료(22)가 주입되는, 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)에 있어서,
    상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)의 직경 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 직경의 직경 비가 0.015 초과 0.017 미만인 직경 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 상기 주입 개구(21)의 직경 대 상기 공기 유입 덕트(18, 19)의 높이(H)의 비가 0.097 내지 0.153 범위에 있는 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)들의 면적들의 합 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 면적의 비가 0.0051 내지 0.0097 범위에 있는 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구멍들의 하나의 열(R2, R3, R4)의 모든 주입 개구(21)들은 같은 거리만큼 떨어져 있고 동일한 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구멍들의 하나의 열(R2, R3, R4)의 인접한 주입 개구(21)들 사이의 거리가 16 ㎜인 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 예비혼합 버너(10)는 상기 기체 연료(22)로서 천연가스로 작동되도록 되어 있고, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 상기 주입 개구(21)의 직경 대 상기 공기 유입 덕트(18, 19)들의 높이(H)의 비가 0.109 내지 0.124 범위에 있는 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 예비혼합 버너(10)는 천연가스보다 더 낮은 열량을 갖는 기체 연료(22)로 작동되도록 되어 있고, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 상기 주입 개구(21)의 직경 대 상기 공기 유입 덕트(18, 19)들의 높이(H)의 비가 0.123 내지 0.140 범위에 있는 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 예비혼합 버너(10)는 상기 기체 연료(22)로서 천연가스로 작동되도록 되어 있고, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)들의 면적들의 합 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 면적의 비가 0.005 내지 0.008 범위에 있는 비를 갖거나, 또는
    상기 예비혼합 버너(10)는 천연가스보다 더 낮은 열량을 갖는 기체 연료(22)로 작동되도록 되어 있고, 상기 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)의 면적들의 합 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 면적의 비가 0.007 내지 0.010 범위에 있는 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 각 경우에 공기 유입 덕트(18, 19) 마다, 서로 오프셋되어 있는 주입 개구(21)들을 갖는 2 개의 평행한 열(R5)들이 제공되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10).
  11. 일방이 타방 내부에 포개어지도록 배치되는 2 개의 부분 원추형 셸(11, 12)들을 포함하고, 상기 부분 원추형 셸들 사이에 공기 유입 덕트(18, 19)들을 형성하고,
    상기 공기 유입 덕트들을 통해, 외부로부터의 연소 공기(20)가 예비혼합 버너(10)의 원추형 내부 공간(30) 내로 흐르고,
    상기 연소 공기(20)의 유동 방향에 가로방향으로 연장하는 주입 개구(21)들의 구멍들의 선형의 열(linear row)(R1)들이 상기 공기 유입 덕트(18, 19)들의 외벽들 상에 배치되고, 상기 주입 개구들을 통해, 상기 주입 개구들의 구멍들의 선형의 열들에 가로방향으로 흐르는 상기 연소 공기(20) 내로 기체 연료(22)가 주입되는, 이중 원추형 버너 형태의 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)를 재작업(rework)하기 위한 방법에 있어서,
    주입 개구(21)들의 구멍들의 열(R1) 중 하나 걸러 하나의 구멍이 폐쇄되고, 나머지 주입 개구(21)들의 직경이 확대되어, 상기 나머지 주입 개구(21)들은 각 경우에 주입 개구(21)의 직경 대 상기 예비혼합 버너의 유효 출구 직경의 직경 비가 0.011 내지 0.015 범위에 있거나 0.015 초과 0.017 미만인 직경 비를 갖는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)의 재작업 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 폐쇄를 위해, 상기 주입 개구들이 완전히 용접 또는 납땜되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)의 재작업 방법.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 연소실로의 상기 예비혼합 버너(10)의 출구에 가장 가까이 위치하는 주입 개구(21)가 폐쇄되고, 그곳에서부터 시작하여, 각 경우에 교대로 하나의 주입 개구(21)가 뚫리고 하나의 주입 개구(21)가 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)의 재작업 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 연소실로의 상기 예비혼합 버너의 출구에 가장 가까이 위치하는 주입 개구(21)가 뚫리고, 그곳에서부터 시작하여, 각 경우에 교대로 하나의 주입 개구(21)가 폐쇄되고 하나의 주입 개구(21)가 뚫리는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)의 재작업 방법.
  15. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 나머지 주입 개구(21)들의 직경은 출구 면적이 2 배로 되도록 확대되는 것을 특징으로 하는 가스 터빈용 예비혼합 버너(10)의 재작업 방법.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11054140B2 (en) 2018-03-16 2021-07-06 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Fuel supply device for gas turbine having multiple perforated plates

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2685161B1 (en) 2012-07-10 2018-01-17 Ansaldo Energia Switzerland AG Combustor arrangement, especially for a gas turbine
EP2685162A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-15 Alstom Technology Ltd Premix burner of the multi-cone type for a gas turbine and method for operating such a burner
EP2685163B1 (en) * 2012-07-10 2020-03-25 Ansaldo Energia Switzerland AG Premix burner of the multi-cone type for a gas turbine
EP2685160B1 (en) 2012-07-10 2018-02-21 Ansaldo Energia Switzerland AG Premix burner of the multi-cone type for a gas turbine
EP2700879B1 (en) * 2012-08-24 2019-03-27 Ansaldo Energia Switzerland AG Method for mixing a dilution air in a sequential combustion system of a gas turbine, and sequential combustion system for a gas turbine comprising dilution air injector
EP3299720B1 (en) 2016-09-22 2020-11-04 Ansaldo Energia IP UK Limited Combustor front assembly for a gas turbine
US11242804B2 (en) 2017-06-14 2022-02-08 General Electric Company Inleakage management apparatus
KR101990767B1 (ko) 2017-08-09 2019-06-20 한국기계연구원 이중 원추형 가스터빈용 버너 및 이 버너에 공기를 공급하는 방법
CN108006640B (zh) * 2017-12-21 2024-02-13 靖江博鑫柯曼燃烧器制造有限公司 一种多用富氧烧嘴
CN112922744B (zh) * 2021-03-05 2023-01-06 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所 一种壁面嵌入式的飞行器燃料输送装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5738509A (en) * 1995-05-08 1998-04-14 Asea Brown Boveri Ag Premix burner having axial or radial air inflow
DE10029607A1 (de) * 2000-06-15 2001-12-20 Alstom Power Nv Brenner mit gestufter Vormischgas-Eindüsung

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH674561A5 (ko) * 1987-12-21 1990-06-15 Bbc Brown Boveri & Cie
DE19654116A1 (de) * 1996-12-23 1998-06-25 Abb Research Ltd Brenner zum Betrieb einer Brennkammer mit einem flüssigen und/oder gasförmigen Brennstoff
DE59711110D1 (de) * 1997-10-27 2004-01-22 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zum Betrieb eines Vormischbrenners und Vormischbrenner
ATE234444T1 (de) * 1997-10-27 2003-03-15 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zum betrieb eines vormischbrenners
WO2001096785A1 (de) * 2000-06-15 2001-12-20 Alstom (Switzerland) Ltd Verfahren zum betrieb eines brenners sowie brenner mit gestufter vormischgas-eindüsung
WO2003098110A1 (de) * 2002-05-16 2003-11-27 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner
EP1389713A1 (en) * 2002-08-12 2004-02-18 ALSTOM (Switzerland) Ltd Premixed exit ring pilot burner
MX2007004119A (es) * 2004-10-18 2007-06-20 Alstom Technology Ltd Quemador para turbina de gas.
EP1999409B1 (de) * 2006-03-30 2018-05-02 Ansaldo Energia IP UK Limited Brenneranordnung

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5738509A (en) * 1995-05-08 1998-04-14 Asea Brown Boveri Ag Premix burner having axial or radial air inflow
DE10029607A1 (de) * 2000-06-15 2001-12-20 Alstom Power Nv Brenner mit gestufter Vormischgas-Eindüsung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11054140B2 (en) 2018-03-16 2021-07-06 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Fuel supply device for gas turbine having multiple perforated plates

Also Published As

Publication number Publication date
EP2423597B1 (de) 2016-08-17
US9170022B2 (en) 2015-10-27
US20120047898A1 (en) 2012-03-01
AU2011213841A1 (en) 2012-03-15
AU2011213841B2 (en) 2014-10-23
EP2423597A2 (de) 2012-02-29
KR20120021213A (ko) 2012-03-08
EP2423597A3 (de) 2012-08-15
CH703655A1 (de) 2012-02-29

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