EP1213541A1 - Vormischbrenneranordnung mit katalystischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu - Google Patents

Vormischbrenneranordnung mit katalystischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu Download PDF

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EP1213541A1
EP1213541A1 EP01128082A EP01128082A EP1213541A1 EP 1213541 A1 EP1213541 A1 EP 1213541A1 EP 01128082 A EP01128082 A EP 01128082A EP 01128082 A EP01128082 A EP 01128082A EP 1213541 A1 EP1213541 A1 EP 1213541A1
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EP
European Patent Office
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premix burner
fuel
air mixture
combustion chamber
catalyst unit
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EP01128082A
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Wolfgang Weisenstein
Timothy Dr. Griffin
Peter Dr. Jansohn
Thomas Ruck
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GE Vernova GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Alstom Power NV
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    • 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
    • F23R3/286—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply having fuel-air premixing devices
    • 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
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel

Definitions

  • the invention relates to a premix burner arrangement with catalytic Combustion for operating a combustion chamber of a gas turbine arrangement and a method aimed at this, with a premix burner, in which at least a fuel addition unit and supply air openings are provided such that gaseous and / or liquid fuel with combustion air within the Premix burner are miscible and form a fuel-air mixture the premix burner downstream towards the combustion chamber, which the Pre-mix burner assembly is downstream, exits and within the Combustion chamber can be brought to ignition.
  • a generic premix burner arrangement is known from EP 0 833 105 A2 remove.
  • the premix burner described in this publication has one central fuel nozzle axially to the swirl generator, on which there is a downstream Mixing section connects within which the atomized fuel is completely with Air mixed into a fuel-air mixture.
  • the combustion chamber is provided, within which during operation of the Premix burner forms a spatially stable flame zone.
  • combustion chamber vibrations also occur during the operation of known premix burner arrangements, as a result of which the flame stability is severely affected.
  • Such combustion chamber vibrations or pulsations have a particularly disadvantageous effect in operating states in which work is carried out with lean fuel-air mixtures. The result is high, lean extinguishing limits, that is to say an extinguishing of the flame despite a relatively high proportion of fuel, as a result of which the operating range of the premix burners is severely limited, particularly with regard to lean operating mode.
  • the invention is based on the object of developing a premix burner arrangement with catalytic combustion for operating a combustion chamber of a gas turbine arrangement in accordance with the preamble of claim 1 in such a way that, on the one hand, measures are taken by which the NO x emission values are to be considerably reduced. Furthermore, the measures are intended to stabilize the flame within the combustion chamber, so that the operating ranges of the premix burner arrangement are to be enlarged, in particular with regard to an improved lean extinguishing limit.
  • the object underlying the invention is achieved in claim 1 specified.
  • the subject of claim 9 is a method for operating a Premix burner assembly with catalytic combustion.
  • the idea of the invention Advantageously further developing features are the subject of the subclaims as well the description with reference to the embodiments.
  • a premix burner arrangement according to the preamble of Claim 1 further developed such that before the fuel-air mixture enters the combustion chamber a catalyst unit is provided, through which a part of the Fuel-air mixture can be introduced and passes before this part together with the rest of the fuel-air mixture in the Combustion chamber flows in.
  • the premix burner moves in the direction Combustion chamber spreading fuel-air mixture through the catalyst unit through, especially since the catalyst unit is preferably concentric at the outlet of the Premix burner or the mixing section shortly before entering the combustion chamber is arranged so that only peripheral partial flows of the in the direction of Combustion chamber spreading fuel-air mixture through the catalyst unit flow through.
  • Fuel-air mixture from the catalyst unit at least partially catalytically implemented material flow in marginal areas, which is within the Combustion chamber forming flame front, which makes the flame itself clear can be stabilized.
  • the effects of through the peripheral material flows Conditional flame stabilization is particularly evident in operating conditions who work with lean mixtures. A particularly important indicator of positive effect of the peripheral flows entering the combustion chamber is noticeable in the lowering of the lean extinguishing limit, whereby the Operating ranges of the premix burner can be increased significantly. Also combustion chamber pulsations form to a much lesser extent.
  • Fig. 1 is a longitudinal section through a premix burner arrangement with a mixing section shown, which in a conventional manner from the following components is composed.
  • an injection nozzle 2 is provided axially preferably atomized liquid fuel to the premix burner arrangement.
  • air inlet slots 3 is inside the premix burner assembly generates a fuel-air mixture that is downstream, i.e. in the drawing plane 1 from left to right.
  • One of the conical Swirl generator 4 connected downstream of the premix burner shapes the fuel-air mixture a critical number of swirls by which within the combustion chamber 6 can form a stable flame front 7.
  • Subordinate to the swirl generator is a Mixing tube 5, within which the fuel-air mixture completely can mix well before it enters the combustion chamber 6.
  • the catalytic converter unit 8 is arranged upstream in the flow direction Mixing tube 5 completely circular branch duct 9 is provided, through which the peripheral portion of the fuel-air mixture within the Mixing tube 5 is derived in the direction of the catalyst unit 8.
  • the main part of the fuel-air mixture passes axially freely through the mixing tube 5 and arrives within the combustion chamber 6 for ignition.
  • the forcibly removed peripheral fuel-air mixture flows which pass through the catalyst unit 8, are at least partially thermally and / or chemically catalytic implemented and get out of the catalyst unit 8 immediately in the Combustion chamber 6, in which it faces the peripheral areas of the flame front 7 hit and are able to stabilize them.
  • the inner contour of the mixing tube 5 is preferably at the inlet areas of the Discharge channels 9 tapered so that the branch of the peripheral Fuel-air mixture proportions are forced.
  • FIG. 2 Another alternative embodiment is shown in FIG. 2. Also in this Case shows the embodiment of the basic arrangement of a known Premix burner arrangement with central fuel injection 2, one conical trained premix burner, this one in the flow direction downstream swirl generator 4 and one to complete the Mixing of the fuel-air mixture downstream of the mixing tube 5.
  • the combustion chamber 6, which is the mixing tube 5, is not shown in detail is connected downstream.
  • a catalyst unit 8 is provided at the downstream end of the mixing tube 5 such that catalyst material projects into the peripheral edge regions into the interior of the mixing tube 5 and reduces the flow cross section through the mixing tube 5.
  • the catalyst unit 8 is formed from a porous material coated with catalyst material, so that peripheral flow components of the fuel-air mixture which is spreading inside the premix burner unit are forced to flow through the catalyst unit 8, in which they are at least partially converted catalytically.
  • the catalytic conversion takes place either thermally and / or chemically and, in addition to a decisive reduction in the NO x emission values, contributes to the stabilization of the flame front which forms within the combustion chamber.

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Abstract

Beschrieben wird eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer (6) einer Gasturbinenanordnung sowie ein hierauf gerichtetes Verfahren, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung bringbar ist. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer eine Katalysatoreinheit (8) vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches einleitbar ist und hindurchtritt bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer einströmt. <IMAGE>

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung sowie ein hierauf gerichtetes Verfahren, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenners mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung bringbar ist.
Stand der Technik
Eine gattungsgemäße Vormischbrenneranordnung ist der EP 0 833 105 A2 zu entnehmen. Der in dieser Druckschrift beschriebene Vormischbrenner weist eine zentrale Brennstoffdüse axialwärts zum Drallerzeuger auf, an dem sich stromab eine Mischstrecke anschließt, innerhalb der sich der zerstäubte Brennstoff vollständig mit Luft zu einem Brennstoff-Luft-Gemisch vermengt. Am stromabwärtigen Ausgang des Mischrohrs ist die Brennkammer vorgesehen, innerhalb der sich beim Betrieb des Vormischbrenners eine räumlich stabile Flammenzone ausbildet.
Gleichwohl die bekannte Vormischbrenneranordnung nach Gesichtspunkten verbesserter Emissionswerte, d.h. insbesondere reduzierter NOx-Emissionswerte, durch Vorsehen einer Mischstrecke konzipiert worden ist, gilt es insbesondere die Abgaswerte gattungsgemäßer Verbrennungssysteme weiter zu verbessern. Auch treten überdies beim Betrieb bekannter Vormischbrenneranordnungen sogenannte Brennkammerschwingungen auf, wodurch die Flammenstabilität stark in Mitleidenschaft gezogen wird. Derartige Brennkammerschwingungen bzw. - pulsationen wirken sich besonders nachteilhaft in Betriebszuständen aus, bei denen mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen gearbeitet wird. Hohe magere Löschgrenzen, d.h. ein Erlöschen der Flamme trotz verhältnismäßig hohem Brennstoffanteil, sind die Folge, wodurch der Betriebsbereich der Vormischbrenner insbesondere bezüglich magerer Betriebsweise stark begrenzt wird.
Bisherige Ansätze und Versuche, Vormischbrenneranordnungen mit Katalysatoren zu kombinieren, um zumindest die vorstehend erwähnten NOx-Emissionen beim Verbrennungsvorgang zu reduzieren, schlugen fehl bzw. lieferten nur unbefriedigende Resultate, zumal die übliche Verwendung flüssigen Brennstoffes, bspw. Öl, zum Befeuern derartiger Vormischbrenneranordnungen an sich bekannte Katalysatoren durch Zusetzen der Katalysatoröffnungen unbrauchbar macht.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer einer Gasturbinenanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass einerseits Maßnahmen getroffen werden, durch die die NOx-Emissionswerte erheblich reduziert werden sollen. Ferner sollen die Maßnahmen zu einer Flammenstabilisierung innerhalb der Brennkammer führen, so dass die Betriebsbereiche der Vormischbrenneranordnung insbesondere hinsichtlich einer verbesserten mageren Löschgrenze vergrößert werden sollen.
Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Gegenstand des Anspruchs 9 ist ein Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
Erfindungsgemäß ist eine Vormischbrenneranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weitergebildet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer eine Katalysatoreinheit vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches einleitbar ist und hindurchtritt, bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer einströmt.
Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Verwendung einer Katalysatoreinheit innerhalb eines an sich bekannten Vormischbrenners, der üblicherweise mit Flüssigbrennstoff, wie beispielsweise Öl, betrieben wird, ist das Anbringen der Katalysatoreinheit in einem Bereich stromab der Zerstäubungsdüse des Vormischbrenners, in dem das Brennstoff-Luft-Gemisch vollständig durchmischt ist und der Flüssigbrennstoff räumlich feinst verteilt bzw. bereits weitgehend verdampft ist. Gelangt Brennstoff in der vorstehend bezeichneten Form in einen Katalysator, so ist es möglich, den Brennstoff innerhalb des Katalysators katalytisch wenigstens teilweise umzusetzen, beispielsweise durch thermische und/oder chemische Umsetzung ohne dabei das Katalysatormaterial selbst zu zerstören oder zuzusetzen.
Erfindungsgemäß tritt nur ein Teil des sich durch den Vormischbrenner in Richtung Brennkammer ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Katalysatoreinheit hindurch, zumal die Katalysatoreinheit vorzugsweise konzentrisch am Ausgang des Vormischbrenners bzw. der Mischstrecke kurz vor Eintritt in die Brennkammer angeordnet ist, so dass nur periphere Teilströme des sich in Richtung der Brennkammer ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches durch die Katalysatoreinheit hindurchströmen. Nach Austritt des zumindest teilweise katalytisch umgesetzten Brennstoff-Luft-Gemisches aus der Katalysatoreinheit gelangt der wenigstens partiell katalytisch umgesetzter Stoffstrom in Randbereiche, der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront, wodurch die Flamme selbst deutlich stabilisiert werden kann. Die Auswirkungen der durch die peripheren Stoffströme bedingte Flammenstabilisierung werden besonders in Betriebszuständen deutlich, in denen mit mageren Gemischen gearbeitet wird. Ein besonders wichtiges Indiz zur positiven Auswirkung der peripher in die Brennkammer eintretenden Stoffströme macht sich in der Absenkung der mageren Löschgrenze bemerkbar, wodurch die Betriebsbereiche des Vormischbrenners erheblich vergrößert werden können. Auch bilden sich Brennkammerpulsationen in einem weit geringeren Ausmaß aus.
Durch die periphere Anordnung der Katalysatoreinheit in Bezug auf das sich axial innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff-Luft-Gemische ist ein uneingeschränkter Betrieb mit Flüssigbrennstoff, wie beispielsweise Öl, möglich, trotz Gegenwart der der Brennkammer vorgeschalteten Katalysatoreinheit. Da die Brennstoffeindüsung mittig zur Vormischbrennerachse erfolgt, die Katalysatoreinheit jedoch möglichst weit von der Brennstoffeinspeisung und lediglich an der äußeren Peripherie des sich ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist, vermag die Katalysatoreinheit unbeschadet eine Ölverbrennung innerhalb des Brennersystems zu überstehen.
Grundsätzlich ist es möglich, die Katalysatoreinheit um das Mischrohr teilweise oder vollständig zirkular verteilt anzuordnen, wobei ein im Inneren des Mischrohres vorgesehener, zirkular verlaufender Ableitungskanal für die partielle Abtrennung peripherer Teilströme des sich im Inneren des Vormischbrenners ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches vorgesehen ist. Hierbei kann der Innendurchmesser des Mischrohres nahezu unbeeinträchtigt bleiben. Eine andere Ausführungsform sieht vor, die Katalysatoreinheit im Inneren stromab am Austritt des Mischrohrs derart vorzusehen, so dass periphere Teilströmungen des Brennstoff-Luft-Gemisches zwangsgeführt durch Katalysatormaterial hindurchtreten, zumal das Katalysatormaterial den Strömungsquerschnitt innerhalb des Mischrohrs an dessen Austritt zur Brennkammer verjüngt.
Auch sind Konstruktionen denkbar, bei denen die Katalysatoreinheit zwischen dem Mischrohr und der Brennkammer beispielsweise in Art einer Lochblende ausgeführt ist.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
  • Fig. 1 Vormischbrenneranordnung mit außerhalb des Mischrohrs angeordneter Katalysatoreinheit, sowie
  • Fig. 2 Vormischbrenneranordnung mit innerhalb des Mischrohres angeordneter Katalysatoreinheit.
    • Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
    In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine Vormischbrenneranordnung mit Mischstrecke dargestellt, die in an sich bekannter Weise aus folgenden Komponenten zusammengesetzt ist. Im Zentrum eines kegelförmig ausgebildeten, drallerzeugenden Vormischbrenners ist eine Einspritzdüse 2 vorgesehen, die axial zur Vormischbrenneranordnung vorzugsweise Flüssigbrennstoff zerstäubt. Über längs zu den konisch ausgebildeten Teilschalen 1 des Vormischbrenners vorgesehenen Lufteintrittschlitzen 3 wird im Inneren der Vormischbrenneranordnung ein Brennstoff-Luft-Gemisch erzeugt, das sich stromab, d.h. in der Zeichenebene gemäß Fig. 1 von links nach rechts ausbreitet. Ein dem kegelförmigen Vormischbrenner nachgeschalteter Drallerzeuger 4 prägt dem Brennstoff-Luft-Gemisch eine kritische Drallzahl auf, durch die sich innerhalb der Brennkammer 6 eine stabile Flammenfront 7 ausbilden kann. Dem Drallerzeuger nachgeordnet ist ein Mischrohr 5, innerhalb dem sich das Brennstoff-Luft-Gemisch vollständig zu durchmischen vermag, bevor es in die Brennkammer 6 eintritt.
    Um den stromab gewandten Bereich 51 des Mischrohres 5 ist eine Katalysatoreinheit 8 vorgesehen, die den Mischrohrbereich 51 zirkular vollständig umgibt. Der Katalysatoreinheit 8 in Strömungsrichtung vorgeordnet ist ein ebenfalls innerhalb des Mischrohres 5 vollständig zirkular umlaufender Abzweigungskanal 9 vorgesehen, durch den der periphere Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches innerhalb des Mischrohres 5 in Richtung der Katalysatoreinheit 8 abgeleitet wird. Der Hauptanteil des Brennstoff-Luft-Gemisches passiert ungehindert axial das Mischrohr 5 und gelangt innerhalb der Brennkammer 6 zur Zündung. Die zwangsweise abgeführten peripheren Brennstoff-Luft-Gemischströme, die die Katalysatoreinheit 8 durchlaufen, werden durch diese wenigstens teilweise thermisch und/oder chemisch katalytisch umgesetzt und gelangen nach Austritt aus der Katalysatoreinheit 8 unmittelbar in die Brennkammer 6, in der sie auf die peripheren Bereiche der Flammenfront 7 auftreffen und diese zu stabilisieren vermögen.
    Vorzugsweise ist die Innenkontur des Mischrohrs 5 an den Eintrittsbereichen der Ableitungskanäle 9 verjüngend ausgebildet, so dass die Abzweigung der peripheren Brennstoff-Luft-Gemischanteile zwangsweise erfolgt.
    Eine weitere alternative Ausführungsvariante ist in Fig. 2 dargestellt. Auch in diesem Fall zeigt das Ausführungsbeispiel die Grundanordnung einer an sich bekannten Vormischbrenneranordnung mit zentraler Brennstoffeindüsung 2, einem kegelförmig ausgebildeten Vormischbrenner, einem diesen in Strömungsrichtung nachgeschalteten Drallerzeuger 4 und einem zur Vervollständigung der Durchmischung des Brennstoff-Luft-Gemisches nachgeordneten Mischrohres 5. Nicht im einzelnen dargestellt ist die Brennkammer 6, die dem Mischrohr 5 nachgeschaltet ist.
    Im Unterschied zur vorstehend beschriebenen Ausführungsform ist eine Katalysatoreinheit 8 am stromab gewandten Ende des Mischrohres 5 derart vorgesehen, so dass Katalysatormaterial in die peripheren Randbereiche in das Innere des Mischrohres 5 hineinragt und den Strömungsquerschnitt durch das Mischrohr 5 reduziert. Die Katalysatoreinheit 8 ist aus einem, mit Katalysatormaterial beschichteten porösen Material ausgebildet, so dass periphere Strömungsanteile des sich im Inneren der Vormischbrennereinheit ausbreitenden Brennstoff-Luft-Gemisches zwangsweise durch die Katalysatoreinheit 8 hindurchströmen, in der sie zumindest teilweise katalytisch umgesetzt werden. Die katalytische Umsetzung erfolgt entweder thermisch und/oder chemisch und trägt neben einer entscheidenden Reduzierung der NOx-Emissionswerte zur Stabilisierung der sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront bei.
    Bezugszeichenliste
    1
    Kegelförmig ausgebildete Teilschalen des Vormischbrenners
    2
    Einspritzdüse
    3
    Luftschlitze
    4
    Drallerzeuger
    5
    Mischrohr
    51
    Mischrohrbereich
    6
    Brennkammer
    7
    Flammenfront
    8
    Katalysatoreinheit
    9
    Abzweigungskanal

    Claims (13)

    1. Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung zum Betrieb einer Brennkammer (6) einer Gasturbinenanordnung, mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenner mischbar sind und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrennergehäuse stromab in Richtung Brennkammer, die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zu Zündung bringbar ist,
      dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) eine Katalysatoreinheit (8) vorgesehen ist, durch die ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches einleitbar ist und hindurchtritt bevor dieser Teil zusammen mit dem übrigen Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) einströmt.
    2. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) am stromabwärtigen Ende des Vormischbrenners in diesem integriert oder an diesem unmittelbar angrenzend vorgesehen ist.
    3. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, die einen Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches ableiten und der Katalysatoreinheit (8) zuleiten, dass die Mittel wenigstens einen Strömungskanal (9) aufweisen, der stromauf offen ausgebildet ist und peripher an das sich innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff/Luft-Gemisch angrenzt und einen Teil der dieser Strömung abzweigt und der Katalysatoreinheit (8) zuführt.
    4. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 3,
      dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (9) mit seiner einseitigen Öffnung das sich innerhalb des Vormischbrenners ausbreitende Brennstoff/Luft-Gemisch wenigstens teilweise zirkular umgibt.
    5. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 3 oder 4,
      dadurch gekennzeichnet, dass an das Vormischbrennergehäuses stromab angrenzend eine den Strömungsquerschnitt des Brennstoff/Luft-Gemisches verjüngende Einheit vorgesehen ist, in der der Strömungskanal sowie die Katalysatoreinheit (8) vorgesehen sind.
    6. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) eine, den Strömungsquerschnitt innerhalb des Vormischbrennergehäuses verjüngende Geometrie aufweist, die am Ende des Vormischbrennergehäuses integriert oder stromab am Vormischbrennergehäuse vorgesehen ist, und
      dass die Katalysatoreinheit wenigstens teilweise vom Brennstoff/Luft-Gemisch durchströmbar ist und Katalysatormaterial aufweist.
    7. Vormischbrenneranordnung nach Anspruch 6,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) aus porösem Material besteht, deren Oberfläche mit einer Katalysatorschicht überzogen ist.
    8. Vormischbrenneranordnung nach einem der Ansprüche 1, 2, 6 oder 7,
      dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoreinheit (8) zirkular das Brennstoff/Luft-Gemisch umgibt.
    9. Verfahren zum Betrieb einer Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung mit einem Vormischbrenner, in dem wenigstens eine Brennstoffzugabeeinheit (2) sowie Zuluftöffnungen (3) derart vorgesehen sind, dass gasförmiger und/oder flüssiger Brennstoff mit Verbrennungszuluft innerhalb des Vormischbrenner gemischt wird und ein Brennstoff-Luft-Gemisch bilden, das aus dem Vormischbrenner stromab in Richtung Brennkammer (6), die der Vormischbrenneranordnung nachgeordnet ist, austritt und innerhalb der Brennkammer zur Zündung gebracht wird,
      dadurch gekennzeichnet, dass vor Eintritt des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) ein Teil des Brennstoff-Luft-Gemisches wenigstens teilweise katalytisch umgesetzt wird und nachfolgend zusammen mit dem übrigen, unkatalysierten Anteil des Brennstoff-Luft-Gemisches in die Brennkammer (6) einströmt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9,
      dadurch gekennzeichnet, dass zirkular um das Brennstoff/Luft-Gemisch ein Teil des Gemisches zirkular abgezweigt wird und einer Katalysatoreinheit (8) zugeleitet wird.
    11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
      dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung im Wege einer thermischen und/oder chemischen katalytischen Umsetzung erfolgt.
    12. Verfahren nach Anspruch 11,
      dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung im Wege einer partiellen Oxidation erfolgt und zumindest teilweise die partiellen Oxidationsprodukte CO und H2 erzeugt.
    13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12,
      dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Umsetzung stromauf nahe einer sich innerhalb der Brennkammer ausbildenden Flammenfront erfolgt.
    EP01128082A 2000-12-11 2001-11-27 Vormischbrenneranordnung mit katalytischer Verbrennung sowie Verfahren zum Betrieb hierzu Expired - Lifetime EP1213541B1 (de)

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    Families Citing this family (19)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US6928822B2 (en) * 2002-05-28 2005-08-16 Lytesyde, Llc Turbine engine apparatus and method
    US7617682B2 (en) * 2002-12-13 2009-11-17 Siemens Energy, Inc. Catalytic oxidation element for a gas turbine engine
    US7096671B2 (en) * 2003-10-14 2006-08-29 Siemens Westinghouse Power Corporation Catalytic combustion system and method
    US7910787B2 (en) 2004-07-29 2011-03-22 Gas Technologies Llc Method and system for methanol production
    US9180426B2 (en) 2004-07-29 2015-11-10 Gas Technologies, Llc Scrubber for methanol production system
    US7642293B2 (en) 2004-07-29 2010-01-05 Gas Technologies Llc Method and apparatus for producing methanol with hydrocarbon recycling
    US7456327B2 (en) 2004-07-29 2008-11-25 Gas Technologies, Llc Method for direct-oxygenation of alkane gases
    US8202916B2 (en) 2004-07-29 2012-06-19 Gas Technologies Llc Method of and apparatus for producing methanol
    US7578981B2 (en) * 2004-07-29 2009-08-25 Gas Technologies Llc System for direct-oxygenation of alkane gases
    US8293186B2 (en) * 2004-07-29 2012-10-23 Gas Technologies Llc Method and apparatus for producing methanol
    WO2006058843A1 (de) * 2004-11-30 2006-06-08 Alstom Technology Ltd Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von wasserstoff in einem vormischbrenner
    WO2006069861A1 (de) * 2004-12-23 2006-07-06 Alstom Technology Ltd Vormischbrenner mit mischstrecke
    GB0509944D0 (en) * 2005-05-16 2005-06-22 Boc Group Plc Gas combustion apparatus
    US7752850B2 (en) * 2005-07-01 2010-07-13 Siemens Energy, Inc. Controlled pilot oxidizer for a gas turbine combustor
    US7879296B2 (en) * 2005-12-27 2011-02-01 Gas Technologies Llc Tandem reactor system having an injectively-mixed backmixing reaction chamber, tubular-reactor, and axially movable interface
    US7687669B2 (en) 2005-12-27 2010-03-30 Gas Technologies Llc Method for direct-oxygenation of alkane gases
    US8413446B2 (en) * 2008-12-10 2013-04-09 Caterpillar Inc. Fuel injector arrangement having porous premixing chamber
    US20120144832A1 (en) * 2010-12-10 2012-06-14 General Electric Company Passive air-fuel mixing prechamber
    CN104185763B (zh) * 2012-03-29 2017-03-08 通用电器技术有限公司 燃气涡轮燃烧器

    Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE2809407A1 (de) * 1977-03-04 1978-09-07 Johnson Matthey Co Ltd Gasturbine
    EP0491481A1 (de) * 1990-12-18 1992-06-24 Imperial Chemical Industries Plc Katalytische Verbrennung
    DE4426351A1 (de) * 1994-07-25 1996-02-01 Abb Research Ltd Brennkammer
    EP0833105A2 (de) * 1996-09-30 1998-04-01 Abb Research Ltd. Vormischbrenner

    Family Cites Families (10)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US4040252A (en) * 1976-01-30 1977-08-09 United Technologies Corporation Catalytic premixing combustor
    JP2774557B2 (ja) 1989-03-30 1998-07-09 財団法人電力中央研究所 触媒燃焼式ガスタービン用燃焼器
    US5634784A (en) * 1991-01-09 1997-06-03 Precision Combustion, Inc. Catalytic method
    US5318436A (en) * 1991-11-14 1994-06-07 United Technologies Corporation Low NOx combustion piloted by low NOx pilots
    AU681271B2 (en) * 1994-06-07 1997-08-21 Westinghouse Electric Corporation Method and apparatus for sequentially staged combustion using a catalyst
    JP3196549B2 (ja) * 1995-01-09 2001-08-06 株式会社日立製作所 燃料改質装置を備えた発電システム
    US5950434A (en) * 1995-06-12 1999-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Burner, particularly for a gas turbine, with catalytically induced combustion
    DE19521356C2 (de) * 1995-06-12 1999-04-01 Siemens Ag Gasturbine, umfassend einen Verdichterteil, einen Brennerteil und einen Turbinenteil
    JPH10339438A (ja) 1997-06-03 1998-12-22 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 希薄予混合ガスタービン燃焼器
    US6415608B1 (en) * 2000-09-26 2002-07-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Piloted rich-catalytic lean-burn hybrid combustor

    Patent Citations (4)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE2809407A1 (de) * 1977-03-04 1978-09-07 Johnson Matthey Co Ltd Gasturbine
    EP0491481A1 (de) * 1990-12-18 1992-06-24 Imperial Chemical Industries Plc Katalytische Verbrennung
    DE4426351A1 (de) * 1994-07-25 1996-02-01 Abb Research Ltd Brennkammer
    EP0833105A2 (de) * 1996-09-30 1998-04-01 Abb Research Ltd. Vormischbrenner

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