EP1840464B1 - Brennkammer - Google Patents

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EP1840464B1
EP1840464B1 EP07101481.5A EP07101481A EP1840464B1 EP 1840464 B1 EP1840464 B1 EP 1840464B1 EP 07101481 A EP07101481 A EP 07101481A EP 1840464 B1 EP1840464 B1 EP 1840464B1
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EP
European Patent Office
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burners
combustion chamber
pulsation
burner
control device
Prior art date
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EP07101481.5A
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EP1840464A1 (de
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Alexander Dr. Ni
Valter Bellucci
Peter Dr. Flohr
Bruno Dr. Schuermans
Majed Dr. Toqan
Ken-Yves Haffner
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Ansaldo Energia Switzerland AG
Original Assignee
Ansaldo Energia Switzerland AG
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Publication date
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    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N1/002Regulating fuel supply using electronic means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23NREGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00Systems for controlling combustion
    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements
    • F23N5/082Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements using electronic means
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    • F23N5/02Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/08Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using light-sensitive elements

Definitions

  • the invention relates to a combustion chamber, in particular such a gas turbine, with at least two burners, which are connected via controllable fuel valves with a fuel supply.
  • Gas turbines are used, for example, for power generation in power plants, where they drive generators. Such turbines usually have a capacity of more than 50 MW and are designed especially for steady-state continuous operation. In order to operate the gas turbine economically and with low pollutant emissions, in particular NO x , this should on the one hand lean, that is with as little fuel, operated and on the other hand, extinction of the burner can be avoided because a restart of the gas turbine is complicated and expensive.
  • pulsation of the flame in the combustion chamber can occur, in particular in the case of lean operation of the gas turbine, which in the worst case leads to extinguishment of the same.
  • the pulsation of the flame depends on various parameters, such as an air and an associated fuel flow and a combustion chamber temperature.
  • a flame system is desired for the burner or the combustion chamber, which can be called stable and wherein in Brenneraustritts rejoin forms a quasi-stationary pulsation-free ignition zone, which burns stationary even with small fluctuations in the inlet flows, apart from turbulence-related stochastic position fluctuations.
  • the US 5,544,478 teaches to avoid pressure sensors for measuring combustion dynamics in a combustion chamber by examining the output of an optical measuring device, more specifically an ultraviolet radiation detector, by special signal processing for spectral acoustic frequency components. These frequency components are correct after the US 5,544,478 with dynamic pressure waves, which would be measured by means of a pressure sensor match, so that a pressure sensor can be saved. This makes it possible to detect a pulsation-prone burner.
  • a sensor system which comprises for each burner of a burner arrangement of a gas turbine each having a pressure sensor for detecting an amplitude of pressure pulsations in the combustion chamber of the gas turbine, which occur in the region of a respective pressure sensor associated burner.
  • the detected amplitudes or correlated measuring signals are then a control system supplied, which can control all or individual burners targeted via an operating system. As a result, pressure pulsations can be reduced.
  • the disclosed US Application 2005/056024 describes a solution for the anticipatory prevention of the extinction of the flame of a burner using acoustic and / or optical measurement methods for determining combustion parameters. Relevant combustion parameters are determined with the aid of the mentioned measuring methods and fed to an evaluation unit where they are analyzed according to different methods. If previously set limits are exceeded, a signal is generated to the control unit, which triggers suitable measures for restoring or maintaining required parameters of the combustion chamber in order to prevent the occurrence of dangerous combustion states in this way.
  • the invention deals with the problem of detecting at a combustor of a gas turbine of the type mentioned pulsation burner as early as possible and optionally take appropriate countermeasures, so that a pulsation-free operation of the combustion chamber can be ensured.
  • the invention is based on the general idea, in a combustion chamber, in particular in a combustor of a gas turbine, with multiple burners, to provide suitable measuring devices which determine burner-specific data, from which a computer and control device can calculate correlation values, a classification of burners in pulsationsgefährdete and not pulsating burner allowed. If the computer and control device classifies a burner as pulsation-endangered due to the values measured in the combustion chamber, then more fuel is supplied to this burner, thereby reducing its pulsation risk.
  • the burners themselves are connected to a fuel supply via controllable fuel valves.
  • the computer and control device In order to process the data arriving from the optical measuring devices and from the pressure sensor, the computer and control device is connected to these on the input side. On the output side, the computer and control device is connected to the controllable fuel valves, whereby a control of at least the pulsation-prone burner is made possible via a modified fuel supply.
  • the computer and control device is further designed such that it calculates a correlation from the chemiluminescent radiation values and the pressures and determines the burner or a combustion group with the highest correlation.
  • the associated fuel valves of the burners thus determined are then opened by the computer and control device, thereby reducing the pulsation tendency of the burners.
  • the combustion chamber according to the invention thus makes it possible to detect pulse-endangered, ie critical burners, at an early stage and to take suitable countermeasures.
  • the optical measuring devices and / or the pressure sensor and / or the fuel valves via a bus, such as a CAN-BUS, communicatively connected to the computer and control device.
  • a bus such as a CAN-BUS
  • Such CAN-BUS systems allow extensive data exchange and appropriate communication between the different, connected and interconnected components.
  • far-reaching networking possibilities are created with such CAN-BUS systems, so that it is also conceivable that further devices for the measurement, acquisition or processing of data as well as for controlling certain parameters of configured devices can be connected.
  • the optical measuring devices each have an optical fiber.
  • the space requirement of such an optical fiber in the combustion chamber is minimal, whereby this can also be installed in places with limited space.
  • a sensor of the optical measuring device is not directly exposed to the high temperatures prevailing in the combustion chamber, which has a positive effect on the life of the optical measuring devices.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of a combustion chamber according to the invention with associated computer and control device.
  • Corresponding Fig. 1 has a highly schematic combustion chamber 1, for example, such a gas turbine, a plurality of burners A to H, which are connected via controllable fuel valves 2 with a fuel supply 3, for example, a fuel line.
  • a fuel supply 3 for example, a fuel line.
  • the number of burners A to H here eight, purely by way of example, so that a combustion chamber 1 with more than eight or less than eight, but at least two burners should be enclosed by the invention.
  • the burners A to H are arranged annularly in the illustrated embodiment and each have at least one optical measuring device 4 for detecting chemiluminescent radiation, in particular for detecting an OH chemiluminescence.
  • the optical measuring devices 4 are connected via corresponding signal lines 5, in particular via a CAN-BUS 8, with a computer and control device 6.
  • the fuel valves 2 connected via corresponding control lines 5 via the CAN-BUS 8 with the computer and control device 6.
  • the optical measuring devices 4 detect light generated in the combustion chamber 1 due to chemical reactions and, according to a preferred embodiment, comprise an optical fiber. The optical fiber thereby falls the task of the light pipe between the burner and the actual optical measuring device.
  • Such an optical fiber may, for example, be a glass fiber which conducts light signals from the burner to the optical measuring device 4.
  • This offers the advantages that the optical measuring device 4 itself does not have to be arranged directly on the burner and is therefore exposed only to a significantly reduced temperature load, and a required space requirement of the optical fiber is significantly lower than the optical measuring device 4, so that they also at low Space can be arranged at almost any location in the vicinity of the burner.
  • a pressure sensor 7 for detecting a pressure in the combustion chamber 1 is arranged and also connected via a corresponding signal line 5 'to an input side of the computer and control device 6.
  • the pressure sensors can also be connected to the computer and control device 6 via the CAN bus 8.
  • the computer and control device 6 is now designed such that it calculates a correlation between the chemiluminescent radiation of each burner A to H and the pressure in the combustion chamber 1 from the measured values arriving from the optical measuring devices 4 and the pressure sensor 7.
  • the computer and control device 6 is connected to the fuel valves 2 associated with each burner A to H.
  • the computer and control device 6 is designed such that it determines the burner or a burner group with the highest correlation between chemiluminescent radiation and combustion chamber pressure and the or the associated fuel valves controls such that the respective burner or the respective burner group more fuel is supplied.
  • the computer and control device 6 opens the respectively associated fuel valve.
  • a high correlation between the optical measured values and the combustion chamber pressure indicates a tendency to pulsate of the respective burner, which is to be reduced according to the invention. The pulsation of the flame on the one hand there is a risk that this extinguished and on the other hand reduces the efficiency of the gas turbine.
  • pulsation-endangered burners can thus be identified. It is conceivable that the computer and control device 6 controls only a single burner with the highest correlation value by opening the associated fuel valve or a whole group of burners, which lie with their respective correlation values above a threshold.
  • the summary of a burner group can either include, for example, the burner A and B, if these two have the two highest correlation values, or the burners can already be summarized in advance to certain groups, such as A, C, E and G, so that controlled them overall when only one of the said burners exceeds the correlation limit.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft eine Brennkammer, insbesondere eine solche einer Gasturbine, mit zumindest zwei Brennern, welche über steuerbare Brennstoffventile mit einer Brennstoffversorgung verbunden sind.
  • Stand der Technik
  • Gasturbinen werden beispielsweise zur Stromerzeugung in Kraftwerken eingesetzt, wo sie Generatoren antreiben. Derartige Turbinen haben üblicherweise eine Leistung von mehr als 50 MW und sind insbesondere für den stationären Dauerbetrieb ausgelegt. Um die Gasturbine wirtschaftlich und mit geringen Schadstoffemissionen, insbesondere NOx, betreiben zu können, sollte diese einerseits mager, das heißt mit möglichst wenig Brennstoff, betrieben werden und andererseits ein Erlöschen des Brenners vermieden werden, da ein Wiederanfahren der Gasturbine aufwendig und teuer ist.
  • Hierdurch kann sich jedoch ein Zielkonflikt ergeben, da es insbesondere bei einem mageren Betrieb der Gasturbine zu einem Pulsieren der Flamme in der Brennkammer kommen kann, was im ungünstigsten Falle zum Erlöschen derselben führt. Das Pulsieren der Flamme hängt dabei von verschiedenen Parametern, wie beispielsweise einem Luft- und einem dazugehörigen Brennstoffvolumenstrom sowie einer Brennkammertemperatur ab. Grundsätzlich wird für die Brenner bzw. die Brennkammer ein Flammensystem gewünscht, welches als stabil bezeichnet werden kann und wobei sich in Brenneraustrittsnähe eine quasistationäre pulsationsfreie Zündzone ausbildet, die auch bei geringen Schwankungen der Eintrittsströme, abgesehen von turbulenzbedingten stochastischen Positionsschwankungen, ortsfest brennt.
  • Um ein Pulsieren der Flamme in der Brennkammer und damit eventuell ein Erlöschen der Flamme verhindern zu können, ist es wichtig, pulsationsgefährdete Brenner möglichst frühzeitig zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen zu ergreifen, da, wie oben erwähnt, ein Wiederanfahren der Gasturbine aufgrund eines Erlöschens der Flamme sehr aufwendig und teuer ist und dadurch die Wirtschaftlichkeit der Gasturbine negativ beeinflusst. Darüber hinaus vermindern pulsierende Brenner auch den Wirkungsgrad der Gasturbine, so dass auch im Hinblick auf eine Leistungsausbeute darauf geachtet werden sollte, dass sich eine quasistationäre, pulsationsfreie Zündzone im Bereich der Brenneraustrittsnähe ausbildet.
  • Die US 5,544,478 lehrt, Drucksensoren zur Messung von Verbrennungsdynamiken in einer Brennkammer zu vermeiden, indem das Ausgangssignal einer optischen Messvorrichtung, genauer gesagt eines Detektors für ultraviolette Strahlung, durch eine spezielle Signalverarbeitung auf spektrale akustische Frequenzkomponenten untersucht wird. Diese Frequenzkomponenten stimmen nach der US 5,544,478 mit dynamischen Druckwellen, die mittels eines Drucksensors gemessen würden, überein, so dass ein Drucksensor eingespart werden kann. Dies ermöglicht es, einen pulsationsgefährdeten Brenner zu erkennen.
  • Aus der WO 2005/093326 A2 geht der Einsatz einer Sensorik hervor, die für jeden Brenner einer Brenneranordnung einer Gasturbine jeweils einen Drucksensor zur Detektion einer Amplitude von Druckpulsationen in der Brennkammer der Gasturbine umfasst, die im Bereich eines dem jeweiligen Drucksensor zugeordneten Brenners auftreten. Die detektierten Amplituden bzw. damit korrelierenden Messsignale werden dann einem Steuerungssystem zugeführt, das über ein Betätigungssystem gezielt sämtliche oder einzelne Brenner ansteuern kann. Hierdurch können Druckpulsationen verringert werden.
  • Die offengelegte US-Anmeldung 2005/056024 beschreibt eine Lösung zur vorausschauenden Verhinderung des Verlöschens der Flamme eines Brenners unter Einsatz akustischer und/oder optischer Messmethoden zur Ermittlung von Verbrennungsparametern. Mit Hilfe der genannten Messmethoden werden relevante Verbrennungsparameter ermittelt und einer Auswerteeinheit zugeführt und dort nach unterschiedlichen Verfahren analysiert. Bei Überschreitung vorher festgelegter Grenzwerte wird ein Signal an die Steuereinheit generiert, welche geeignete Maßnahmen zur Wiederherstellung oder Einhaltung geforderter Parameter der Brennkammer auslöst, um auf diese Weise das Auftreten gefährlicher Verbrennungszustände vorausschauend zu vermeiden.
  • Darstellung der Erfindung
  • Die Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, bei einer Brennkammer einer Gasturbine der eingangs erwähnten Art pulsationsgefährdete Brenner möglichst frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, so dass ein pulsationsfreier Betrieb der Brennkammer gewährleistet werden kann.
  • Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Brennkammer, insbesondere bei einer Brennkammer einer Gasturbine, mit mehreren Brennern, geeignete Messvorrichtungen vorzusehen, welche brennerspezifische Daten ermitteln, woraus eine Rechner- und Steuerungseinrichtung Korrelationswerte berechnen kann, die eine Einteilung der Brenner in pulsationsgefährdete und nicht pulsationsgefährdete Brenner erlaubt. Stuft die Rechner- und Steuerungseinrichtung einen Brenner aufgrund der in der Brennkammer gemessenen Werte als pulsationsgefährdet ein, so wird diesem Brenner mehr Brennstoff zugeführt und dadurch dessen Pulsationsgefahr reduziert. Die Erfassung der Daten der Brennkammer zur Beurteilung, ob es sich um einen kritischen, das heißt pulsationsgefährdeten, Brenner handelt, erfolgt einerseits über eine jedem Brenner zugeordnete optische Messvorrichtung, welche zur Erfassung von chemilumineszenter Strahlung ausgebildet ist und andererseits über eine weitere Messvorrichtung in Form eines Drucksensors zur Erfassung eines Brennkammerdruckes. Die Brenner selbst sind über steuerbare Brennstoffventile mit einer Brennstoffversorgung verbunden. Um die von den optischen Messeinrichtungen und von dem Drucksensor eingehenden Daten zu verarbeiten, ist die Rechner- und Steuerungseinrichtung mit diesen eingangsseitig verbunden. Ausgangsseitig ist die Rechner- und Steuerungseinrichtung mit den steuerbaren Brennstoffventilen verbunden, wodurch eine Steuerung zumindest der pulsationsgefährdeten Brenner über eine geänderte Brennstoffzufuhr ermöglicht wird. Die Rechner- und Steuerungseinrichtung ist weiter derart ausgebildet, dass sie aus den chemilumineszenten Strahlungswerten und den Drücken eine Korrelation berechnet und den Brenner bzw. eine Brenngruppe mit der höchsten Korrelation ermittelt. Das bzw. die zugehörigen Brennstoffventile der derart ermittelten Brenner werden daraufhin von der Rechner- und Steuerungseinrichtung geöffnet und dadurch die Pulsationsneigung der Brenner reduziert. Durch die erfindungsgemäße Brennkammer ist es somit möglich, pulsationsgefährdete, also kritische Brenner, frühzeitig zu erkennen und geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen.
  • Dies erlaubt einen insgesamt mageren Betrieb der Brennkammer und damit niedrige Emissionswerte, wobei gleichzeitig ein Erlöschen der Flamme in der Brennkammer wirkungsvoll ausgeschlossen werden kann. Dies erhöht zum einen den Wirkungsgrad und zum anderen die Wirtschaftlichkeit der mit der erfindungsgemäßen Brennkammer ausgestatteten Gasturbine.
  • Zweckmäßig sind die optischen Messvorrichtungen und/oder der Drucksensor und/oder die Brennstoffventile über einen BUS, wie einen CAN-BUS, mit der Rechner- und Steuerungseinrichtung kommunizierend verbunden. Derartige CAN-BUS-Systeme erlauben einen umfangreichen Datenaustausch und eine entsprechende Kommunikation zwischen den unterschiedlichen, angeschlossenen und miteinander vernetzten Komponenten. Insbesondere werden mit derartigen CAN-BUS-Systemen weitreichende Vernetzungsmöglichkeiten geschaffen, so dass auch denkbar ist, das weitere Geräte zur Messung, Erfassung oder Verarbeitung von Daten sowie zur Steuerung bestimmter Parameter ausgebildete Vorrichtungen angeschlossen werden können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen die optischen Messvorrichtungen jeweils eine optische Faser auf. Dies bietet den Vorteil, dass die optische Messvorrichtung nicht direkt in der Brennkammer angeordnet werden muss, sondern lediglich über eine derartige optische Faser mit der Brennkammer verbunden sein muss. Darüber hinaus ist der Platzbedarf einer derartigen optischen Faser in der Brennkammer minimal, wodurch dies auch an Stellen mit geringem Platzangebot eingebaut werden kann. Darüber hinaus ist eine Sensorik der optischen Messvorrichtung nicht direkt den hohen in der Brennkammer herrschenden Temperaturen ausgesetzt, was sich positiv auf die Lebensdauer der optischen Messvorrichtungen auswirkt.
  • Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der dazugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Die einzige Fig. 1 zeigt eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammer mit zugehöriger Rechner- und Steuerungseinrichtung.
  • Wege zur Ausführung der Erfindung
  • Entsprechend Fig. 1 weist eine stark schematisierte Brennkammer 1, beispielsweise eine solche einer Gasturbine, mehrere Brenner A bis H auf, welche über steuerbare Brennstoffventile 2 mit einer Brennstoffversorgung 3, beispielsweise einer Brennstoffleitung, verbunden sind. Dabei ist die Anzahl der Brenner A bis H, hier acht, rein exemplarisch zu verstehen, so dass auch eine Brennkammer 1 mit mehr als acht bzw. weniger als acht, mindestens jedoch zwei Brennern von der Erfindung mit umschlossen sein soll.
  • Die Brenner A bis H sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel ringförmig angeordnet und weisen jeweils wenigstens eine optische Messvorrichtung 4 zur Erfassung von chemilumineszenter Strahlung, insbesondere zur Erfassung einer OH-Chemilumineszenz, auf. Die optischen Messvorrichtungen 4 sind über entsprechende Signalleitungen 5, insbesondere über einen CAN-BUS 8, mit einer Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 verbunden. Darüber hinaus können auch die Brennstoffventile 2 über entsprechende Steuerleitungen 5 über den CAN-BUS 8 mit der Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 verbunden sein. Die optischen Messvorrichtungen 4 erfassen in der Brennkammer 1 aufgrund von chemischen Reaktionen erzeugtes Licht und weisen gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine optische Faser auf. Der optischen Faser fällt dabei die Aufgabe der Lichtleitung zwischen dem Brenner und der eigentlichen optischen Messvorrichtung zu. Eine derartige optische Faser kann beispielsweise eine Glasfaser sein, welche Lichtsignale vom Brenner zur optischen Messvorrichtung 4 leitet. Dies bietet die Vorteile, dass die optische Messvorrichtung 4 selbst nicht direkt am Brenner angeordnet werden muss und dadurch lediglich einer deutlich reduzierten Temperaturbelastung ausgesetzt ist, und ein benötigter Platzbedarf der optischen Faser deutlich geringer ist als der optischen Messvorrichtung 4, so dass diese auch bei geringem Platzangebot an nahezu jeder beliebigen Stelle in der Umgebung des Brenners angeordnet werden kann.
    Des weiteren ist ein Drucksensor 7 zur Erfassung eines Druckes in der Brennkammer 1 angeordnet und ebenfalls über eine entsprechende Signalleitung 5' mit einer Eingangsseite der Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 verbunden.
    Optional können die Drucksensoren auch über den CAN-BUS 8 mit der Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 verbunden sein. Erfindungsgemäß ist die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 nun derart ausgebildet, dass sie aus dem von den optischen Messvorrichtungen 4 und dem Drucksensor 7 eingehenden Messwerten eine Korrelation zwischen der chemilumineszenten Strahlung eines jeden Brenners A bis H und des Drucks in der Brennkammer 1 berechnet. Ausgangsseitig ist die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 mit den jedem Brenner A bis H zugehörigen Brennstoffventilen 2 verbunden.
  • Weiter ist die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 derart ausgebildet, dass diese den Brenner oder einer Brennergruppe mit der höchsten Korrelation zwischen chemilumineszenter Strahlung und Brennkammerdruck ermittelt und das bzw. die zugehörigen Brennstoffventile derart steuert, dass dem jeweiligen Brenner oder der jeweiligen Brennergruppe mehr Brennstoff zugeführt wird. Erreicht somit die Korrelation zwischen den eingehenden optischen Messwerten und dem eingehenden Brennkammerdruck einen bestimmten Grenzwert, so öffnet die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 das jeweils zugehörige Brennstoffventil. Eine hohe Korrelation zwischen den optischen Messwerten und dem Brennkammerdruck zeigt dabei eine Pulsationsneigung des jeweiligen Brenners an, welche erfindungsgemäß reduziert werden soll. Durch das Pulsieren der Flamme besteht zum einen die Gefahr, dass diese erlöscht und zum anderen reduziert sich der Wirkungsgrad der Gasturbine. Durch eine hohe Korrelation zwischen chemilumineszenten Strahlungswerten und Druckwerten in der Brennkammer 1 können somit pulsationsgefährdete Brenner identifiziert werden. Dabei ist denkbar, dass die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 lediglich einen einzelnen Brenner mit dem jeweils höchsten Korrelationswert durch Öffnen des zugehörigen Brennstoffventils steuert oder aber eine ganze Gruppe von Brennern, welche mit ihren jeweiligen Korrelationswerten über einem Grenzwert liegen.
  • Die Zusammenfassung zu einer Brennergruppe kann entweder beispielsweise den Brenner A und B umfassen, sofern diese beiden die beiden höchsten Korrelationswerte aufweisen oder die Brenner können bereits vorab zu bestimmten Gruppen, beispielsweise zu A, C, E und G zusammengefasst werden, so dass diese insgesamt gesteuert werden, wenn lediglich einer der genannten Brenner den Korrelationsgrenzwert überschreitet.
  • Damit die Gasturbine nicht überhitzt, werden beim Öffnen eines bzw. mehrerer Brennstoffventile 2 die anderen anteilsmäßig gedrosselt, so dass eine im wesentlichen konstante Brennkammertemperatur oder ein im wesentlichen konstanter Brennstoffstrom eingehalten werden kann. Bei einem Steuerungsvorgang durch die Rechner- und/oder Steuerungseinrichtung 6 wird somit den pulsationsgefährdeten Brennern mehr Brennstoff zugeführt und gleichzeitig den nicht pulsationsgefährdeten Brenner weniger Brennstoff. Dabei kann die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 die Brennstoffventile 2, wie oben erwähnt, erst ab einem bestimmten vordefinierten Korrelationswert öffnen, so dass bei einer Korrelation bei der noch keine Pulsationsneigung auftritt, keine Steuerung erfolgt. Selbstredend steuert die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 die Brennstoffventile der nicht pulsationsgefährdeten Brenner nur soweit entgegen, dass bei diesen keine Pulsation eintritt.
    Im Folgenden soll kurz ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsvorganges in oben beschriebener Gasturbine erläutert werden:
    • Die jeweils einem Brenner zugeordnete Messvorrichtung 4 erfasst eine chemilumineszente Strahlung, beispielsweise eine OH-Radikalstrahlung, während ein Drucksensor 7 gleichzeitig den Druck in der Brennkammer 1 ermittelt. Die derart ermittelten Messdaten werden über Leitungen 5, 5' beispielsweise über einen CAN-BUS 8, an die Rechner- und
    • Steuerungseinrichtung 6 übertragen, welche daraus eine Korrelation berechnet. Überschreitet der berechnete Korrelationswert einen vordefinierten Korrelationsgrenzwert, öffnet die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 das/die zugehörige(n) Brennstoffventil(e) und reduziert dadurch die Pulsionsgefahr des zugehörigen Brenners bzw. der zugehörigen Brennergruppe. Gleichzeitig reduziert die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 die Brennstoffzufuhr der anderen, nicht pulsationsgefährdeten Brenner, also jener Brenner, deren Korrelationswert unterhalb des Korrelationsgrenzwertes liegt, so dass vorzugsweise eine im wesentlichen konstante Brennkammertemperatur oder
    • ein im wesentlicher konstanter Brennstoffstrom eingehalten wird. Generell steuert die Rechner- und Steuerungseinrichtung 6 die Brennstoffventile der nicht pulsationsgefährdeten Brenner lediglich soweit entgegen, dass bei diesen keine Pulsationsgefahr bzw. keine Pulsation auftritt.
    Bezugszeichenliste
  • 1
    Brennkammer
    2
    Brennstoffventil
    3
    Brennstoffversorgung/Brennstoffleitung
    4
    optische Messvorrichtung
    5
    Leitung/Steuerleitung/Signalleitung
    6
    Rechnung- und Steuerungseinrichtung
    7
    Drucksensor
    8
    CAN-BUS
    A bis H
    Brenner

Claims (7)

  1. Brennkammer (1), insbesondere einer Gasturbine,
    - mit zumindest zwei Brennern (A-H), welche über steuerbare Brennstoffventile (2) mit einer Brennstoffversorgung (3) verbunden sind,
    - wobei jedem Brenner (A-H) wenigstens eine optische Messvorrichtung (4) zur Erfassung von chemilumineszenter Strahlung und der Brennkammer (1) ein Drucksensor (7) zur Erfassung eines Drucks zugeordnet sind,
    - mit einer Rechner- und Steuerungseinrichtung (6), welche einerseits mit den optischen Messvorrichtungen (4) und dem Drucksensor (7) und andererseits mit den steuerbaren Brennstoffventilen (2) verbunden ist,
    - wobei die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) derart ausgebildet ist, dass sie aus den von den optischen Messvorrichtungen (4) und dem Drucksensor (7) eingehenden Messwerten eine Korrelation zwischen der chemilumineszenten Strahlung eines jeden Brenners (A-H) und des Drucks in der Brennkammer (1) berechnet, und dass sie Korrelationswerte berechnen kann, die eine Einteilung der Brenner in pulsationsgefährdete und nicht pulsationsgefährdete Brenner erlaubt,
    - wobei die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) weiter derart ausgebildet ist, dass diese den Brenner (A-H) oder eine Brennergruppe mit der höchsten Korrelation ermittelt und das/die zugehörige(n) Brennstoffventil(e) (2) derart steuert, dass dem jeweiligen Brenner (A-H) oder der jeweiligen Brennergruppe mehr Brennstoff zugeführt wird,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) so ausgebildet ist, dass sie zur Einhaltung einer im wesentlichen konstanten Brennkammertemperatur oder eines im wesentlichen konstanten Brennstoffstroms die Brennstoffventile (2) der nicht pulsationsgefährdeten Brenner anteilsmässig entsprechend denen der pulsationsgefährdeten Brenner entgegensteuert.
  2. Brennkammer nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die optischen Messvorrichtungen (4) und/oder der Drucksensor (7) und/oder die Brennstoffventile (2) über einen BUS, beispielsweise einen CAN-BUS (8), mit der Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) kommunizierend verbunden sind.
  3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die optischen Messvorrichtungen (4) zur Erfassung einer OH-Chemilumineszenz ausgebildet sind.
  4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die optischen Messvorrichtungen (4) eine optische Faser aufweisen.
  5. Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsvorgangs mit zumindest zwei Brennern (A-H), insbesondere bei einer Gasturbine, mit zumindest folgenden Verfahrensschritten:
    5.1 eine jeweils einem Brenner (A-H) zugeordnete optische Messvorrichtung (4) erfasst eine chemilumineszente Strahlung, während ein Drucksensor (7) gleichzeitig einen Druck in der Brennkammer (1) ermittelt,
    5.2 eine eingangsseitig mit den optischen Messvorrichtungen (4) und dem Drucksensor (7) und ausgangsseitig mit den steuerbaren Brennstoffventilen (2) verbundene Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) berechnet aus den von den optischen Messvorrichtungen (4) und dem Drucksensor (7) eingehenden Messwerten eine Korrelation zwischen der chemilumineszenten Strahlung eines jeden Brenners (A-H) und dem Druck in der Brennkammer (1), und berechnet Korrelationswerte, die eine Einteilung der Brenner in pulsationsgefährdete und nicht pulsationsgefährdete Brenner erlaubt,
    5.3 die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) ermittelt den Brenner (A-H) oder eine Brennergruppe mit der höchsten Korrelation und öffnet das/die zugehörige(n) Brennstoffventil(e) (2),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    5.4 zur Einhaltung einer im wesentlichen konstanten Brennkammertemperatur oder eines im wesentlichen konstanten Brennstoffstroms die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) die Brennstoffventile (2) der nicht pulsationsgefährdeten Brenner anteilsmässig entsprechend denen der pulsationsgefährdeten Brenner entgegensteuert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) die Brennstoffventile (2) erst ab einem vordefinierten Korrelationswert öffnet.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Rechner- und Steuerungseinrichtung (6) die Brennstoffventile (2) der nicht pulsationsgefährdeten Brenner nur soweit entgegensteuert, dass bei diesen keine Pulsation eintritt.
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