WO2005093326A2 - Gasturbinen-brennkammer und zugehöriges betriebsverfahren - Google Patents

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    • F23R2900/00014—Reducing thermo-acoustic vibrations by passive means, e.g. by Helmholtz resonators

Definitions

  • the present invention relates to a combustion chamber for a gas turbine with the features of the preamble of claim 1.
  • the present invention also relates to a method for reducing pressure pulsations in such a combustion chamber with the features of the preamble of claim 7.
  • a lean premix combustion is generally carried out in order to burn a gaseous or liquid fuel with air with low pollutants.
  • the combustion air and fuel are premixed as evenly as possible and only then fed to the flame. This takes place with a high excess of air, so that relatively low flame temperatures arise, which reduces the formation of nitrogen oxides.
  • Combustion chambers of this type are susceptible to thermo-acoustic vibrations or pressure pulsations. On the one hand, such pressure pulsations lead to undesirable noise pollution in the vicinity of the combustion chamber. On the other hand, these pressure pulsations can
  • a combustion chamber of the type mentioned at the outset is known from EP 0597 138 B1, which has an annular combustion chamber and a plurality of burners which are arranged in a circumferential direction at an inlet of the combustion chamber.
  • several Helmholtz dampers are provided in the known combustion chamber, which communicate with the combustion chamber.
  • the pressure pulsations can be damped in the area of the combustion chamber.
  • a relatively large installation space is required, which, however, is not available in every application and, in particular, cannot be easily retrofitted.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the invention as in the
  • the pressure pulsations occurring at the individual burners are preferably assessed on the basis of the amplitudes of the pressure pulsations occurring.
  • each individual burner is preferably one separate pressure sensor assigned, which enables the monitoring of the amplitudes.
  • a separate control circuit can be set up for each burner of the burner arrangement, which makes it possible to operate the respective burner in such a way that the amplitudes of any pulsations that occur locally remain below a predetermined or predeterminable threshold value. It is particularly important here that the control loops can work independently and therefore independently of the other control loops.
  • FIG. 1 is a very simplified schematic diagram of a combustion chamber according to the invention
  • Fig. 3 is a diagram in which the amplitudes of the pressure pulsations occurring for the burners of the combustion chamber is plotted.
  • the combustion chamber 1 shows, in a highly simplified form, a combustion chamber 1 for a gas turbine, which is otherwise not shown.
  • the combustion chamber 1 has an annular combustion chamber 2, of which an inlet 3 is visible in FIG. 1.
  • the combustion chamber 1 also comprises at least one ring-shaped burner arrangement 4, which consists of several burners 5. These burners 5 are arranged at the inlet 3 distributed in the circumferential direction. In the exemplary embodiment shown here, the burner arrangement 4 has twelve burners 5. It is clear that in another embodiment, more or fewer burners 5 can also be provided.
  • the burners 5 When the combustion chamber 1 is in operation, the burners 5 receive an oxidizer, in particular combustion air, and a liquid or gaseous fuel, e.g. Natural gas. A premixing of the fuel / combustion air mixture is then carried out in the burners 5. This fuel / combustion air mixture is then burned in the combustion chamber 2.
  • an oxidizer in particular combustion air
  • a liquid or gaseous fuel e.g. Natural gas
  • the combustion chamber 1 also includes an actuation system 6, which is designed such that it can actuate each burner 5 of the burner arrangement 4 individually. This is indicated in FIG. 1 by control lines 7, which each lead from the actuation system 6 to one of the burners 5. It is clear that another type of signal transmission can also be provided, for example by means of a bus system.
  • the actuation system 6 can set individually determined operating parameters for the respective burner 5 on each individual burner 5. For example, the actuation system 6 on each burner 5 adjust the air supply and / or fuel supply and / or burner inlet temperature.
  • the combustion chamber 1 is further equipped with a control system 8 and with a sensor system 9.
  • the sensor system 9 comprises several
  • These pressure sensors 10 are expediently designed such that an amplitude of pressure pulsations that occur in the area of the respectively assigned burner 5 can be detected.
  • the detected amplitudes or the measurement signals correlating therewith are made available to the control system 8 by the sensor system 9.
  • the control system 8 communicates with the sensor system 9.
  • the individual pressure sensors 10 are connected via signal lines 11 to a central unit 12 of the sensor system 9 and this communicates with the control system 8 via a connecting line 13.
  • each pressure sensor 10 can be connected directly to the control system 8.
  • a variant with a bus system is also conceivable, in which the individual pressure sensors 10 and the control system 8 are connected to a corresponding data bus.
  • the control system 8 is also connected to the actuation system 6 and configured in such a way that it can actuate the actuation system 6 for the targeted control of all or individual burners 5.
  • the variant according to FIG. 2 differs from the embodiment according to FIG. 1 primarily in that two annular burner arrangements 4 and 4 ′ are provided, which are arranged concentrically to one another.
  • Each burner arrangement 4, 4 ' here comprises the same number of burners 5 and 5', each burner 5 of the inner burner arrangement 4 having one burner 5 ' is assigned to the outer burner arrangement 4 ', the mutually assigned burners 5 and 5' also being spaced apart from one another in the radial direction.
  • the actuation system 6 is then designed in such a way that it controls the burners 5, 5 ′ assigned to one another in pairs.
  • each individual burner 5 and 5 ' is assigned its own pressure sensor 10 and in which the actuation system 6 can actuate each individual burner 5 and 5' individually.
  • FIG. 3 shows a situation that can typically occur during operation of the combustion chamber 1.
  • the diagram shows the amplitudes A determined with the aid of the pressure sensors 10, specifically for each individual burner 5.
  • the individual burners 5 are numbered from 1 to 12 in the diagram. In the arrangement according to FIG. 1, this numbering of the burners 5 corresponds, for example, to a numbering of
  • Burner 5 clockwise corresponding to a clock, that is, burner 5 2 is at the top, i.e. at the 12 o'clock position.
  • a threshold value As for the amplitude A of the pressure pulsations is also entered in the form of a broken line.
  • Pressure amplitudes A which are below the threshold value As represent "normal” pulsations in which there is no need for action.
  • the amplitudes A which are above the threshold value As are “critical”, so that there is a need for action in the associated burner 5.
  • the second burner 5 2) is thus the fifth Burner 5s, the eighth burner 5 ⁇ and the ninth burner 5g are critical, which is indicated in FIG. 1 by full circles, while the other burners 5 are not critical, that is to say operate normally and are indicated by circular lines or by empty circles.
  • the present invention works as follows:
  • the sensor system 9 monitors the amplitudes A of the pressure pulsations in the area of each individual burner 5 by means of the pressure sensors 10. The measured values are transmitted to the control system 8, which checks whether the determined amplitudes A are below the threshold value As or not.
  • control system 8 detects one for the four critical burners 5 2 , 5s, 5s and 5g
  • the control system 8 actuates the actuation system 6 in a suitable manner such that the actuation system 6 the critical burners 5 2 . 55, 5 ⁇ and 5g with regard to a reduction or suppression of the pressure pulsations or with a view to a weakening of the amplitudes A. It is essential here that the control system 8 uses the actuation system 6 exclusively the critical burners 5 2 . 5s, 5s and 5g controls to reduce the vibration amplitudes A, while all other, normally working burners 5 continue to be operated unchanged.
  • this procedure has the advantage that the measures for reducing the pressure pulsations, which are described below, have only a minor influence on the overall operating behavior of the burner chamber 1, since only the critical burners 5 and not all burners 5 are influenced.
  • the respective measures on the respective critical burner 5 can be selected very drastically and thus work effectively without critical operating states for the combustion chamber 1 occurring.
  • the pressure pulsations which build up are combated in this way at a very early point in time at which they have as a rule not yet adversely affected the operation of the combustion chamber 1, that is to say the combustion reaction in the combustion chamber 2.
  • the actuation system 6 can reduce the air supply and / or the fuel supply and / or the fuel inlet temperature, for example, on the respective burner 5. For example, throttling the fuel supply by, for example, 50% leads to an effective reduction in the pulsation amplitudes A. If the fuel supply is reduced by 50% for all four critical burners 5 2 , 5s, 5 8 and 5 g, this means one for the entire burner arrangement 4 Reduction of the fuel supply by only about 16.7%. Due to the drastic measures, the pulsation at the critical burners 5 can be combated very effectively, so that normal operation for the respective burner 5 can be achieved within a short time.
  • the burners 5 are controlled as a function of the amplitude A of the pressure pulsations occurring at the respective burner 5 in order to reduce the amplitudes A at the respective critical burner 5 from critical values above the threshold value As to non-critical or normal values below the threshold value As.
  • other reference variables for the control or regulation of the burners 5 are also conceivable, which correlate with the pressure pulsations on the individual burners 5. Since in the combustion chamber 1 according to the invention each burner 5 is assigned its own pressure sensor 10 and since the control system 8 also enables the individual burners 5 to be actuated individually via the actuation system 6, the burner arrangement 4 in the combustion chamber 1 according to the invention can have its own for each burner 5 closed loop are formed.
  • each individual control loop controls or controls the associated burner 5 independently of the other control loops with a view to reducing the pressure pulsations or with a view to reducing the amplitude A.
  • the control goal is not necessarily a specific value for the amplitude A, but rather that
  • control loops are therefore essentially only activated and operated only as long as the amplitude of the respective critical burner 5 is above the respective threshold value As.
  • the threshold value As can be a static absolute value, which is determined empirically, for example.
  • the threshold value As can also be a dynamic relative value, which results from an overall view of all current amplitudes A at the burners 5.
  • the relative threshold value As draws a limit for outliers that are no longer permissible with regard to an average of all amplitudes A or are regarded as critical.
  • a combination of a static absolute value and a dynamic relative value is also possible in order to also be able to take into account the rare case in which all the burners show 5 critical amplitudes.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer (1) für eine Gasturbine, umfassend einen ringförmigen Brennraum (2) sowie zumindest eine ringförmige Brenneranordnung (4). Die Brenneranordnung (4) weist mehrere Brenner (5) auf, die an einem Eintritt (3) des Brennraums (2) in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Um die Reduzierung von Druckpulsationen im Brennraum (2) zu reduzieren umfasst die Brennkammer (1) außerdem ein Betätigungssystem (6), das zur individuellen Betätigung jedes Brenners (5) der Brenneranordnung (4) ausgebildet ist, sowie ein Steuerungssystem (8), das jeden Brenner (5) der Brenneranordnung (4) mittels einer geeigneten Sensorik (9) einzeln überwacht und über das Betätigungssystem (6) einzeln im Hinblick auf eine Reduzierung von Druckpulsationen ansteuert.

Description

Gasturbinen-Brennkammer und zugehöriges Betriebsverfahren
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkammer für eine Gasturbine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Reduzieren von Druckpulsationen bei einer derartigen Brennkammer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 7.
Stand der Technik
Bei modernen Gasturbinen-Brennkammern wird in der Regel eine magere Vormischverbrennung durchgeführt, um einen gasförmigen oder flüssigen Brennstoff mit Luft schadstoffarm zu verbrennen. Dabei werden die Verbrennungsluft und der Brennstoff möglichst gleichmäßig vorgemischt und erst dann der Flamme zugeführt. Dies erfolgt bei einem hohen Luftüberschuß, so dass relativ niedrige Flammentemperaturen entstehen, was die Bildung von Stickoxyden reduziert. Brennkammern dieser Art sind anfällig für thermo- akustische Schwingungen oder Druckpulsationen. Zum einen führen derartige Druckpulsationen zu einer unerwünschten Lärmbelästigung in der Umgebung der Brennkammer. Zum anderen können diese Druckpulsationen das
Betriebsverhalten der Brennkammer nachteilig beeinflussen. Beispielsweise kann sich durch die Druckpulsationen die Schadstoffemission der Brennkammer erhöhen. Im Extremfall kann die Verbrennungsreaktion durch den Einfluss der Druckpulsationen stark beeinträchtigt oder sogar zum Erlöschen gebracht werden.
Aus der EP 0597 138 B1 ist eine Brennkammer der eingangs genannten Art bekannt, die einen ringförmigen Brennraum sowie mehrere Brenner aufweist, die an einem Eintritt des Brennraums in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Zur Reduzierung der Druckpulsationen sind bei der bekannten Brenn- kammer mehrere Helmholtzd mpfer vorgesehen, die mit dem Brennraum kommunizieren. Hierdurch können die Druckpulsationen bereits im Bereich der Brennkammer gedämpft werden. Um derartige Helmholtzresonatoren in der Brennkammer unterbringen zu können, ist ein relativ großer Einbauraum erforderlich, der jedoch nicht in jedem Anwendungsfall zur Verfügung steht und insbesondere nicht ohne weiteres nachrüstbar ist.
Darstellung der Erfindung
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in den
Ansprüchen gekennzeichnet ist, beschäftigt sich mit dem Problem, für eine Brennkammer der eingangs genannten Art einen verbesserten Weg zur Reduzierung von Druckpulsationen aufzuzeigen, der insbesondere wenig Bauraum benötigt.
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 Brennanordnung, die aus mehreren, ringförmig angeordneten Brennern besteht, jeden Brenner für sich im Hinblick auf Druckpulsation zu überwachen und beim Auftreten unzulässiger lokaler Druckpulsationen gezielt auf den jeweiligen Brenner zur Reduzierung der Druckpulsationen einzuwirken. Das globale Pulsationsproblem der gesamten Brenneranordnung wird somit bei der Erfindung auf mehrere lokale Pulsationsprobleme bei den einzelnen Brennern aufgeteilt. Diese Vorgehensweise beruht auf der Erkenntnis, dass die Druckpulsation im Brennraum und somit die Instabilität der Verbrennungs- reaktion in Abhängigkeit von Druckpulsationen entstehen, die lokal an den einzelnen Brennern auftreten. Je mehr Brenner lokale Druckpulsationen zeigen, desto größer werden auch die Druckpulsationen im Brennraum und desto instabiler wird dort die Verbrennungsreaktion. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise können somit nachteilige Auswirkungen von Druckpulsationen auf die Stabilität und auf die Funktionsweise der Verbrennungsreaktion vergleichsweise früh erkannt und durch entsprechende Gegenmaßnahmen behindert oder verhindert werden. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen greifen somit in der Regel bereits, bevor es zu einem kritischen Betriebszustand im Brennraum kommt. Ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann auch darin gesehen werden, dass durch die gezielte
Beeinflussung einzelner kritischer Brenner das gesamte Verbrennungsverhalten innerhalb des Brennraums nur geringfügig verändert wird, so dass sich die individuellen Maßnahmen zur Stabilisierung einzelner Brenner nicht oder nur geringfügig auf die Schadstoffemission und auf den Wirkungsgrad der Brennkammer auswirken.
Die an den einzelnen Brennern auftretenden Druckpulsationen werden vorzugsweise anhand der Amplituden der auftretenden Druckpulsationen bewertet. Zu diesem Zweck ist vorzugsweise jedem einzelnen Brenner ein separater Drucksensor zugeordnet, der die Überwachung der Amplituden ermöglicht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann bei der vorliegenden Erfindung für jeden Brenner der Brenπeranordnung ein eigener Regelkreis aufgebaut werden, der es ermöglicht, den jeweiligen Brenner so zu betreiben, dass die Amplituden der ggf. lokal auftretenden Pulsatioπen unter einem vorbestimmten oder vorbestimmbaren Schwellwert bleiben. Von besonderer Bedeutung ist hierbei, dass die Regelkreise jeweils für sich und somit unabhängig von den anderen Regelkreisen arbeiten können.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen. Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammer,
Fig. 2 eine Ansicht wie in Fig. 1, jedoch bei einer anderen Ausführungsform, Fig. 3 ein Diagram, in dem die Amplituden der auftretenden Druckpulsationen für die Brenner der Brennkammer aufgetragen ist.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Form eine Brennkammer 1 für eine im Übrigen nicht dargestellte Gasturbine. Die Brennkammer 1 besitzt einen ringförmigen Brennraum 2, von dem in Fig. 1 ein Eintritt 3 sichtbar ist. Die Brennkammer 1 umfasst außerdem zumindest eine ringförmige Brenneranordnung 4, die aus mehreren Brennern 5 besteht. Diese Brenner 5 sind am Eintritt 3 in Umfangs- richtung verteilt angeordnet. Bei der hier gezeigten, exemplarischen Ausführungsform besitzt die Brenneranordnung 4 zwölf Brenner 5. Es ist klar, dass bei einer anderen Ausführungsform auch mehr oder weniger Brenner 5 vorgesehen sein können.
Im Betrieb der Brennkammer 1 wird den Brennern 5 ein Oxidator, insbesondere Verbrennungsluft, sowie ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, z.B. Erdgas, zugeführt. In den Brennern 5 wird dann eine Vormischung des Brennstoff- Verbrennungsluft-Gemischs durchgeführt. Im Brennraum 2 erfolgt dann die Verbrennung dieses Brennstoff-Verbrennungsluft-Gemischs.
Die Brennkammer 1 umfasst außerdem ein Betätigungssystem 6, das so ausgestaltet ist, dass es jeden Brenner 5 der Brenneranordnung 4 individuell betätigen kann. In Fig. 1 ist dies durch Steuerleitungen 7 angedeutet, die jeweils vom Betätigungssystem 6 zu einem der Brenner 5 führen. Es ist klar, dass auch eine andere Art der Signalübertragung vorgesehen sein kann, z.B. mittels eines Bussystems. Das Betätigungssystem 6 kann an jedem einzelnen Brenner 5 individuell bestimmte Betriebsparameter für den jeweiligen Brenner 5 einstellen. Beispielsweise kann das Betätigungssystem 6 an jedem Brenner 5 die Luftzufuhr und/oder die Brennstoffzufuhr und/oder die Brennereinlasstemperatur einstellen.
Die Brennkammer 1 ist des weiteren mit einem Steuerungssystem 8 sowie mit einer Sensorik 9 ausgestattet. Die Sensorik 9 umfasst hier mehrere
Drucksensoren 10, und zwar für jeden Brenner 5 der Brenneranordnung 4 jeweils einen Drucksensor 10. Diese Drucksensoren 10 sind zweckmäßig so ausgestaltet, dass damit eine Amplitude von Druckpulsationen detektierbar ist, die im Bereich des jeweils zugeordneten Brenners 5 auftreten. Die detektierten Amplituden bzw. damit korrelierende Messsignale werden von der Sensorik 9 dem Steuerungssystem 8 zur Verfügung gestellt. Zu diesem Zweck kommuniziert das Steuerungssystem 8 mit der Sensorik 9. Im vorliegenden Fall sind die einzelnen Drucksensoren 10 über Signalleitungen 11 an eine Zentraleinheit 12 der Sensorik 9 angeschlossen und diese kommuniziert über eine Verbiπduπgsleitung 13 mit dem Steueruπgssystem 8. Auch hier sind grundsätzlich andere Verschaltungen möglich. Beispielsweise kann jeder Drucksensor 10 direkt an das Steuerungssystem 8 angeschlossen sein. Ebenso ist eine Variante mit einem Bussystem denkbar, bei dem die einzelnen Drucksensoren 10 und das Steuerungssystem 8 an einen entsprechenden Datenbus angeschlossen sind.
Das Steuerungssystem 8 ist außerdem mit dem Betätigungssystem 6 verbunden und so ausgestaltet, dass es das Betätigungssystem 6 zur gezielten Ansteuerung sämtlicher oder einzelner Brenner 5 betätigen kann.
Die Variante gemäß Fig. 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 1 vor allem dadurch, dass zwei ringförmige Brenneranordnungen 4 und 4' vorgesehen sind, die konzentrisch zueinander angeordnet sind. Jede Brenneranordnung 4, 4' umfasst hier dieselbe Anzahl an Brennern 5 und 5', wobei jedem Brenner 5 der inneren Brenneranordnung 4 ein Brenner 5' der äußeren Brenneranordnung 4' zugeordnet ist, wobei außerdem die einander zugeordneten Brenner 5 und 5' in radialer Richtung voneinander beabstandet sind. Bei einer derartigen Ausführungsform kann es zweckmäßig sein, jedem Paar radial angeordneter Brenner 5, 5' einen gemeinsamen Drucksensor 10 zuzuordnen. In entsprechender Weise ist dann das Betätigungssystem 6 so ausgestaltet, dass es die einander zugeordneten Brenner 5, 5' paarweise ansteuert. Durch diese Gruppenbildung oder Paarbildung kann der Regelungsaufwand bzw. Steuerungsaufwand reduziert werden. Eine solche Paar- oder Gruppenbildung ist grundsätzlich auch in Umfangsrichtung möglich, insbesondere bei einer großen Brenneraπzahl. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Ausführungsform möglich, bei der jedem einzelnen Brenner 5 und 5' ein eigener Drucksensor 10 zugeordnet ist und bei der das Betätigungssystem 6 jeden einzelnen Brenner 5 und 5' individuell betätigen kann.
In Fig. 3 ist eine Situation dargestellt, die im Betrieb der Brennkammer 1 typischerweise auftreten kann. Das Diagramm zeigt die mit Hilfe der Drucksensoren 10 ermittelten Amplituden A, und zwar individuell für jeden einzelnen Brenner 5. Dabei sind im Diagramm die einzelnen Brenner 5 im Index von 1 bis 12 durchnummeriert. Diese Nummerierung der Brenner 5 entspricht bei der Anordnung gemäß Fig. 1 beispielsweise einer Nummerierung der
Brenner 5 im Uhrzeigersinn entsprechend einer Uhr, das heißt, der Brenner 5 2 befindet sich oben, also auf der 12-Uhr-Position.
Im Diagramm gemäß Fig. 3 ist außerdem ein Schwellwert As für die Amplitude A der Druckpulsationen in Form einer unterbrochenen Linie eingetragen.
Druckamplituden A, die unterhalb des Schwellwerts As liegen, repräsentieren „normale" Pulsationen, bei denen kein Handlungsbedarf vorliegt. Die oberhalb des Schwellwerts As liegenden Amplituden A sind „kritisch", so dass beim jeweiligen zugehörigen Brenner 5 ein Handlungsbedarf vorliegt. Im hier dargestellten, exemplarischen Fall sind somit der zweite Brenner 52) der fünfte Brenner 5s, der achte Brenner 5β und der neunte Brenner 5g kritisch, was in Fig. 1 durch Vollkreise angedeutet ist, während die übrigen Brenner 5 unkritisch sind, also normal arbeiten und durch Kreislinien bzw. durch leere Kreise angedeutet sind.
Die vorliegende Erfindung arbeitet wie folgt:
Während des Betriebs der Brennkammer 1 überwacht die Sensorik 9 mittels den Drucksensoren 10 die Amplituden A der Druckpulsationen im Bereich jedes einzelnen Brenners 5. Die Messwerte werden dem Steueruπgssystem 8 übermittelt, das überprüft, ob die ermittelten Amplituden A unterhalb des Schwellwerts As liegen oder nicht.
Wenn sich beispielsweise die Situation gemäß Fig. 3 einstellt, erkennt das Steuerungssystem 8 für die vier kritischen Brenner 52, 5s, 5s und 5g einen
Handlungsbedarf dahingehend, dass an den kritischen Brennern 52) 5s, 58 und 59 die Druckpulsationen hinsichtlich ihrer Amplituden A reduziert werden müssen. Folglich betätigt das Steuerungssystem 8 das Betätigungssystem 6 in geeigneter Weise, derart, dass das Betätigungssystem 6 die kritischen Brenner 52. 55, 5β und 5g im Hinblick auf eine Reduzierung bzw. Unterdrückung der Druckpulsationen bzw. im Hinblick auf eine Schwächung der Amplituden A ansteuert. Wesentlich ist hierbei, dass das Steuerungssystem 8 über das Betätigungssystem 6 ausschließlich die kritischen Brenner 52. 5s, 5s und 5g zur Reduzierung der Schwingungsamplituden A ansteuert, während alle anderen, normal arbeitenden Brenner 5 unverändert weiter betrieben werden. Diese Vorgehensweise hat zum einen den Vorteil, dass die nachfolgend noch beschriebenen Maßnahmen zur Reduzierung der Druckpulsationen nur einen geringen Einfluss auf das Gesamtbetriebsverhalten der Brennerkammer 1 haben, da ja nur die kritischen Brenner 5 und nicht alle Brenner 5 beeinflusst werden. Zum anderen können die jeweiligen Maßnahmen am jeweiligen kritischen Brenner 5 sehr drastisch ausgewählt werden und somit effektiv arbeiten, ohne dass dabei kritische Betriebszustände für die Brennkammer 1 entstehen. Außerdem werden auf diese Weise die sich aufbauenden Druckpulsationen zu einem sehr frühen Zeitpunkt bekämpft, zu dem sie sich in der Regel noch nicht nachteilig für den Betrieb der Brennkammer 1 , das heißt für die Verbrennungsreaktion im Brennraum 2 ausgewirkt haben.
Um die Amplituden A der Druckpulsationen an den einzelnen kritischen Brennern 52, 5s, 58 und 5g individuell abzusenken, kann das Betätigungssystem 6 beispielsweise am jeweiligen Brenner 5 die Luftzufuhr und/oder die Brennstoffzufuhr und/oder die Brennstoffeinlasstemperatur reduzieren. Beispielsweise führt eine Drosselung der Brennstoffzufuhr um z.B. 50 % zu einer effektiven Reduzierung der Pulsationsamplituden A. Wenn bei allen vier kritischen Brennern 52, 5s, 58 und 5g jeweils die Brennstoffzufuhr um 50 % reduziert wird, bedeutet dies für die gesamte Brenneranordnung 4 eine Reduzierung der Brennstoffzuführung um nur etwa 16,7 %. Durch die drastischen Maßnahmen kann die Pulsation an den kritischen Brennern 5 sehr effektiv bekämpft werden, so dass innerhalb kurzer Zeit ein normaler Betrieb für den jeweiligen Brenner 5 erzielt werden kann.
Bei der hier gezeigten Ausführungsform werden die Brenner 5 in Abhängigkeit der Amplitude A der am jeweiligen Brenner 5 auftretenden Druckpulsationen angesteuert, um am jeweiligen kritischen Brenner 5 die Amplituden A von kritischen Werten oberhalb des Schwellwerts As auf unkritische oder normale Werte unterhalb des Schwellwerts As abzusenken. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Führungsgrößen für die Steuerung bzw. Regelung der Brenner 5 denkbar, die mit den Druckpulsationen an den einzelnen Brennern 5 korrelieren. Da bei der erfindungsgemäßen Brennkammer 1 jedem Brenner 5 ein eigener Drucksensor 10 zugeordnet ist und da außerdem das Steuerungssystem 8 über das Betätigungssystem 6 eine individuelle Betätigung der einzelnen Brenner 5 ermöglicht, kann für jeden einzelnen Brenner 5 der Brenneranordnung 4 bei der erfindungsgemäßen Brennkammer 1 ein eigener geschlossener Regelkreis ausgebildet werden. Wichtig ist dabei, dass jeder einzelne Regelkreis unabhängig von den anderen Regelkreisen den zugehörigen Brenner 5 im Hinblick auf eine Reduzierung der Druckpulsationen bzw. im Hinblick auf eine Absenkung der Amplitude A ansteuert bzw. regelt. Regelziel ist dabei nicht unbedingt ein bestimmter Wert für die Amplitude A, sondern vielmehr die
Absenkung der lokal auftretenden Amplitude A unter den jeweiligen Schwellwert As- Diese Regelkreise werde somit im wesentlichen nur dann aktiviert und nur solange betrieben, wie beim jeweiligen kritischen Brenner 5 die Amplitude oberhalb des jeweiligen Schwellwerts As liegt.
Der Schwellwert As kann ein statischer Absolutwert sein, der beispielsweise empirisch ermittelt ist. Alternativ kann der Schwellwert As auch ein dynamischer Relativwert sein, der sich aus einer Gesamtbetrachtung aller aktuellen Amplituden A an den Brennern 5 ergibt. Beispielsweise zieht der relative Schwellwert As eine Grenze für Ausreißer, die im Hinblick auf einen Mittelwert aller Amplituden A nicht mehr zulässig sind bzw. als kritisch betrachtet werden. Ebenso ist eine Kombination aus statischem Absolutwert und dynamischem Relativwert möglich, um auch den seltenen Fall berücksichtigen zu können, bei dem sämtliche Brenner 5 kritische Amplituden zeigen.
Bezugszeichenliste
Brennkammer
Brennraum
Eintritt von 2
Brenneranordnung
Brenner
Betätigungssystem
Steuerleitung
Steuerungssystem
Sensorik
Drucksensor
Signalleitung
Zentraleinheit von 9
Verbindungsleitung

Claims

Patentansprüche
1. Brennkammer für eine Gasturbine, - mit einem ringförmigen Brennraum (2) und
- mit wenigstens einer ringförmigen Brenneranordnung (4) mit mehreren Brennern (5), die an einem Eintritt (3) des Brennraums (2) im Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, dad u rch ge ke nnzei ch net, - dass ein Betätigungssystem (6) vorgesehen ist, das zur individuellen Betätigung jedes Brenners (5) der Brenneranordnung (4) ausgebildet ist,
- dass ein Steuerungssystem (8) vorgesehen ist, das jeden Brenner (5) der Brenneranordnung (5) mittels einer geeigneten Sensorik (9) einzeln überwacht und über das Betätigungssystem (6) einzeln im Hinblick auf eine Unterdrückung und/oder Reduzierung von Druckpulsationen ansteuert.
2. Brennkammer nach Anspruch 1 , dad u rch ge ke n nzeich net, dass die Sensorik (9) für jeden Brenner (5) der Brenneranordnung (4) einen Drucksensor (10) aufweist, mit dem die Amplituden (A) von am jeweiligen Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen detektierbar sind.
3. Brennkammer nach Anspruch 1 oder 2, dad u rch ge ken nzeich net, dass das Betätigungssystem (6) so ausgestaltet ist, dass es beim jeweiligen Brenner (5) zur Unterdrückung und/oder Reduzierung der Druckpulsationen die Luftzufuhr und/oder die Brennstoffzufuhr und/oder die Brennereinlasstemperatur reduziert.
4. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungssystem (8) so ausgestattet ist, dass es den jeweiligen Brenner (5) in Abhängigkeit der Amplitude (A) der am Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen über das Betätigungssystem (6) zur Unterdrückung und/oder Reduzierung der Druckpulsationen ansteuert.
5. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass über das Steuerungssystem (8), die Sensorik (9) und das Betätigungssystem (6) für jeden Brenner (5) der Brenneranordnung (4) ein eigener, geschlossener Regelkreis ausgebildet ist, der den jeweiligen Brenner (5) so betätigt, dass die Amplituden (A) der am jeweiligen Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Schwellwert (As) nicht übersteigen.
6. Brennkammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Schwellwert (As) ein Absolutwert ist, oder
- dass der Schwellwert (As) ein Relativwert ist, der sich aus einem Vergleich der Amplituden (A) der Druckpulsationen an allen Brennern (5) der Brenneranordnung (4) ergibt.
7. Brennkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadu rch ge kennzeichnet,
- dass wenigstens zwei radial und/oder in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte Brenner (5) zu einer Brennergruppe zusammeπgefasst sind, - dass das Betätigungssystem (6) zur individuellen Betätigung jeder Brennergruppe ausgebildet ist,
- dass die Brennergruppen individuell im Hinblick auf Druckpulsationen überwacht werden.
8. Verfahren zum Reduzieren von Druckpulsationen bei einer Gasturbinen- Brennkammer (1), die einen ringförmigen Brennraum (2) sowie zumindest eine Brenneraπordnung (4) mit mehreren an einem Eintritt (3) des Brennraums (2) in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Brennern (5) aufweist, dad u rch geke nnzeich net, dass jeder Brenner (5) der Brenneranordnung (4) einzeln im Hinblick auf Druckpulsationen überwacht und zur Unterdrückung und/oder Reduzierung der Druckpulsation angesteuert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dad u rch geke n nzeich net, dass bei jedem Brenner (5) der Brenneranordnung (4) die Amplituden (A) der am jeweiligen Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen überwacht werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dad u rch ge ke nnzeich net, dass jeder Brenner (5) der Brenneranordnung (4) in Abhängigkeit der Amplitude (A) der am jeweiligen Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen zur Unterdrückung und/oder Reduzierung der Druckpulsationen angesteuert wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dad u rch ge ke n nzeichnet, dass zur Unterdrückung und/oder zur Reduzierung der Druckpulsationen beim jeweiligen Brenner (5) die Luftzuführung und/oder die Brennstoffzuführung und/oder die Brennereintrittstemperatur reduziert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11. dadurch gekennzeichnet, dass jeder Brenner (5) der Brenneranordnung (4) mit einem eigenen, geschlossenen Regelkreis geregelt wird, derart, dass die Amplituden (A) der am jeweiligen Brenner (5) auftretenden Druckpulsationen einen vorbestimmten oder vorbestimmbaren Schwellwert (As) nicht übersteigen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Schwellwert (As) ein Absolutwert ist, oder
- dass der Schwellwert (As) ein Relativwert ist, der sich aus einem Vergleich der Amplituden (A) der Druckpulsationen an allen Brennern (5) der Brenneranordnung (4) ergibt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei radial und/oder in Umfangsrichtung unmittelbar benachbarte Brenner (5) zu einer Brennergruppe zusammengefasst sind, wobei jede Brennergruppe einzeln im Hinblick auf Druckpulsationen überwacht und zur Unterdrückung und/oder Reduzierung der Druckpulsationen angesteuert wird.
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