WO2014114535A1 - Brenner mit einer zentralen brennstoffzufuhranordnung - Google Patents

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    • F23R2900/00004—Preventing formation of deposits on surfaces of gas turbine components, e.g. coke deposits

Definitions

  • Burner with a central fuel supply arrangement The invention relates to a burner with a central one
  • Fuel supply arrangement for lean premix combustion also for liquid fuels with increased coking tendency.
  • burners have been developed in recent years that have particularly low emissions of nitrogen oxides (NOx).
  • NOx nitrogen oxides
  • Such burners can be operated either selectively or in combination not only with one fuel, but also with different fuels, for example oil and natural gas, in order to increase the supply reliability and flexibility of the operation.
  • Such burners are described, for example, in EP 0 276 696 B1.
  • the burner described in EP 0 276 696 B1 is a hybrid burner for premixing operation with gas and / or oil, as it is used in particular for gas turbine plants.
  • the burner comprises a central fuel supply arrangement, in which also a pilot burner system is integrated, which is operable with gas and / or oil as a so-called diffusion burner or as a separate premix burner.
  • a pilot burner system is integrated, which is operable with gas and / or oil as a so-called diffusion burner or as a separate premix burner.
  • the central fuel supply assembly is surrounded by a main burner system having an air supply annular channel system with a swirler blading therein having a plurality of vanes and pre-mixing gas nozzles located upstream of the vanes.
  • inlet nozzles for oil in the area of the swirl vanes are present in the fuel supply arrangement, which allow premixing of the main air flow with oil.
  • the fuel gas can also be injected through arranged in the swirl blades nozzle orifices in the air duct, as described for example in EP 0 580 683 Bl.
  • the object of the invention is to provide a burner of the type mentioned, in which the ⁇ l -Verkokung is avoided in the internal oil distribution system of premix burners.
  • the invention solves this problem by providing that in such a burner having a central fuel supply arrangement, an annular air duct surrounding the central fuel supply arrangement for supplying combustion air, first fuel nozzles for injecting a substantially gaseous fuel into the annular air duct, wherein the first fuel nozzles of a first fuel distributors in the fuel supply arrangement and second fuel nozzles for injecting a substantially liquid fuel into the annular air channel, the second fuel nozzles being fed from a second fuel distributor in the first fuel distributor
  • Fuel supply arrangement are fed, the second fuel distributor in the central fuel supply assembly through an air gap substantially from the rest of the central Fuel supply arrangement is thermally decoupled, wherein the second fuel nozzles are arranged in the central fuel supply arrangement on the annular air channel and in the region of the second fuel nozzles, the air gaps relative to the annular air duct are closed.
  • the invention is based on the recognition that the oxygen responsible for the oil coking in the oil can not be completely removed and therefore coking must be prevented or reduced by reducing the heat input.
  • the burner internal ⁇ lvertei- is largely thermally separated from the rest of the burner, so that the oil distribution channel is not just a channel in the burner body, as in previous hybrid burners, but is largely separated by a surrounding air gap from the rest of the burner ,
  • the central fuel supply assembly includes not only the second fuel distributor for the second fuel nozzles for injecting a substantially liquid fuel, but also the corresponding fuel supply to the second fuel distributor. It is therefore advantageous if this fuel supply is also thermally decoupled by an air gap substantially from the rest of the central fuel supply arrangement.
  • the heat flow is reduced to the oil distribution channel, reduces the heating of the oil and lowered the coking risk.
  • the reduction of the heat input is a necessary condition for a permanent and trouble-free combustion. free operation.
  • the advantages of the invention can also be used for fuels with low to moderate coking tendency.
  • the burner 1 according to the invention which can optionally be used in conjunction with a plurality of identical burners, for example in the combustion chamber of a gas turbine plant, comprises an inner pilot burner system and a main burner system concentrically surrounding the pilot burner system.
  • the figure essentially shows the main burner system. Both the pilot burner system and the main burner system may optionally be operated with gaseous and / or liquid fuels, such as natural gas or fuel oil.
  • the main burner system comprises a central fuel supply arrangement 2 and an annular air channel 3 surrounding this central fuel supply arrangement 2, through which a plurality of swirl vanes 11 of a swirl blading extend. These swirl vanes 11 have first fuel nozzles 4, through which fuel gas in the inflowing through the annular air channel 3
  • Air 12 can be injected.
  • oil or other liquid fuels
  • air 12 can be injected into the air 12 flowing through the annular air channel 3 by means of second fuel nozzles 6.
  • the arranged in the swirl vanes 11 first fuel nozzles 4, as well as arranged in the central fuel supply assembly 2 on the annular air duct 3 second fuel nozzles 6 are supplied via the central fuel supply assembly 2, the so-called hub with fuel.
  • first 5 and second fuel distributor 7 are arranged, which supply the first fuel nozzles 4 with gaseous and the second fuel nozzles 6 with liquid fuel.
  • the central fuel supply arrangement 2 comprises fuel feeds.
  • the figure shows the BrennstoffZu arrangement 9 for the second fuel distributor 7, ie the oil supply.
  • the second fuel distributor 7 in the central fuel supply arrangement 2 is substantially thermally decoupled from the remainder of the central fuel supply arrangement 2 by an air gap 8 surrounding it, which is closed in the region of the second fuel nozzles 6 with respect to the annular air duct 3, for example by welding (End 13 for air gap 8), so as to avoid a flow through the air gap 8 with Ver whorend Kunststoff 12.
  • the fuel supply 9 to the second fuel distributor 7 is thermally decoupled from the rest of the central fuel supply arrangement 2 by an air gap 10.
  • the second fuel distributor 7 and the fuel feed 9 are free of oil. Thus, it can not come to a coking in these areas.
  • oil operation the coking is now avoided or at least reduced, that a better cooling of the second fuel distributor 7 and the fuel supply 9 by the flowing oil itself, because due to the air gaps 8, 10 a smaller amount of heat from the annular air duct 3 at the second

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Brenner (1) mit einer zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2), einem die zentrale Brennstoffzufuhranordnung (2) umgebenden Ringluftkanal (3) zur Zuführung von Verbrennungsluft, ersten Brennstoffdüsen (4) zum Eindüsen eines im Wesentlichen gasförmigen Brennstoffs in den Ringluftkanal (3), wobei die ersten Brennstoffdüsen (4) von einem ersten Brennstoffverteiler (5) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) gespeist werden, und zweiten Brennstoffdüsen zum Eindüsen eines im Wesentlichen flüssigen Brennstoffs in den Ringluftkanal (3), wobei die zweiten Brennstoffdüsen von einem zweiten Brennstoffverteiler (7) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) gespeist werden und wobei der zweite Brennstoffverteiler (7) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) durch einen Luftspalt (8) im Wesentlichen vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) thermisch entkoppelt ist, wobei die zweiten Brennstoffdüsen in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) am Ringluftkanal (3) angeordnet sind und im Bereich der zweiten Brennstoffdüsen die Luftspalte (8) gegenüber dem Ringluftkanal (3) geschlossen sind.

Description

Beschreibung
Brenner mit einer zentralen Brennstoffzufuhranordnung Die Erfindung betrifft einen Brenner mit einer zentralen
Brennstoffzufuhranordnung für magere Vormischverbrennung auch für flüssige Brennstoffe mit erhöhter Verkokungsneigung .
Im Hinblick auf die weltweiten Bemühungen zur Senkung des Schadstoffausstoßes von Befeuerungsanlagen, insbesondere bei Gasturbinen, wurden in den letzten Jahren Brenner entwickelt, die besonders geringe Ausstöße an Stickoxiden (NOx) aufweisen. Dabei wird vielfach Wert darauf gelegt, dass solche Brenner jeweils nicht nur mit einem Brennstoff, sondern mög- liehst mit verschiedenen Brennstoffen, beispielsweise Öl und Erdgas wahlweise oder in Kombination betreibbar sind, um die Versorgungssicherheit und Flexibilität des Betriebs zu erhöhen. Solche Brenner sind beispielsweise in der EP 0 276 696 Bl beschrieben.
Der in EP 0 276 696 Bl beschriebene Brenner ist ein Hybridbrenner für Vormischbetrieb mit Gas und/oder Öl, wie er insbesondere für Gasturbinenanlagen angewendet wird. Der Brenner umfasst eine zentrale Brennstoffzufuhranordnung, in die auch ein Pilotbrennersystem integriert ist, welches mit Gas und/oder Öl als ein sogenannter Diffusionsbrenner oder als gesonderter Vormischbrenner betreibbar ist. Zusätzlich ist die Möglichkeit zur Einspeisung von Inertstoffen vorgesehen. Die zentrale Brennstoffzufuhranordnung ist von einem Haupt- brennersystem umgeben, welches ein Luftzufuhr-Ringkanalsystem mit einer darin befindlichen Drallbeschaufelung mit einer Mehrzahl von Schaufeln und stromauf von den Schaufeln angeordneten Düsenrohren für den Vormischbetrieb mit Gas aufweist. Zusätzlich sind in der Brennstoffzufuhranordnung Ein- lassdüsen für Öl im Bereich der Drallbeschaufelung vorhanden, die eine Vormischung des Hauptluftstroms mit Öl ermöglichen. Statt wie in EP 0 276 696 Bl mittels stromauf von den
Drallschaufeln gelegener Düsenrohre kann das Brenngas auch durch in den Drallschaufeln selbst angeordnete Düsenöffnungen in den Luftkanal eingedüst werden, wie dies beispielsweise in EP 0 580 683 Bl beschrieben ist.
Diese Verbrennungstechnik der mageren Vormischverbrennung wird aber üblicherweise für flüssige Brennstoffe mit erhöhter Verkokungsneigung, z.B. Crude Oil, nicht eingesetzt, da die hierfür notwendige "Multi Point Injection" ein Verteilersystem innerhalb des Brenners und kleine Düsen benötigt. Da in diesen Brennstoffen stets eine wenn auch geringe Menge Sauerstoff vorhanden ist, können während des Betriebs aufgrund des Wärmeeintrags der heißen Verdichterluft (>400°C) im Vertei- lersystem innerhalb des Brenners Verkokungen auftreten. Mit zunehmender Betriebszeit können sich so Beläge bilden, die insbesondere wenn sie abplatzen die Düsen verstopfen können und die Betriebsfähigkeit des Brenners herabsetzen oder nicht mehr zulassen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Brenner der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem die Öl -Verkokung im internen Ölverteilersystem von Vormischbrennern vermieden wird. Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem derartigen Brenner mit einer zentralen Brennstoffzufuhranordnung, einem die zentrale Brennstoffzufuhranordnung umgebenden Ringluftkanal zur Zuführung von Verbrennungsluft, ersten Brennstoffdüsen zum Eindüsen eines im Wesentlichen gasförmigen Brennstoffs in den Ringluftkanal, wobei die ersten Brennstoffdüsen von einem ersten BrennstoffVerteiler in der Brennstoffzufuhranordnung gespeist werden, und zweiten Brennstoffdüsen zum Eindüsen eines im Wesentlichen flüssigen Brennstoffs in den Ringluftkanal, wobei die zweiten Brenn- stoffdüsen von einem zweiten BrennstoffVerteiler in der
Brennstoffzufuhranordnung gespeist werden, der zweite BrennstoffVerteiler in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung durch einen Luftspalt im Wesentlichen vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung thermisch entkoppelt ist, wobei die zweiten Brennstoffdüsen in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung am Ringluftkanal angeordnet sind und im Bereich der zweiten Brennstoffdüsen die Luftspalte gegenüber dem Ring- luftkanal geschlossen sind.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass der für die Öl-Verkokung ursächliche Sauerstoff im Öl nicht restlos entfernt werden kann und Verkokung daher dadurch verhindert oder vermindert werden muss, dass die Wärmezufuhr reduziert wird.
Nach der Erfindung wird deshalb der brennerinterne Ölvertei- ler weitgehend thermisch vom Rest des Brenners abgetrennt, so dass der Ölverteilerkanal nicht einfach nur ein Kanal im Brennerkörper ist, wie in bisherigen Hybrid-Brennern, sondern durch einen umgebenden Luftspalt weitgehend vom Rest des Brenners abgegrenzt ist.
Dabei ist wichtig, dass die Luftspalte gegenüber dem Ringka- nal geschlossen, beispielsweise verschweißt sind. Damit wird eine Durchströmung des Luftspalts mit Verdichterendluft verhindert, die ansonsten die isolierende Wirkung des Luftspalts vermindern würde . Die zentrale Brennstoffzufuhranordnung umfasst nicht nur den zweiten BrennstoffVerteiler für die zweiten Brennstoffdüsen zum Eindüsen eines im Wesentlichen flüssigen Brennstoffs, sondern auch die entsprechende BrennstoffZuführung zum zweiten BrennstoffVerteiler . Es ist daher vorteilhaft, wenn auch diese BrennstoffZuführung durch einen Luftspalt im Wesentlichen vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung thermisch entkoppelt ist.
Mit der Erfindung wird der Wärmestrom zum Ölverteilerkanal reduziert, die Aufheizung des Öls verringert und das Verkokungsrisiko gesenkt. Insbesondere für Brennstoffe mit hoher Verkokungsneigung wird die Reduzierung des Wärmeeintrags als notwendige Voraussetzung für einen dauerhaften und störungs- freien Betrieb angesehen. Natürlich können die Vorteile der Erfindung auch für Brennstoffe mit geringer bis moderater Verkokungsneigung genutzt werden. Nachfolgend wird mit Bezug auf die Figur, die schematisch und beispielhaft einen Schnitt durch einen Brenner 1 nach der Erfindung zeigt, das dem Brenner 1 zugrunde liegende Konzept beschrieben . Der erfindungsgemäße Brenner 1, der ggf. in Verbindung mit mehreren gleichartigen Brennern beispielsweise in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage eingesetzt werden kann, um- fasst ein inneres Pilotbrennersystem und ein das Pilotbrennersystem konzentrisch umgebendes Hauptbrennersystem. Die Fi- gur zeigt im Wesentlichen das Hauptbrennersystem. Sowohl Pilotbrennersystem als auch Hauptbrennersystem können wahlweise mit gasförmigen und/oder flüssigen Brennstoffen, wie bspw. Erdgas oder Heizöl, betrieben werden. Das Hauptbrennersystem umfasst eine zentrale Brennstoffzu- fuhranordnung 2 und einen diese zentrale Brennstoffzufuhran- ordnung 2 umgebenden Ringluftkanal 3, durch den sich mehrere Drallschaufeln 11 einer Drallbeschaufelung erstrecken. Diese Drallschaufeln 11 weisen erste Brennstoffdüsen 4 auf, durch die Brenngas in die durch den Ringluftkanal 3 einströmende
Luft 12 eingedüst werden kann. In die durch den Ringluftkanal 3 strömende Luft 12 kann mittels zweiter Brennstoffdüsen 6 zudem Öl (oder andere flüssige Brennstoffe) eingedüst werden. Die in den Drallschaufeln 11 angeordneten ersten Brennstoffdüsen 4, sowie die in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung 2 am Ringluftkanal 3 angeordneten zweiten Brennstoffdüsen 6 werden über die zentrale Brennstoffzufuhranordnung 2, die sogenannte Nabe, mit Brennstoff versorgt. In dieser sind erste 5 und zweite Brennstoff erteiler 7 angeordnet, die die ersten Brennstoffdüsen 4 mit gasförmigem und die zweiten Brennstoffdüsen 6 mit flüssigem Brennstoff versorgen. Weiterhin umfasst die zentrale Brennstoffzufuhranordnung 2 Brennstoffzuführun- gen für den ersten 5 und den zweiten Brennstoff erteiler 7. Die Figur zeigt die BrennstoffZuführung 9 für den zweiten BrennstoffVerteiler 7, d.h. die Ölzuführung. Nach der Erfindung ist der zweite BrennstoffVerteiler 7 in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung 2 im Wesentlichen vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung 2 durch einen ihn umgebenden Luftspalt 8 thermisch entkoppelt, der im Bereich der zweiten Brennstoffdüsen 6 gegenüber dem Ringluftka- nal 3, beispielsweise durch Verschweißen, geschlossen ist (Abschluss 13 für Luftspalt 8) , um so ein Durchströmen des Luftspalts 8 mit Verdichterendluft 12 zu vermeiden. In der Figur ist neben dem zweiten BrennstoffVerteiler 7 auch die Brennstoffzuführung 9 zum zweiten BrennstoffVerteiler 7 durch einen Luftspalt 10 vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung 2 thermisch entkoppelt.
Im reinen Gasbetrieb sind der zweite BrennstoffVerteiler 7 und die BrennstoffZuführung 9 frei von Öl . Somit kann es in diesen Bereichen nicht zu einer Verkokung kommen. Im Ölbe- trieb wird die Verkokung nun dadurch vermieden oder zumindest gemindert, dass eine bessere Kühlung des zweiten Brennstoff- Verteilers 7 und der Brennstoffzuführung 9 durch das fließende Öl selbst erfolgt, weil aufgrund der Luftspalte 8, 10 eine geringere Wärmemenge aus dem Ringluftkanal 3 an den zweiten
BrennstoffVerteiler 7 bzw. die Brennstoffzuführung 9 übertragen wird.

Claims

Brenner (1) mit einer zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2), einem die zentrale Brennstoffzufuhranordnung (2) umgebenden Ringluftkanal (3) zur Zuführung von Verbrennungsluft, ersten Brennstoffdüsen (4) zum Eindüsen eines im Wesentlichen gasförmigen Brennstoffs in den Ringluftkanal (3), wobei die ersten Brennstoffdüsen (4) von einem ersten Brennstoffverteiler (5) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) gespeist werden, und zweiten Brennstoffdüsen (6) zum Eindüsen eines im Wesentlichen flüssigen Brennstoffs in den Ringluftkanal (3), wobei die zweiten Brennstoffdüsen (6) von einem zweiten Brennstoffverteiler (7) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) gespeist werden und wobei der zweite BrennstoffVerteiler (7) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) durch einen Luftspalt (8) im Wesentlichen vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) thermisch entkoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Brennstoffdüsen (6) in der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) am Ringluftkanal (3) angeordnet sind und im Bereich der zweiten Brennstoffdüsen (6) die Luftspalte (8) gegenüber dem Ringluftkanal (3) geschlossen sind.
Brenner (1) nach Anspruch 1, wobei die zentrale Brennstoffzufuhranordnung (2) ferner eine BrennstoffZuführung (9) zum zweiten BrennstoffVerteiler (7) umfasst und die BrennstoffZuführung (9) durch einen Luftspalt (10) im Wesentlichen ebenfalls vom Rest der zentralen Brennstoffzufuhranordnung (2) thermisch entkoppelt ist.
PCT/EP2014/050687 2013-01-25 2014-01-15 Brenner mit einer zentralen brennstoffzufuhranordnung Ceased WO2014114535A1 (de)

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