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    Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brennraum, insbesondere für eine Gasturbinenanlage, mit zumindest einem Vormischbrenner (1), der einen Brenneraustritt für die Zufuhr eines Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisches in den Brennraum (2) aufweist, und zumindest einem gasdurchlässigen, perforiert ausgebildeten Abschnitt (7, 8) in einer Wandung (11) des Brennraums (2) und/oder einer Frontplatte des Vormischbrenners (1), der mit einem Mittel (5) zur Zuführung eines brennbaren Gases oder Gasgemisches zum Brennraum (2) in Fluidverbindung steht. Der gasdurchlässige Abschnitt (7, 8) ist beim vorliegenden Brennraum doppelwandig mit einer inneren (8), dem Brennraum (2) zugewandten und einer äußeren, dem Brennraum (2) abgewandten Wandung (7) ausgebildet, zwischen denen ein definierter Abstand vorliegt, und die Größe des Abstandes, die Porosität der Perforation der inneren Wandung (8) und die Dicke der inneren Wandung (8) sind so aufeinander abgestimmt, dass die komplexe Schallimpedanz des gasdurchlässigen Abschnittes für im Betrieb auftretende Pulsation des Brennraums zumindest annähernd den Wert rho È c annimmt. DOLLAR A Mit dem vorliegenden Brennraum lässt sich in vorteilhafter Weise ein Pilotbrenner realisieren, der gleichzeitig akustische Schwingungen im Brennraum dämpft.The invention relates to a combustion chamber, in particular for a gas turbine plant, with at least one premix burner (1), which has a burner outlet for the supply of a fuel-oxidant mixture into the combustion chamber (2), and at least one gas-permeable, perforated section (7 , 8) in a wall (11) of the combustion chamber (2) and / or a front plate of the premix burner (1), which is in fluid communication with a means (5) for supplying a combustible gas or gas mixture to the combustion chamber (2). The gas-permeable section (7, 8) is double-walled in the present combustion chamber with an inner (8), the combustion chamber (2) facing and an outer wall (7) facing away from the combustion chamber (2), between which there is a defined distance, and the size of the distance, the porosity of the perforation of the inner wall (8) and the thickness of the inner wall (8) are coordinated so that the complex sound impedance of the gas-permeable section for pulsation of the combustion chamber occurring during operation is at least approximately the value rho È c accepts. DOLLAR A With the available combustion chamber, a pilot burner can be realized in an advantageous manner, which at the same time dampens acoustic vibrations in the combustion chamber.
    公开号:DE102004009226A1
    申请号:DE200410009226
    申请日:2004-02-26
    公开日:2004-09-16
    发明作者:Valter Bellucci；Klaus Dr. Döbbeling；Christian Oliver Prof. Dr. Paschereit
    申请人:Alstom Technolgoy AG；
    IPC主号:F23N1-00
    专利说明:
    [0001] Die vorliegende Erfindung betriffteinen Brennraum, insbesondere füreine Gasturbinenanlage, mit zumindest einem Vormischbrenner, dereinen Brenneraustritt fürdie Zufuhr eines Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisches in den Brennraumaufweist, und zumindest einem gasdurchlässigen, perforiert ausgebildetenAbschnitt in einer Wandung des Brennraums und/oder einer Frontplattedes Vormischbrenners, der mit einem Mittel zur Zuführung einesbrennbaren Gases oder Gasgemisches zum Brennraum in Fluidverbindungsteht. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betriebdes Brennraums. Der vorliegende Brennraum eignet sich besonderszur Verwendung als Brennkammer einer Gasturbinen-Anlage.The present invention relates toa combustion chamber, especially fora gas turbine plant, with at least one premix burner, thea burner outlet forthe supply of a fuel-oxidant mixture into the combustion chamberhas, and at least one gas-permeable, perforatedSection in a wall of the combustion chamber and / or a front plateof the premix burner, which is equipped with a means for supplying aflammable gas or gas mixture to the combustion chamber in fluid communicationstands. The invention further relates to a method for operationof the combustion chamber. The present combustion chamber is particularly suitablefor use as the combustion chamber of a gas turbine system.
    [0002] In der modernen Gasturbinentechnikwerden überwiegendsog. magere Vormischbrenner eingesetzt. Unterschiedlichste Bauartenvon mageren Vormischbrennern sind bspw. aus der US 4,781,030 , der EP 321 809 , der EP 780 629 , der WO 93/17279, der EP 945 677 oder der WO 00/12936bekannt. Diese Brenner arbeiten im Wesentlichen nach dem Prinzip, Brennstoffin einen stark verdrallten Luftstrom einzubringen, in dem diesereine homogene Mischung mit der Verbrennungsluft bildet. Die Zündung undFlammenstabilisierung erfolgen durch Aufplatzen der Drallströmung am Brenneraustritt,d. h. an der Brennermündungzur Brennkammer. Bevorzugt werden diese Brenner mit unterstöchiometrischemBrennstoff-Luftverhältnisbetrieben, typischerweise mit Luftzahlen um 2. Die Ausbildung stöchiometrischer Zonenmit heißenStellen in der Flamme, in denen eine starke Stickoxidproduktionstattfindet, wird so vermieden, und durch die gute Vormischung wirdgewöhnlichauch ein guter Ausbrand erzielt. Dabei sind diese Vormischbrennerhäufigfür einenBetrieb im Bereich der mageren Löschgrenzeausgelegt, wodurch der Betriebsbereich eingeschränkt wird. Für den Betrieb mit unterhalbder füreinen stabilen Vormischbetrieb notwendigen Brennstoffmenge werden dahersog. Pilotstufen oder Pilotbrenner eingesetzt, über die in bestimmten Betriebsbereichenzusätzlich Brennstoffin den Brennraum eingebracht wird. Dies kann über externe Pilotbrenner, wiesie aus der US 5,558,515 bekanntsind, oder überinterne Pilotstufen erfolgen, wie sie bspw. in der US 4,781,030 , der EP 321 809 oder der EP 945 677 vorgeschlagen werden.So-called lean premix burners are predominantly used in modern gas turbine technology. Different types of lean premix burners are, for example, from the US 4,781,030 , the EP 321 809 , the EP 780 629 , WO 93/17279, the EP 945 677 or WO 00/12936 known. These burners essentially work on the principle of introducing fuel into a highly swirled air stream, in which it forms a homogeneous mixture with the combustion air. The ignition and flame stabilization take place by the swirl flow bursting at the burner outlet, ie at the burner mouth to the combustion chamber. These burners are preferably operated with a substoichiometric fuel-air ratio, typically with air numbers around 2. The formation of stoichiometric zones with hot spots in the flame, in which a high nitrogen oxide production takes place, is avoided in this way, and the good premixing usually also leads to a good burnout achieved. These premix burners are often designed for operation in the area of the lean extinguishing limit, which limits the operating range. So-called pilot stages or pilot burners are used for operation with below the amount of fuel required for stable premixing operation, via which additional fuel is introduced into the combustion chamber in certain operating areas. This can be done via external pilot burners, such as those from the US 5,558,515 are known, or take place via internal pilot stages, such as those in the US 4,781,030 , the EP 321 809 or the EP 945 677 be proposed.
    [0003] In der WO 00/12936 wird eine zentralePilotstufe mit einer am Umfang der Brennermündung angeordneten Pilotstufekombiniert. Durch den Einsatz der Pilotstufen werden bei niedrigerBrennerlast, also bei sehr hohen Brenner-Gesamtluftzahlen, bei welchenein stabiler Vormischbetrieb nicht mehr zu gewährleisten ist, brennstoffreicheZonen geschaffen, die in der Lage sind, die Verbrennung zu stabilisieren. Diedeutlich erhöhtenEmissionen im Pilotbetrieb werden im Interesse der Betriebssicherheitund des erweiterten Betriebsbereiches der Brenner in Kauf genommen.Die als Diffusionsbrenner ausgeführten Pilotstufenerzeugen allerdings Zonen lokal sehr hoher thermischer Leistungsdichte.Insbesondere bei interner, aber auch bei externer Pilotierung mussdaher auf die thermische Belastung der Strukturen geachtet werden.Bei der WO 00/12936 wird die weitere Pilotstufe durch eine Anordnungeiner Mehrzahl von Auslassöffnungenum den zentralen Brenneraustritt gebildet, die in Fluidverbindungmit einem Mittel zur Zuführungvon Brennstoff bzw. einem Brennstoff-Luft-Gemisch stehen. DieseFluidverbindung wird übereinen umlaufenden Ringkanal gebildet, der mit der Brennstoffzuleitungverbunden ist. In der bevorzugten Ausgestaltung ist dieser umlaufendeRingkanal in einen unteren Ringkanal und einen oberen Ringkanalunterteilt, welche übereine Drosselstelle miteinander verbunden sind. Der obere Ringkanal stehthierbei mit der Brennstoffzuleitung in Verbindung und der untereRingkanal mit den Auslassöffnungen.In dieser Ausgestaltung wirkt der untere Ringkanal wie eine Resonanzkammer,so dass die an den AuslassöffnungenausströmendeBrennstoffmenge vom Außendruckbeeinflusst wird, was bei geeigneter Auslegung und Dimensionierungdieses unteren Ringkanals auf Druckschwingungen, wie sie durch Brennkammerpulsationenverursacht werden können,stark dämpfendwirkt.WO 00/12936 describes a centralPilot stage with a pilot stage arranged on the circumference of the burner mouthcombined. By using the pilot levels at lowerBurner load, i.e. with very high total burner air numbers, at whichstable premix operation can no longer be guaranteed, fuel-richZones created that are able to stabilize the combustion. Thesignificantly increasedEmissions in pilot operation are in the interest of operational safetyand the extended operating range of the burners.The pilot stages designed as diffusion burnershowever, create zones of very high thermal power density locally.Especially with internal, but also with external piloting musttherefore pay attention to the thermal load on the structures.In WO 00/12936, the further pilot stage is arrangeda plurality of outlet openingsformed around the central burner outlet, which is in fluid communicationwith a means of feedingof fuel or a fuel-air mixture. ThisFluid connection is overa circumferential ring channel formed with the fuel feed lineconnected is. In the preferred embodiment, this is circumferentialRing channel into a lower ring channel and an upper ring channeldivided which overa throttle point are connected to each other. The upper ring channel is standinghere with the fuel supply line and the lower oneRing channel with the outlet openings.In this embodiment, the lower ring channel acts like a resonance chamber,so that at the outlet openingsoutflowingAmount of fuel from external pressureis influenced by what is appropriate design and dimensioningthis lower ring channel to pressure vibrations, as caused by combustion chamber pulsationscan be causedstrongly dampeningacts.
    [0004] Die Neigung zur Ausbildung von thermoakustischenSchwingungen im Brennraum ist allen bekannten Vormischbrennern gemein.Diese unerwünschtenSchwingungen könneneinerseits durch eine entsprechende Steuerung der Brennstoffzufuhr undder Brennstoffverteilung, andererseits durch Dämpfungsmaßnahmen innerhalb der Brennkammer vermindertwerden. So ist bspw. aus der US 5,685,157 einakustischer Dämpferfür eineBrennkammer bekannt, der durch mehrere Resonanzrohre gebildet wird,die übereine perforierte Platte mit der Brennkammer in Verbindung stehen.Diese Resonanzrohre dienen als Helmholtz-Resonatoren, die je nachGröße des Resonanzvolumenseinzelne thermoakustische Schwingungen dämpfen. Auch die US 5,431,018 zeigt den Einsatz vonHelmholtz-Resonatoren an einer Brennkammer. Bei dieser Druckschrift istum die Zufuhrleitung fürBrennstoff zu einer Brennkammer ein ringförmiger Luftkanal für die Zufuhrvon Kühl-und Verbrennungsluft in den Brennraum ausgebildet, der mit einemResonatorvolumen in Verbindung steht. Aus der US 6,164,058 ist eine Anordnung zurDämpfungakustischer Schwingungen in einem Brennraum bekannt, bei dem ander Brennraumwand ausgebildete Kühlkanäle in ihrerLänge derartangepasst werden, dass sie am Eintritt der Kühlluft in den Brenner eineminimale akustische Impedanz aufweisen. Ein Teil dieser Kühlluft wirddann im Brenner mit dem Brennstoff vermischt und gelangt am Brenneraustrittin den Brennraum zur Verbrennung. Mit Helmholtz-Resonatoren können zwar sehr hohe Dämpfungenerreicht werden, dies jedoch nur in einem sehr engen Frequenzbereich,auf den das Resonanzvolumen abgestimmt ist. Sie sind insbesonderefür die Dämpfung einzelnerSchwingungen im niederfrequenten Bereich geeignet, in dem der Frequenzabstandzwischen den unerwünschtenSchwingungen relativ groß ist.The tendency to form thermoacoustic vibrations in the combustion chamber is common to all known premix burners. These undesirable vibrations can be reduced on the one hand by appropriate control of the fuel supply and fuel distribution, and on the other hand by damping measures within the combustion chamber. For example, from US 5,685,157 an acoustic damper for a combustion chamber is known, which is formed by a plurality of resonance tubes which are connected to the combustion chamber via a perforated plate. These resonance tubes serve as Helmholtz resonators, which dampen individual thermoacoustic vibrations depending on the size of the resonance volume. Also the US 5,431,018 shows the use of Helmholtz resonators on a combustion chamber. In this document, an annular air channel for the supply of cooling and combustion air into the combustion chamber is formed around the supply line for fuel to a combustion chamber and is connected to a resonator volume. From the US 6,164,058 An arrangement for damping acoustic vibrations in a combustion chamber is known in which the cooling ducts formed on the combustion chamber wall are adjusted in length in such a way that they have a minimal acoustic impedance at the entry of the cooling air into the burner. Part of this cooling air is then mixed with the fuel in the burner and reaches the combustion chamber for combustion at the burner outlet. With Helmholtz resonators very high damping can be achieved, but only in a very narrow frequency range, to which the resonance volume men is coordinated. They are particularly suitable for damping individual vibrations in the low-frequency range, in which the frequency spacing between the unwanted vibrations is relatively large.
    [0005] In modernen Gasturbinenanlagen, diemit Vormischbrennern arbeiten, könnenjedoch in einem breiten Frequenzbereich auch höherfrequente und eng benachbarte Schwingungendurch so genannte Brennkammerpulsationen auftreten, die die Qualität des Verbrennungsprozessesund auch die strukturelle Integrität der Anlagen gefährden. Helmholtz-Resonatorensind zur Dämpfungderartiger breitbandiger Schwingungen kaum geeignet.In modern gas turbine plants, thecan work with premix burnershowever, in a wide frequency range also higher-frequency and closely adjacent vibrationsby so-called combustion chamber pulsations that affect the quality of the combustion processand also endanger the structural integrity of the plants. Helmholtz resonatorsare for cushioningsuch broadband vibrations hardly suitable.
    [0006] Ausgehend von diesem Stand der Technik bestehtdie Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Brennraum dereingangs genannten Art anzugeben, welcher die Nachteile des Standesder Technik vermeidet und insbesondere eine effiziente Pilotierungder Vormischverbrennung unter Vermeidung punktuell exzessiver thermischerStruktubeanspruchung bei gleichzeitiger Dämpfung thermoakustischer Schwingungenermöglicht.Based on this state of the artthe object of the present invention is to provide a combustion chamberSpecify the type mentioned above, which the disadvantages of the standavoids technology and in particular efficient pilotingpremix combustion while avoiding selective excessive thermalStructural stress while damping thermoacoustic vibrationsallows.
    [0007] Die Aufgabe wird mit dem Brennraumgemäß Patentanspruch1 gelöst.Patentanspruch 14 betrifft ein Wandelement, Patentanspruch 22 einVerfahren zum Betrieb des Brennraums. Vorteilhafte Ausgestaltungendes Brennraums, des Wandelements sowie des Betriebsverfahrens sindGegenstand der Unteransprücheoder lassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielenentnehmen.The task is with the combustion chamberaccording to claim1 solved.Claim 14 relates to a wall element, claim 22 aProcess for operating the combustion chamber. Advantageous configurationsthe combustion chamber, the wall element and the operating methodSubject of the subclaimsor can be derived from the following description and the exemplary embodimentsremove.
    [0008] Der vorliegende Brennraum, der insbesonderefür denEinsatz in einer Gasturbinenanlage geeignet ist, weist in bekannterWeise zumindest einen Vormischbrenner mit einem Brenneraustrittfür die Zufuhreines Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisches in den Brennraum auf.Weiterhin ist zumindest ein gasdurchlässiger, perforiert ausgebildeterAbschnitt in einer Wandung des Brennraums und/oder einer Frontplattedes Vormisch brenners ausgebildet, der mit einem Mittel zur Zuführung einesbrennbaren Gases oder Gasgemisches zum Brennraum in Fluidverbindungsteht. Der gasdurchlässigeAbschnitt ist beim vorliegenden Brennraum doppelwandig mit einerinneren, dem Brennraum zugewandten und einer äußeren, dem Brennraum abgewandtenWandung ausgebildet, zwischen denen ein definierter Abstand vorliegt,durch den ein Zwischenraum gebildet wird. Die Größe L des Abstandes, die Porosität σ der Perforationder inneren Wandung und die Dicke der inneren Wandung sind beimvorliegenden Brennraum so aufeinander abgestimmt, dass die komplexeSchallimpedanz Z = R + iX des gasdurchlässigen Abschnittes beim bestimmungsgemäßen Betriebdes Brennraums fürdabei auftretende Pulsationsfrequenzen zumindest annähernd denWert ρ·c annimmt,wobei ρ dieDichte eines durch das brennbare Gas oder Gasgemisch gebildetenFluids und c die Schallgeschwindigkeit im Fluid darstellen.The present combustion chamber, in particularfor theUse in a gas turbine plant is suitable, known inWay at least one premix burner with a burner outletfor the feedof a fuel-oxidant mixture in the combustion chamber.Furthermore, there is at least one gas-permeable, perforated oneSection in a wall of the combustion chamber and / or a front plateof the premix burner formed with a means for feeding aflammable gas or gas mixture to the combustion chamber in fluid communicationstands. The gas permeableSection is double-walled with a in the present combustion chamberinner, facing the combustion chamber and an outer, facing away from the combustion chamberWall, between which there is a defined distance,through which a space is formed. The size L of the distance, the porosity σ of the perforationthe inner wall and the thickness of the inner wall are atexisting combustion chamber so coordinated that the complexSound impedance Z = R + iX of the gas-permeable section when used as intendedof the combustion chamber forpulsation frequencies occurring at least approximatelyAssumes the value ρ · c,where ρ is theDensity of one formed by the combustible gas or gas mixtureFluids and c represent the speed of sound in the fluid.
    [0009] Durch die vorliegende Ausbildungdes perforierten Abschnittes, insbesondere benachbart zum Vormischbrenner,werden Brennkammerdruckschwankungen beim Auftreffen auf den doppelwandigausgebildeten Abschnitt nicht unmittelbar vollständig reflektiert, sondern teilweiseabsorbiert und somit gedämpft.Der perforierte Abschnitt wirkt damit als akustisches Dämpfungselement.Dabei wird ein geringer Massenstrom durch die Perforationsöffnungender inneren Wandung in den Zwischenraum und wieder heraus gezwungen,wobei Schwingungsenergie dissipiert und die thermoakustische Schwingung gedämpft wird.Durch die fluidische Verbindung eines derartigen Dämpfungselementesmit Mitteln zur Zufuhr eines brennbaren Gases oder Gasgemisches kanndieses Dämpfungselementgleichzeitig als Pilotbrenner Verwendung finden. Der Vorteil desvorliegenden Brennraums erschöpftsich jedoch nicht alleine in der Kombination eines Pilotbrennersmit einem Dämpfungselement.Durch die Aufrechterhaltung eines Durchflusses an brennbarem Gasmit ausreichender Geschwindigkeit durch den doppelwandigen Abschnittlässt sichvielmehr die dämpfendeWirkung gegenüberDämpfungselementen,die keinen derartigen Durchfluss aufweisen, deutlich verbessern.Through the present trainingof the perforated section, in particular adjacent to the premix burner,combustion chamber pressure fluctuations become when hitting the double-walledtrained section is not immediately completely reflected, but partiallyabsorbed and thus steamed.The perforated section thus acts as an acoustic damping element.There is a small mass flow through the perforation openingsthe inner wall into the space and forced out againwhereby vibration energy dissipates and the thermoacoustic vibration is damped.Through the fluidic connection of such a damping elementwith means for supplying a combustible gas or gas mixturethis damping elementcan also be used as a pilot burner. The advantage ofexisting combustion chamber exhaustedbut not alone in the combination of a pilot burnerwith a damping element.By maintaining a flow of combustible gaswith sufficient speed through the double-walled sectionlet yourselfrather the dampingEffect againstDamping elements,that do not have such a flow, improve significantly.
    [0010] Bei der Dimensionierung des perforierten Abschnitteswird im vorliegenden Fall die reflexionsfreie Bedingung für die SchallimpedanzZ = R + iX = ρ·c zumindestannäherndeingehalten. Der Realteil R der komplexen Schallimedanz Z wird dabeials Resistanz, der ImaginärteilX als Reaktanz bezeichnet. Die absorbierende akustische Wand mitR = ρ·c wirdhierbei durch die innere Wandung des perforierten Abschnittes gebildet.Durch die Aufrechterhaltung eines Gasflusses durch den perforiertenAbschnitt während desBetriebs des Pilotbrenners ergeben sich andere Bedingungen als ohneeinen derartigen Gasfluss. Ohne einen Gasfluss wäre die Resistanz R aufgrund derAbhängigkeitvon der Konvektion und Dissipation der akustisch erzeugten Wirbelnichtlinear, so dass sie sich nur sehr schwer tunen ließe. Im vorliegenden Fallführt derDurchfluss des brennbaren Gases durch die Perforationslöcher jedochzu einem linearen Beitrag zur Resistanz R aufgrund der durch diesenDurchfluss verursachten Konvektion der Wirbel. Dieser lineare Effekt überwiegtden nichtlinearen Effekt, wenn die Durchflussgeschwindigkeit größer als dieakustische Geschwindigkeit in den Perforationslöchern ist. In diesem Fallewird die Resistanz R durch folgende Gleichung beschrieben: R = ρ·ζ·U/σ (1)wobei ζ der Druckverlustkoeffizienzder Löcher,U die Durchflussgeschwindigkeit des brennbaren Gases und σ die Porosität der Perforation,d.h. den Anteil der Flächeder Lochquerschnitte an der Gesamtfläche der Wandung, beschreiben.Daher muss füreine optimale Dämpfungsbedingung(R = ρ·c) derWert M = σ/ζ (2)sein, wobeiM = U/c die Machzahl des Durchflusses des brennbaren Gases ist.When dimensioning the perforated section, the reflection-free condition for the sound impedance Z = R + iX = ρ · c is at least approximately met in the present case. The real part R of the complex sound impedance Z is referred to as resistance, the imaginary part X as reactance. The absorbing acoustic wall with R = ρ · c is formed by the inner wall of the perforated section. Maintaining a gas flow through the perforated section during operation of the pilot burner creates different conditions than without such a gas flow. Without a gas flow, the resistance R would be non-linear due to the dependence on the convection and dissipation of the acoustically generated vortices, so that it would be very difficult to tune. In the present case, however, the flow of the combustible gas through the perforation holes leads to a linear contribution to the resistance R due to the convection of the vortices caused by this flow. This linear effect outweighs the nonlinear effect if the flow rate is greater than the acoustic speed in the perforation holes. In this case, the resistance R is described by the following equation: R = ρ · ζ · U / σ (1) where ζ the pressure loss coefficient of the holes, U the Describe the flow rate of the combustible gas and σ the porosity of the perforation, ie the proportion of the area of the hole cross sections to the total area of the wall. Therefore, for an optimal damping condition (R = ρ · c) the value M = σ / ζ (2) where M = U / c is the Mach number of the flow of the combustible gas.
    [0011] Fürdie Einhaltung der reflexionsfreien Bedingung ist es weiterhin erforderlich,dass der Imaginärteilder Schallimpedanz, die sog. Reaktanz X, annähernd 0 ist. Der Zwischenraumzwischen der inneren und der äußeren Wandungwird zur Einstellung der Reaktanz X bezüglich der zu dämpfendenFrequenzen benutzt. Die äußere Wandungdient hierbei als voll reflektierende Wandung (ohne Dämpfung)für dieakustischen Druckschwingungen. Dies wird dadurch ermöglicht,dass der Druckabfall zwischen der inneren und der äußeren Wandungaufgespalten wird, so dass die akustischen Bereiche stromauf und stromabder äußeren Wandungvoneinander entkoppelt sind. Die Reaktanz lässt sich in diesem Fall ausdrücken als X = ρ·ω[(t + λ)/σ – c/ω·cot(ωL/c)] (3) wobei ω = 2πf, f dieFrequenz der zu dämpfenden Frequenz,t die Längeder Löcher, λ ein Endkorrekturwert – hauptsächlich abhängig vomLochdurchmesser – undL der Abstand zwischen der inneren und äußeren Wandung sind. Die Länge derLöcherwird überdie Dicke der inneren Wandung festgelegt. Der Druckabfall durchdie innere Wandung legt die Durchflussgeschwindigkeit fest, diein Gleichung (2) fürdie Machzahl eingesetzt wird, um die Porosität σ zu erhalten. Durch geeigneteWahl der Werte des Lochdurchmessers, der Lochlänge bzw. Wanddicke, sowie desAbstandes zwischen der inneren und äußeren Wandung bei der Dimensionierungdes perforierten Abschnittes kann die Reaktanz X in Gleichung (3)bezüglichder zu dämpfendenFrequenz annäherndzu 0 gemacht werden.In order to maintain the reflection-free condition, it is also necessary that the imaginary part of the sound impedance, the so-called reactance X, is approximately 0. The space between the inner and outer walls is used to adjust the reactance X with respect to the frequencies to be damped. The outer wall serves as a fully reflective wall (without damping) for the acoustic pressure vibrations. This is made possible by the fact that the pressure drop between the inner and the outer wall is split up, so that the acoustic areas upstream and downstream of the outer wall are decoupled from one another. In this case, the reactance can be expressed as X = ρ · ω [(t + λ) / σ - c / ω · cot (ωL / c)] (3) where ω = 2πf, f the frequency of the frequency to be damped, t the length of the holes, λ a final correction value - mainly dependent on the hole diameter - and L the distance between the inner and outer walls. The length of the holes is determined by the thickness of the inner wall. The pressure drop through the inner wall determines the flow rate, which is used in equation (2) for the Mach number to obtain the porosity σ. By appropriately selecting the values of the hole diameter, the hole length or wall thickness, and the distance between the inner and outer walls when dimensioning the perforated section, the reactance X in equation (3) can be made approximately zero with respect to the frequency to be damped.
    [0012] Die äußere Wandung dient im vorliegenden Fallgleichzeitig der gleichmäßigen Verteilungdes zugeführtenbrennbaren Gases auf die innere Wandung und somit den entsprechendenTeil des Brennraums.The outer wall serves in the present caseat the same time the even distributionof the fedcombustible gas on the inner wall and thus the correspondingPart of the combustion chamber.
    [0013] In einer vorteilhaften Ausgestaltungdes vorliegenden Brennraums umfasst die innere Wandung zusätzlich einebrennraumseitig aufgebrachte poröse Schicht,die die gleiche Perforation wie der darunter liegende Wandungsteilaufweist. In diesem Fall gelten für die obigen Gleichungen alsLänge derLöcher dieDicke dieses Wandungsteils zzgl. der Dicke der Schicht wobei derDruckabfall in erster Linie durch die poröse Schicht verursacht wird.Vorzugsweise wird diese poröseSchicht durch eine Metallfaserschicht gebildet, wie sie beispielsweiseaus der WO 93/18342 bekannt ist.In an advantageous embodimentIn the present combustion chamber, the inner wall additionally includes oneporous layer applied on the combustion chamber side,which has the same perforation as the underlying wall parthaving. In this case, the equations above are considered to beLength ofHoles theThickness of this wall part plus the thickness of the layerPressure drop is primarily caused by the porous layer.This is preferably porousLayer formed by a metal fiber layer, such as, for exampleis known from WO 93/18342.
    [0014] Die WO 93/18342 beschreibt eine Brennermembranaus einer porösenMetallfaserplatte, über dieeine Oberflächenverbrennungrealisiert werden kann. Wenn ein vorgemischtes Brennstoff-Luftgemischdurch diese Membran geführtund nahe der Membranoberflächegezündetwird, bildet sich eine Flamme an der Oberfläche aus, die einen hohen Anteilvon Strahlungswärmeliefert. In der genannten Druckschrift wird vorgeschlagen, dieseporöseMetallfaserplatte zusätzlichzu perforieren, um den Druckabfall über die Membran zu reduzierenund die Brennerleistung zu steigern. Die Metallfaserplatte ist voreiner weiteren perforierten Platte zur homogenen Verteilung desBrennstoffes angeordnet, die gleichzeitig zur Unterdrückung möglicherSchallresonanzen im Gaszufluss dienen kann. Eine Anwendung einerderartigen Brennermembran in einem Brennraum mit einem Vormischbrenner,bei der die Membran Teil eines Pilotbrenners ist und die Perforationder Metallfaserplatte derart ausgebildet ist, dass akustische Brennkammerpulsationengedämpftwerden, ist in dieser Druckschrift jedoch nicht offenbart.WO 93/18342 describes a burner membranefrom a porousFibreboard over whicha surface burncan be realized. If a premixed fuel-air mixturepassed through this membraneand near the membrane surfaceignitedis formed, a flame forms on the surface, which is a high proportionof radiant heatsupplies. In the cited document it is suggested that thisporousMetal fibreboard in additionperforate to reduce the pressure drop across the membraneand increase burner performance. The metal fibreboard is in frontanother perforated plate for homogeneous distribution of theFuel arranged to suppress possible at the same timeSound resonances in the gas inflow can serve. An application of aburner membrane of this type in a combustion chamber with a premix burner,where the membrane is part of a pilot burner and the perforationthe metal fiber plate is designed such that acoustic combustion chamber pulsationsmutedare not disclosed in this document.
    [0015] Der vorliegende Brennraum kann inunterschiedlicher Geometrie ausgebildet sein, bspw. als Ringbrennkammer,an deren Stirnwand mehrere Vormischbrenner in bekannter Weise angeordnetsind. In diesem Falle befinden sich die perforierten Abschnitte,die die Pilotbrenner bilden, vorzugsweise in Zwischenräumen anden Frontplatten der einzelnen Vormischbrenner. Selbstverständlich können diePilotbrenner jedoch auch an der Seitenwandung des Brennraums angeordnetsein. Weiterhin ist selbstverständlichder vorliegende Brennraum nicht auf eine Ringform beschränkt undkann bspw. auch in Silo-Form ausgebildet sein. Als Vormischbrennerlassen sich beliebige, aus dem Stand der Technik bekannte Vormischbrennereinsetzen, wie sie beispielsweise im einleitenden Teil der vorliegendenBeschreibung angeführtsind.The present combustion chamber can be indifferent geometry, for example as an annular combustion chamber,arranged on the end wall of several premix burners in a known mannerare. In this case there are the perforated sections,which form the pilot burner, preferably in spacesthe front panels of the individual premix burners. Of course they canHowever, pilot burners are also arranged on the side wall of the combustion chamberhis. Furthermore, it goes without sayingthe present combustion chamber is not limited to a ring shape andcan, for example, also be in the form of a silo. As a premix burnercan be any premix burner known from the prior artuse, as for example in the introductory part of the presentDescription givenare.
    [0016] Die erfindungsgemäß ausgebildeten Wandelementefür denBrennraum haben vorzugsweise eine sechseckige oder kreisringabschnittsförmige Außenkontur,damit sie, je nach Geometrie des Brennraums, direkt aneinander gesetztwerden können.The wall elements designed according to the inventionfor theThe combustion chamber preferably has a hexagonal or circular-section-shaped outer contour,so that, depending on the geometry of the combustion chamber, they are placed directly next to each othercan be.
    [0017] Beim Betrieb des vorliegenden Brennraums mitden ein oder mehreren Vormischbrennern sowie den zugehörigen Pilotbrennernwird in einem ersten Betriebszustand durch die Pilotbrenner, d.h. durch die perforierten Abschnitte, ein Gasfluss aufrechterhalten,dessen Geschwindigkeit größer alsdie akustische Geschwindigkeit der verursachten Brennkammerdruckschwankungenin den Perforationen ist. Auf diese Weise kann eine optimale Dämpfung der Druckschwingungenerreicht werden. In einem zweiten Betriebszustand, der sich unmittelbaran den Pilotbetrieb anschließtund/oder diesem unmittelbar vorausgeht, wird ein nicht brennbaresGas oder Gasgemisch mit einem Durchfluss über den gasdurchlässigen Abschnittin den Brennraum eingebracht, bei dem die komplexe SchallimpedanzZ = R + iX des gasdurchlässigenAbschnittes fürim Betrieb auftretende Pulsationsfrequenzen ebenfalls zumindestannäherndden Wert p·cannimmt. Ruf diese Weise läßt sichdie dämpfendeWirkung auch in den Betriebs zuständenaufrechterhalten, in denen keine Pilotierung erfolgt.When the present combustion chamber is operated with the one or more premix burners and the associated pilot burners, the pilot burners, that is to say through the perforated sections, maintain a gas flow in a first operating state, the gas flow of which is greater than the acoustic speed of the combustion chamber pressure fluctuations in the perforations. In this way, optimal damping of the pressure vibrations can be achieved. In a second operating state, which immediately follows the pilot operation and / or immediately precedes it, a non-combustible gas or gas mixture is introduced into the combustion chamber with a flow through the gas-permeable section that the complex sound impedance Z = R + iX of the gas-permeable section also at least approximately assumes the value p · c for pulsation frequencies occurring during operation. Call this way, the damping effect can also be maintained in the operating states in which no piloting takes place.
    [0018] Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhandvon Ausführungsbeispielenin Verbindung mit den Zeichnungen nochmals kurz erläutert. Hierbeizeigen:The present invention is described belowof embodimentsbriefly explained again in connection with the drawings. in this connectiondemonstrate:
    [0019] 1 einBeispiel füreine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Brennraums schematischin Querschnittsansicht; 1 an example of an embodiment of the combustion chamber according to the invention schematically in cross-sectional view;
    [0020] 2 einBeispiel füreine mit dem perforierten Abschnitt erreichte Absorption von akustischen Druckschwingungen; 2 an example of an absorption of acoustic pressure vibrations achieved with the perforated section;
    [0021] 3 einBeispiel füreine Ausgestaltung eines Vormischbrenners am vorliegenden Brennraum; und 3 an example of an embodiment of a premix burner in the present combustion chamber; and
    [0022] 4 zweiBeispiele füreine Ausgestaltung der Frontplatten von Wandelementen, wie sie beim vorliegendenBrennraum einsetzbar sind. 4 two examples of a design of the front panels of wall elements, as can be used in the present combustion chamber.
    [0023] Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
    [0024] 1 zeigtschematisch in Querschnittsansicht einen Ausschnitt aus einem Brennraumbzw. einer Brennkammer, der gemäß der vorliegendenErfindung ausgestaltet ist. In der Figur ist die Brennkammerwandung 11 zuerkennen, die die Brennkammer 2 axial umschließt. An derBrennkammer 2 ist ein Vormischbrenner 1 angebracht, über denein Brennstoff- Oxidationsmittelgemisch,insbesondere ein vorgemischtes Brennstoff-Luftgemisch, mittels einer Drallströmung 3 indie Brennkammer eintritt und dort zündet. Durch die Drallströmung 3 mitRückflussim Kern bildet sich eine drallstabilisierte Flamme 4 inder Brennkammer 2 aus. Im vorliegenden Beispiel ist die Frontplatte 8 desVormischbrenners 1 perforiert ausgebildet und mit einerzusätzlichenMetallfaserschicht 9 beschichtet, die in gleicher Weiseperforiert ist. Beabstandet von der Frontplatte ist eine weitere perforiertePlatte 7 angeordnet, so dass zwischen Frontplatte 8 undperforierter Platte 7 ein definierter Zwischenraum ausgebildetist. Diesem Zwischenraum wird übereine von der Brennstoffzuführung zumVormischbrenner 1 unabhängigeBrennstoffzuführung 5 einBrennstoff-Luftgemischzugeführt.Dieses tritt in einen Verteilungsraum 6 ein, bevor es durchdie perforierte Platte 7, die auch als Verteilerplattefür einehomogene Verteilung des Brennstoff-Luft-Gemisches auf die Frontplatte 8 dient,in den Zwischenraum eintritt. Der Druckabfall über die perforierte Platte 7 ist über diePerforation so eingestellt, dass diese Platte eine akustisch vollreflektierende Wand bildet. Das Brennstoff-Luft-Gemisch tritt ausdem Zwischenraum dann durch die Frontplatte 8 und die Metallfaserschicht 9 indie Brennkammer 2 ein. Dies ist durch die Pfeile des Gasflusses 10 inder Figur angedeutet. Das Brennstoff-Luft-Gemisch des Gasflusses 10 zündet andieser Stelle und dient als Pilotstufe für die Gasturbinen-Anlage, inder der vorliegende Brennraum zur Anwendung kommt. 1 shows schematically in cross-sectional view a section of a combustion chamber or a combustion chamber, which is designed according to the present invention. In the figure is the combustion chamber wall 11 to recognize the combustion chamber 2 axially encloses. At the combustion chamber 2 is a premix burner 1 attached, via which a fuel-oxidant mixture, in particular a premixed fuel-air mixture, by means of a swirl flow 3 enters the combustion chamber and ignites there. Through the swirl flow 3 with reflux in the core, a spin-stabilized flame forms 4 in the combustion chamber 2 out. In the present example is the front panel 8th of the premix burner 1 perforated and with an additional metal fiber layer 9 coated, which is perforated in the same way. Another perforated plate is spaced from the front plate 7 arranged so that between front panel 8th and perforated plate 7 a defined space is formed. This gap is via a from the fuel supply to the premix burner 1 independent fuel supply 5 a fuel-air mixture supplied. This enters a distribution room 6 one before it through the perforated plate 7 , which also acts as a distributor plate for a homogeneous distribution of the fuel-air mixture on the front plate 8th serves to enter the space. The pressure drop across the perforated plate 7 is set via the perforation so that this panel forms an acoustically fully reflective wall. The fuel-air mixture then emerges from the gap through the front panel 8th and the metal fiber layer 9 into the combustion chamber 2 on. This is through the arrows of the gas flow 10 indicated in the figure. The fuel-air mixture of the gas flow 10 ignites at this point and serves as a pilot stage for the gas turbine system in which the present combustion chamber is used.
    [0025] Durch die perforierte Ausgestaltungder Frontplatte 8 und der Metallfaserschicht 9 wirdneben der Zufuhrmöglichkeitdes Brennstoff-Luft-Gemisches zur Brennkammer 2 auch eineakustische Dämpfungvon Brennkammerdruckschwingungen erreicht. Der Durchfluss 10 durchdiese Anordnung ermöglichtdie akustische Dämpfung,da durch geeignete Einstellung der Perforation unter Berücksichtigungder bestimmungsgemäßen Durchflussgeschwindigkeitdie erforderliche Bedingung fürdie Resistanz dieses Wandungselementes R = ρ·c erreicht werden kann (vgl.Gleichung (2) der vorangehenden Beschreibung). Der Zwischenraumzwischen der Verteilungsplatte 7 und der Frontplatte 8 istgemäß Gleichung(3) der vorangehenden Beschreibung so gewählt, dass die Reaktanz X annähernd 0ist.Due to the perforated design of the front panel 8th and the metal fiber layer 9 in addition to the possibility of supplying the fuel-air mixture to the combustion chamber 2 acoustic damping of combustion chamber pressure vibrations is also achieved. The flow 10 This arrangement enables acoustic damping, since the required condition for the resistance of this wall element R = ρ · c can be achieved by suitably setting the perforation taking into account the intended flow rate (cf.Equation (2) of the preceding description). The space between the distribution plate 7 and the front panel 8th is chosen in accordance with equation (3) of the preceding description such that the reactance X is approximately 0.
    [0026] 2 zeigtbeispielhaft die dämpfendeWirkung eines derartigen Pilotbrenners anhand eines berechnetenAbsorptionskoeffizienten 1 – |r2|, wobei r = (Z + ρ·c) /(Z – ρ·c) den Reflektionskoeffizienten darstellt.Das Diagramm zeigt die Größe des Absorptionskoeffizientenin Abhängigkeitvon der Frequenz von Druckschwingungen in der Brennkammer. Bei diesemBeispiel wurde der Pilotbrenner so dimensioniert, dass Pulsationenbei 350 Hz in einer 20 hPa Gasturbinenbrennkammer optimal gedämpft werden. Hierbeiwurde ein Druckabfall von 3·102 Pa überdie Metallfaserschicht 9 angenommen, der zu einer spezifischenLeistung von 3500 kW/m2 führt. DiezugehörigeGeschwindigkeit des Durchflusses 10 wurde mit 8 m/s, diePorositätmit 2%, der Lochdurchmesser mit 1,5 mm und die Lochlänge mit8 mm – 6mm Dicke der Frontplatte 8 und 2 mm Dicke der Metallfaserschicht 9 – angenommen.Durch Veränderungder geometrischen Parameter lassen sich auf diese Weise auch Pilotbrennermit anderen absorbierenden Eigenschaften erzeugen. Aus der Figurist sehr gut die hohe Absorption im beabsichtigten Frequenzbereich zuerkennen. Durch eine derartige Ausgestaltung lassen sich aufgrunddes flachen Verlaufs der Kurve jedoch auch Frequenzen in einem größeren Frequenzbereichgut dämpfen. 2 shows an example of the damping effect of such a pilot burner on the basis of a calculated absorption coefficient 1 - | r 2 |, where r = (Z + ρ · c) / (Z - ρ · c) represents the reflection coefficient. The diagram shows the size of the absorption coefficient as a function of the frequency of pressure vibrations in the combustion chamber. In this example, the pilot burner was dimensioned so that pulsations at 350 Hz are optimally damped in a 20 hPa gas turbine combustion chamber. Here, a pressure drop of 3 · 10 2 Pa over the metal fiber layer 9 assumed that leads to a specific output of 3500 kW / m 2 . The associated flow rate 10 was with 8 m / s, the porosity with 2%, the hole diameter with 1.5 mm and the hole length with 8 mm - 6 mm thickness of the front plate 8th and 2 mm thickness of the metal fiber layer 9 - accepted. By changing the geometric parameters, pilot burners with other absorbing properties can also be produced in this way. The high absorption in the intended frequency range can be seen very well from the figure. With such a configuration, frequencies in a larger frequency range can also be damped well due to the flat course of the curve.
    [0027] 3 zeigtbeispielhaft einen Vormischbrenner, wie er im vorliegenden Brennraumeingesetzt werden kann. Ein derartiger Vormischbrenner ist bspw.aus der US 4,781,030 oderder US 4,932,861 bekannt.Hierbei handelt es sich um einen Vormischbrenner mit einem Drallerzeugeraus mehreren kegelabschnittsförmigenTeilschalen, in dem durch entsprechende Längsschlitze zwischen den Teilschalen Verbrennungslufttangential eintritt. Durch eine zentrale Brennerlanze 12 wirdbspw. flüssigerBrennstoff eingedüst,währenddurch seitliche Brennstoffzuführungen 13 mitentsprechenden Austrittsöffnungen 14 zusätzlich gasförmiger Brennstoffin die erzeugte Drallströmungder Verbrennungsluft eingebracht werden kann. Durch die Drallströmung wirdder Brennstoff mit der Verbrennungsluft homogen vermischt und bildetam Brenneraustritt eine drallstabilisierte Flamme mit Rückflussim Kern aus. In dieser Abbildung ist ebenfalls ein Teil der Frontplatte 8 dieses Vormischbrennerszu erkennen. Selbstverständlich istdiese Art Vormischbrenner lediglich beispielhaft zu verstehen, dain Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beliebige Vormischbrennerzum Einsatz kommen können. 3 shows an example of a premix burner as it can be used in the present combustion chamber. Such a premix burner is, for example, from the US 4,781,030 or the US 4,932,861 known. This is a premix burner with a swirl generator consisting of several conical section-shaped partial shells, in which combustion air enters tangentially through corresponding longitudinal slots between the partial shells. Through a central burner lance 12 liquid fuel is injected, for example, while fuel is supplied from the side 13 with corresponding outlet openings 14 additionally gaseous fuel generated in the Swirl flow of the combustion air can be introduced. The swirl flow mixes the fuel with the combustion air homogeneously and forms a swirl-stabilized flame with reflux in the core at the burner outlet. This figure also shows part of the front panel 8th to recognize this premix burner. Of course, this type of premix burner is only to be understood as an example, since any premix burner can be used in connection with the present invention.
    [0028] 4 zeigtschließlichzwei Beispiele fürdie Ausgestaltung der Frontplatte 8 von Wandelementen mit einemVormischbrenner wie dem der 3 in Draufsicht.Bei der mit dem Bezugszeichen 15 bezeichneten Ausgestaltunghat die Frontplatte 8 eine sechseckige Außenkontur,wie sie bei sog. Silo-Brennkammern zum Einsatz kommt. Hierbei sind mehreredieser Wandelemente auf einer größeren Fläche aneinandergereiht. Die Ausgestaltung, die mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnetist, stellt wiederum die Frontplatte 8 eines Wandelementesfür eineRingbrennkammer dar, bei der mehrere dieser Wandelemente mit denenthaltenen Vormischbrennern so aneinander gesetzt werden, dasssie die Ringform der Ringbrennkammer wiedergeben. In beiden Fällen istdeutlich die perforierte Ausgestaltung der Frontplatte 8 zuerkennen, durch die die akustische Dämpfung erreicht und zusätzlich Pilotbrennerrealisiert werden. 4 finally shows two examples of the design of the front panel 8th of wall elements with a premix burner like that of 3 in top view. The one with the reference symbol 15 designated design has the front panel 8th a hexagonal outer contour, as used in so-called silo combustion chambers. Here, several of these wall elements are strung together on a larger area. The design with the reference symbol 16 the front panel 8th of a wall element for an annular combustion chamber, in which several of these wall elements with the premix burners contained are placed against one another in such a way that they reproduce the annular shape of the annular combustion chamber. In both cases, the perforated design of the front panel is clear 8th to recognize through which the acoustic damping is achieved and additional pilot burners are realized.
    11 Vormischbrennerpremix 22 Brennraum/BrennkammerCombustion chamber / combustion chamber 33 Drallströmungswirl flow 44 drallstabilisierteFlammespin-stabilizedflame 55 weitereBrennstoffzuführungFurtherfuel supply 66 Verteilungskammerdistribution chamber 77 perforierteVerteilungsplatteperforateddistribution plate 88th perforierteFrontplatteperforatedfront panel 99 MetallfaserschichtMetal fiber layer 1010 Durchflussdes brennbaren Gasesflowof the flammable gas 1111 Wandungdes Brennraumswallof the combustion chamber 1212 Brennstofflanzefuel lance 1313 weitereBrennstoffzuführungFurtherfuel supply 1414 BrennstoffaustrittsöffnungenFuel outlet openings 1515 erstegeometrische Ausgestaltung einesfirstgeometric design of aWandelementeswall element 1616 zweitegeometrische Ausgestaltung einessecondgeometric design of aWandelementeswall element αα Absorptionskoeffizientabsorption coefficient ff Frequenzfrequency
    权利要求:
    Claims (24)
    [1]
    Brennraum, insbesondere für eine Gasturbinenanlage, mitzumindest einem Vormischbrenner (1), der einen Brenneraustrittfür dieZufuhr eines Brennstoff-Oxidationsmittel-Gemisches in den Brennraum(2) aufweist, und zumindest einem gasdurchlässigen,perforiert ausgebildeten Abschnitt (7, 8) in einerWandung (11) des Brennraums (2) und/oder einerFrontplatte des Vormischbrenners (1), der mit einem Mittel(5) zur Zuführungeines brennbaren Gases oder Gasgemisches zum Brennraum (2)in Fluidverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass dergasdurchlässigeAbschnitt (7, 8) doppelwandig mit einer inneren(8), dem Brennraum (2) zugewandten und einer äußeren, demBrennraum (2) abgewandten Wandung (7) ausgebildetist, zwischen denen ein definierter Abstand vorliegt, und die Größe L desAbstandes, die Porosität σ der Perforationder inneren Wandung (8) und die Dicke der inneren Wandung(8) so aufeinander abgestimmt sind, dass die komplexe SchallimpedanzZ = R + iX des gasdurchlässigenAbschnittes beim bestimmungsgemäßen Betriebdes Brennraums fürdabei auftretende Pulsationsfrequenzen zumindest annähernd denWert ρ·c annimmt,wobei ρ dieDichte eines durch das brennbare Gas oder Gasgemisch gebildetenFluids und c die Schallgeschwindigkeit im Fluid darstellen.Combustion chamber, in particular for a gas turbine plant, with at least one premix burner ( 1 ), which has a burner outlet for the supply of a fuel-oxidant mixture into the combustion chamber ( 2 ) and at least one gas-permeable, perforated section ( 7 . 8th ) in one wall ( 11 ) of the combustion chamber ( 2 ) and / or a front panel of the premix burner ( 1 ) with a medium ( 5 ) for supplying a flammable gas or gas mixture to the combustion chamber ( 2 ) is in fluid communication, characterized in that the gas-permeable section ( 7 . 8th ) double-walled with an inner (8), the combustion chamber ( 2 ) facing and an outer, the combustion chamber ( 2 ) facing wall ( 7 ) between which there is a defined distance, and the size L of the distance, the porosity σ of the perforation of the inner wall ( 8th ) and the thickness of the inner wall ( 8th ) are matched to one another such that the complex sound impedance Z = R + iX of the gas-permeable section, when the combustion chamber is operated as intended, at least approximately assumes the value ρ · c for the pulsation frequencies that occur, where ρ is the density of a fluid formed by the combustible gas or gas mixture and c represent the speed of sound in the fluid.
    [2]
    Brennraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Größe L desAbstandes, die Porosität σ der Perforationder inneren Wandung (8) und die Dicke der inneren Wandung(8) so aufeinander abgestimmt sind, dass M= σ/ζund X = ρ·ω[(t + λ)/σ – c/ω·cot(ωL/c)] =0,wobei M die Machzahl des Durchflusses des brennbaren Gasesoder Gasgemisches, ζ derDruckverlustkoeffizienz von Löchernder Perforation der inneren Wandung (8), ω = 2πf, f eineder zu dämpfenden Pulsationsfrequenzen,t die Längeder Löcherder Perforation der inneren Wandung (8) und λ ein Endkorrekturwertsind.Combustion chamber according to claim 1, characterized in that the size L of the distance, the porosity σ of the perforation of the inner wall ( 8th ) and the thickness of the inner wall ( 8th ) are coordinated so that M = σ / ζ and X = ρ · ω [(t + λ) / σ - c / ω · cot (ωL / c)] = 0, where M is the Mach number of the flow of the combustible gas or gas mixture, ζ the pressure loss coefficient of holes of the perforation of the inner wall ( 8th ), ω = 2πf, f one of the pulsation frequencies to be damped, t the length of the holes in the perforation of the inner wall ( 8th ) and λ are a final correction value.
    [3]
    Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (8) eine dem Brennraum (2)zugewandte Schicht (9) aus einem porösen Werkstoff umfasst.Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the inner wall ( 8th ) the combustion chamber ( 2 ) facing layer ( 9 ) made of a porous material.
    [4]
    Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (7) durch eine Schicht aus einemporösenWerkstoff gebildet ist.Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the inner wall ( 7 ) is formed by a layer of a porous material.
    [5]
    Brennraum nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dassdie Schicht aus dem porösen Werkstoffeine Metallfaserschicht (9) ist.Combustion chamber according to claim 3 or 4, characterized in that the layer made of the porous material is a metal fiber layer ( 9 ) is.
    [6]
    Brennraum nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,dass die Schicht aus dem porösen Werkstoffaus einem porösgesinterten Werkstoff besteht.Combustion chamber according to claim 3 or 4, characterized in that the layer of the porous material from a porous sintered material be stands.
    [7]
    Brennraum nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Schicht eine Porositätvon 60% bis 95%, insbesondere 78% bis 88%, aufweist.Combustion chamber according to one of claims 3 to 6, characterized in thatthat the layer has a porosityfrom 60% to 95%, in particular 78% to 88%.
    [8]
    Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (8) eine dem Brennraum (2)zugewandte Schicht (9) aus einem Fasergewebe umfasst.Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the inner wall ( 8th ) the combustion chamber ( 2 ) facing layer ( 9 ) consists of a fiber fabric.
    [9]
    Brennraum nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (7) durch eine Schicht aus einemFasergewebe gebildet ist.Combustion chamber according to claim 1 or 2, characterized in that the inner wall ( 7 ) is formed by a layer of a fiber fabric.
    [10]
    Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass der oder zumindest ein weiterer gasdurchlässiger Abschnitt (7, 8),der mit einem Mittel (5) zur Zuführung eines brennbaren Gasesoder Gasgemisches zum Brennraum (2) in Fluidverbindungsteht, im Bereich des Brenneraustritts in einem seitlichen Bereichder Wandung (11) des Brennraums (2) ausgebildetist.Combustion chamber according to one of claims 1 to 9, characterized in that the or at least one further gas-permeable section ( 7 . 8th ) with a medium ( 5 ) for supplying a flammable gas or gas mixture to the combustion chamber ( 2 ) is in fluid connection in the area of the burner outlet in a lateral area of the wall ( 11 ) of the combustion chamber ( 2 ) is trained.
    [11]
    Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,dass benachbart zum Vormischbrenner (1) mehrere voneinandergetrennte und unabhängigvoneinander mit brennbarem Gas oder Gasgemisch beaufschlagbare gasdurchlässige Abschnitte(7, 8) angeordnet sind, die jeweils mit einemMittel (5) zur Zuführungeines brennbaren Gases oder Gasgemisches zum Brennraum (2)in Fluidverbindung stehen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 10, characterized in that adjacent to the premix burner ( 1 ) several gas-permeable sections which are separate from one another and can be acted upon independently of one another with combustible gas or gas mixture 7 . 8th ) are arranged, each with a means ( 5 ) for supplying a flammable gas or gas mixture to the combustion chamber ( 2 ) are in fluid communication.
    [12]
    Brennraum nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,dass der oder die gasdurchlässigenAbschnitte (7, 8) zusätzlich mit einem Mittel zurZufuhr eines nichtbrennbaren Gases, insbesondere Luft, in Fluidverbindungstehen.Combustion chamber according to one of claims 1 to 11, characterized in that the gas-permeable section or sections ( 7 . 8th ) are also in fluid communication with a means for supplying a non-combustible gas, in particular air.
    [13]
    Brennraum nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,dass die Mittel zur Zufuhr des nichtbrennbaren und des brennbarenGases zur Einstellung des Durchflusses unabhängig voneinander steuerbarsind.Combustion chamber according to claim 12, characterized inthat the means of supplying the non-flammable and the flammableGases for setting the flow rate can be controlled independently of one anotherare.
    [14]
    Wandelement füreinen Brennraum nach einem der Patentansprüche 1 – 13, bestehend aus einem Vormischbrenner(1) mit einer Frontplatte, die einen gasdurchlässigen,perforiert ausgebildeten Abschnitt (7, 8) aufweist,der mit einem Mittel (5) zur Zuführung eines brennbaren Gasesoder Gasgemisches zum Brennraum (2) in Fluidverbindungsteht, dadurch gekennzeichnet, dass der gasdurchlässige Abschnitt(7, 8) doppelwandig mit einer inneren (8), demBrennraum (2) zugewandten und einer äußeren, dem Brennraum (2)abgewandten Wandung (7) ausgebildet ist, zwischen denenein definierter Abstand vorliegt, und die Größe L des Abstandes, die Porosität σ der Perforationder inneren Wandung (8) und die Dicke der inneren Wandung(8) so aufeinander abgestimmt sind, dass die komplexe SchallimpedanzZ = R + iX des gasdurchlässigenAbschnittes beim bestimmungsgemäßen Betriebdes Brennraums fürdabei auftretende Pulsationsfrequenzen zumindest annähernd denWert ρ·c annimmt,wobei ρ dieDichte eines durch das brennbare Gas oder Gasgemisch gebildetenFluids und c die Schallgeschwindigkeit im Fluid darstellen.Wall element for a combustion chamber according to one of the claims 1 - 13, consisting of a premix burner ( 1 ) with a front plate which has a gas-permeable, perforated section ( 7 . 8th ) with a means ( 5 ) for supplying a flammable gas or gas mixture to the combustion chamber ( 2 ) is in fluid communication, characterized in that the gas-permeable section ( 7 . 8th ) double-walled with an inner (8), the combustion chamber ( 2 ) facing and an outer, the combustion chamber ( 2 ) facing wall ( 7 ) between which there is a defined distance, and the size L of the distance, the porosity σ of the perforation of the inner wall ( 8th ) and the thickness of the inner wall ( 8th ) are matched to one another such that the complex sound impedance Z = R + iX of the gas-permeable section, when the combustion chamber is operated as intended, at least approximately assumes the value ρ · c for the pulsation frequencies that occur, where ρ is the density of a fluid formed by the combustible gas or gas mixture and c represent the speed of sound in the fluid.
    [15]
    Wandelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Frontplatte eine sechseckige Außenkontur aufweist.Wall element according to claim 14, characterized inthat the front panel has a hexagonal outer contour.
    [16]
    Wandelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass die Frontplatte eine kreisringabschnittsförmige Außenkontur aufweist.Wall element according to claim 14, characterized inthat the front plate has an annular contour-shaped outer contour.
    [17]
    Wandelement nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (8) eine dem Brennraum (2)zugewandte Schicht (9) aus einem porösen Werkstoff oder einem Fasergewebeumfasst.Wall element according to one of claims 14 to 16, characterized in that the inner wall ( 8th ) the combustion chamber ( 2 ) facing layer ( 9 ) made of a porous material or a fiber fabric.
    [18]
    Wandelement nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass die innere Wandung (7) durch eine Schicht aus einemporösenWerkstoff oder einem Fasergewebe gebildet ist.Wall element according to claim 17, characterized in that the inner wall ( 7 ) is formed by a layer of a porous material or a fiber fabric.
    [19]
    Wandelement nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet,dass die Schicht aus dem porösenWerkstoff eine Metallfaserschicht (9) ist.Wall element according to claim 17 or 18, characterized in that the layer made of the porous material is a metal fiber layer ( 9 ) is.
    [20]
    Wandelement nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet,dass die Schicht eine Porositätvon 60% bis 95%, insbesondere 78% bis 88%, aufweist.Wall element according to one of claims 17 to 19, characterized inthat the layer has a porosityfrom 60% to 95%, in particular 78% to 88%.
    [21]
    Verwendung eines Brennraums nach einem der Patentansprüche 1 – 13 alsBrennkammer einer Gasturbine.Use of a combustion chamber according to one of claims 1 - 13 asCombustion chamber of a gas turbine.
    [22]
    Verfahren zum Betrieb eines Brennraums nach einemder Ansprüche1 bis 13, bei dem in einem ersten Betriebszustand ein brennbaresGas oder Gasgemisch füreinen Pilotbetrieb und in einem zweiten sich an den Pilotbetriebanschließendenund/oder diesem vorausgehenden Betriebszustand ein nicht brennbaresGas oder Gasgemisch mit einem Durchfluss über den gasdurchlässigen Abschnitt(7, 8) in den Brennraum (2) eingebrachtwerden, bei dem die komplexe Schallimpedanz Z = R + iX des gasdurchlässigen Abschnittesfür imBetrieb auftretende Pulsationsfrequenzen zumindest annähernd denWert ρ·c annimmt.Method for operating a combustion chamber according to one of claims 1 to 13, in which in a first operating state a combustible gas or gas mixture for a pilot operation and in a second operating state following the pilot operation and / or preceding this a non-combustible gas or gas mixture with a Flow through the gas permeable section ( 7 . 8th ) in the combustion chamber ( 2 ) are introduced, in which the complex sound impedance Z = R + iX of the gas-permeable section at least approximately assumes the value ρ · c for pulsation frequencies occurring during operation.
    [23]
    Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet,dass in Abhängigkeitvon der Größe L desAbstandes, der Porosität σ der Perforationder inneren Wandung (8) und der Dicke der inneren Wandung(8) des gasdurchlässigenAbschnittes (7, 8) der Durchfluss so eingestelltwird, dass M = σ/ζund X= ρ·ω[(t + λ)/σ – c/ω·cot(ωL/c)] =0,wobei M die Machzahl des Durchflusses des brennbaren odernicht brennbaren Gases oder Gasgemisches, ζ der Druckverlustkoeffizienzder Löcherder Perforation der inneren Wandung (8), ω = 2πf, f eine derzu dämpfendenPulsationsfrequenzen, t die Längeder Löcherder Perforation der inneren Wandung (8) und λ ein Endkorrekturwertsind.A method according to claim 22, characterized in that depending on the size L of the distance, the porosity σ of the perforation of the in wall ( 8th ) and the thickness of the inner wall ( 8th ) of the gas permeable section ( 7 . 8th ) the flow is adjusted so that M = σ / ζ and X = ρ · ω [(t + λ) / σ - c / ω · cot (ωL / c)] = 0, where M is the Mach number of the flow of the combustible or non-combustible gas or gas mixture, ζ the pressure loss coefficient of the holes, the perforation of the inner wall ( 8th ), ω = 2πf, f one of the pulsation frequencies to be damped, t the length of the holes in the perforation of the inner wall ( 8th ) and λ are a final correction value.
    [24]
    Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet,dass im zweiten Betriebszustand Luft als nicht brennbares Gasgemischeingebracht wird.Method according to claim 22 or 23, characterized in thatthat in the second operating state air is a non-combustible gas mixtureis introduced.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2006-12-14| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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