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Reduktion von Brennkammerschwingungen durch eine veränderte Zugabe des Pilotgases

IP.com Disclosure Number: IPCOM000016970D
Original Publication Date: 1999-Apr-01
Included in the Prior Art Database: 2003-Jul-21

Publishing Venue

Siemens

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Authors:
Dr. Holger Streb Jürgen Günther [+details]

Abstract

In feuerungstechnischen Anlagen können unter bestimmten physikalischen Randbedingungen (z.B. thermische Leistung, Luftzirkulation etc.) instabile Betriebszustände auftreten, die durch zeitperiodisch korrelierte Schwankungen des Reaktionsumsatzes der Flamme und des statischen Drucks gekennzeichnet sind. Diese verbrennungsinduzierten Druckpulsationen (Brennkammerschwingungen) führen neben einer höheren Lärmbelastung für die Umwelt auch zu einer höheren thermischen und mechanischen Belastung aller Bauteile der Verbrennungsanlage, so daß deren Lebensdauer stark reduziert wird. So werden beispielsweise aufgrund der Forderung nach einer schadstoffarmen Verbrennung in feuerungstechnischen Anlagen häufig Vormischbrenner eingesetzt, bei denen der Brennstoff und die Verbrennungsluft vor Eintritt in den Verbrennungsraum möglichst homogen gemischt werden. Diese Vormischerflammen sind durch eine hohe Reaktionsdichte und eine kurze Reaktionszeit gekennzeichnet, haben jedoch den Nachteil, daß sie nur in einem engen Betriebsbereich (Luftzahlbereich) stabil betrieben werden können. Während bei Erreichen der oberen, mageren Grenze (hohe Luftzahl) das Abblasen der Flamme erfolgt, treten bei Überschreiten der unteren, fetten Grenze häufig instationäre Instabilitäten auf, die die Lage der Reaktionszone verändern und zu den beschriebenen Brennkammerschwingungen führen. Zur Erweiterung des Betriebsbereiches werden Vormischflammen häufig durch sogenannte Pilotbrenner unterstützt. Durch diese Pilotbrenner-Düsen wird zusätzlicher, häufig nicht vorgemischter Brennstoff in den Bereich der Vormischflamme eingedüst. An der heißen Reaktionszone des Pilotgases kann sich die Vormischflamme weiter stabilisieren, so daß der Stabilitätsbereich auf der mageren Seite erweitert wird. Aus den Betriebserfahrungen von Gasturbinen ist weiterhin bekannt, daß die Neigung zu Brennkammerschwingungen über die Menge des eingedüsten Pilotgases verändert werden kann. Bekannt ist, einen Pilotbrenner zu verwenden, welcher am Brenneraustritt vier Pilotgasröhrchen aufweist, die aus dem Diffusionsbrenner herausragen. Die gleichmäßig mit nicht vorgemischtem Pilotgas versorgten Pilotgasröhrchen düsen das Pilotgas in die sog. Axialgitterluft, in der es verdrallt, bevor es in die Brennkammer austritt.