Gasturbinen-Brennkammer und zugehöriges Betriebsverfahren Gas turbine combustor and associated operating procedure
Technisches GebietTechnical field
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.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.
Stand der TechnikState of the art
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 dasIn modern gas turbine combustors, 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
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.Adversely affect the operating behavior of the combustion chamber. For example can increase the pollutant emissions of the combustion chamber due to the pressure pulsations. In extreme cases, the combustion reaction can be severely impaired or even extinguished by the influence of the pressure pulsations.
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.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. To reduce the pressure pulsations, several Helmholtz dampers are provided in the known combustion chamber, which communicate with the combustion chamber. As a result, the pressure pulsations can be damped in the area of the combustion chamber. In order to be able to accommodate such Helmholtz resonators in 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.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Die Erfindung, wie sie in denThe invention seeks to remedy this. The invention as in the
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.Is concerned with the problem of showing an improved way for reducing pressure pulsations for a combustion chamber of the type mentioned, which in particular requires little space.
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 gezielteAccording to the invention, this problem is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims. The invention is based on the general idea that, in the case of a burner arrangement consisting of a plurality of torches arranged in a ring, each burner should be monitored for pressure pulsation and, in the event of inadmissible local pressure pulsations, act in a targeted manner on the respective burner to reduce the pressure pulsations. The global pulsation problem of the entire burner arrangement is thus divided into several local pulsation problems for the individual burners in the invention. This procedure is based on the knowledge that the pressure pulsation in the combustion chamber and thus the instability of the combustion reaction arise as a function of pressure pulsations that occur locally on the individual burners. The more burners show local pressure pulsations, the greater the pressure pulsations in the combustion chamber and the more unstable the combustion reaction there. By means of the procedure according to the invention, disadvantageous effects of pressure pulsations on the stability and on the functioning of the combustion reaction can thus be recognized comparatively early and prevented or prevented by appropriate countermeasures. The measures according to the invention therefore generally take effect before a critical operating state occurs in the combustion chamber. Another important advantage of the procedure according to the invention can also be seen in the fact that through the targeted
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.Influencing individual critical burners, the entire combustion behavior within the combustion chamber is changed only slightly, so that the individual measures for stabilizing individual burners have little or no effect on pollutant emissions and on the efficiency of the combustion chamber.
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.The pressure pulsations occurring at the individual burners are preferably assessed on the basis of the amplitudes of the pressure pulsations occurring. For this purpose, each individual burner is preferably one separate pressure sensor assigned, which enables the monitoring of the amplitudes.
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.According to a particularly advantageous embodiment, in the present invention, 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.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the present invention result from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures with reference to the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
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,Preferred exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are explained in more detail in the following description, the same reference numerals referring to the same or similar or functionally identical components. Each shows schematically
Fig. 1 eine stark vereinfachte Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Brennkammer,1 is a very simplified schematic diagram of a combustion chamber according to the invention,
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.2 is a view as in Fig. 1, but in another embodiment, Fig. 3 is a diagram in which the amplitudes of the pressure pulsations occurring for the burners of the combustion chamber is plotted.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
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.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.
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.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.
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.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.
Die Brennkammer 1 ist des weiteren mit einem Steuerungssystem 8 sowie mit einer Sensorik 9 ausgestattet. Die Sensorik 9 umfasst hier mehrereThe combustion chamber 1 is further equipped with a control system 8 and with a sensor system 9. The sensor system 9 comprises several
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.Pressure sensors 10, namely a pressure sensor 10 for each burner 5 of the burner arrangement 4. 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. For this purpose, the control system 8 communicates with the sensor system 9. In the present case, 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. In principle, other interconnections are also possible here , For example, 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.
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.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.
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.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. In such an embodiment, it may be expedient to assign a common pressure sensor 10 to each pair of radially arranged burners 5, 5 ′. In a corresponding manner, the actuation system 6 is then designed in such a way that it controls the burners 5, 5 ′ assigned to one another in pairs. Through this group formation or pair formation, the regulation effort or control effort can be reduced. Such pair or group formation is fundamentally also possible in the circumferential direction, in particular with a large number of burners. In principle, however, an embodiment is also possible in which 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.
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 derFIG. 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
Brenner 5 im Uhrzeigersinn entsprechend einer Uhr, das heißt, der Brenner 5 2 befindet sich oben, also auf der 12-Uhr-Position.Burner 5 clockwise corresponding to a clock, that is, burner 5 2 is at the top, i.e. at the 12 o'clock position.
Im Diagramm gemäß Fig. 3 ist außerdem ein Schwellwert As für die Amplitude A der Druckpulsationen in Form einer unterbrochenen Linie eingetragen.In the diagram according to FIG. 3, a threshold value As for the amplitude A of the pressure pulsations is also entered in the form of a broken line.
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.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. In the exemplary case shown here, the second burner 5 2) is thus the fifth Burner 5s, the eighth burner 5β 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.
Die vorliegende Erfindung arbeitet wie folgt:The present invention works as follows:
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.During operation of the combustion chamber 1, 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.
Wenn sich beispielsweise die Situation gemäß Fig. 3 einstellt, erkennt das Steuerungssystem 8 für die vier kritischen Brenner 52, 5s, 5s und 5g einen3, the control system 8 detects one for the four critical burners 5 2 , 5s, 5s and 5g
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.Need for action to the effect that the pressure pulsations on the critical burners 5 2) 5s, 5 8 and 5 9 must be reduced with regard to their amplitudes A. Consequently, 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, 5β 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. On the one hand, 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. On the other hand, 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. In addition, 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.
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.In order to individually reduce the amplitudes A of the pressure pulsations at the individual critical burners 5 2 , 5s, 5 8 and 5g, 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.
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 dieIn the embodiment shown here, 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. In principle, however, 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. It is important that 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
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.Lowering the locally occurring amplitude A below the respective threshold value As. These 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.
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.
The threshold value As can be a static absolute value, which is determined empirically, for example. Alternatively, 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. For example, 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.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Brennkammercombustion chamber
Brennraumcombustion chamber
Eintritt von 2Entry from 2nd
Brenneranordnungburner arrangement
Brennerburner
Betätigungssystemactuating system
Steuerleitungcontrol line
Steuerungssystemcontrol system
Sensoriksensors
Drucksensorpressure sensor
Signalleitungsignal line
Zentraleinheit von 9Central unit from 9
Verbindungsleitung
connecting line