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DE2336044A1 - INJECTION DEVICE FOR FLOWABLE AGENTS FOR GAS TURBINE TO REDUCE THE EMISSION OF NITROGEN OXYDES - Google Patents

INJECTION DEVICE FOR FLOWABLE AGENTS FOR GAS TURBINE TO REDUCE THE EMISSION OF NITROGEN OXYDES

Info

Publication number
DE2336044A1
DE2336044A1 DE19732336044 DE2336044A DE2336044A1 DE 2336044 A1 DE2336044 A1 DE 2336044A1 DE 19732336044 DE19732336044 DE 19732336044 DE 2336044 A DE2336044 A DE 2336044A DE 2336044 A1 DE2336044 A1 DE 2336044A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
vortex generator
slots
fuel nozzle
air
burner
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19732336044
Other languages
German (de)
Inventor
Norman Richard Dibelius
Milton Bradford Hilt
Robert Howard Johnson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE2336044A1 publication Critical patent/DE2336044A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/002Supplying water
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/30Adding water, steam or other fluids for influencing combustion, e.g. to obtain cleaner exhaust gases
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04Air inlet arrangements
    • F23R3/10Air inlet arrangements for primary air
    • F23R3/12Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)

Description

Dr. rer. naf. Horst SchülerDr. rer. naf. Horst pupil

PATENTANWALTPATENT ADVOCATE

6 Frankfurt/Main 1, 13- Juli 1973 Niddastraße 52 WK/kÖ6 Frankfurt / Main 1, July 13, 1973 Niddastraße 52 WK / kÖ

Telefon (0011)237220 Postscheck-Konto .· 282420 Frankfurt/M. Bank-Konto: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.Telephone (0011) 237220 Postal check account. 282420 Frankfurt / M. Bank account: 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt / M.

2389-51-GA-20012389-51-GA-2001

23360U23360U

GENERAL ELECTRIC COMPANYGENERAL ELECTRIC COMPANY

1 River Road
Schenectady, N.Y., U.S.A.
1 River Road
Schenectady, NY, USA

Injektionseinrichtung für fließfähige Mittel für Gasturbine zur Verminderung der Emission von StickstoffoxydenInjection device for flowable agents for gas turbine for Reduction of the emission of nitrogen oxides

Die Erfindung betrifft allgemein die Verminderung der Konzentration von Stickstoffoxyden in Abgasen einer Gasturbine. Sie beinhaltet auch eine solche Injektionseinrichtung für Wasser in Kombination mit einem V/irbelgenerator einer Brennstoffdüse zur Verminderung der Betriebstemperatur in der Brennkammer zwecks Verringerung der Bildungsgeschwindigkeit von Stickstoffoxyden. The invention relates generally to reducing concentration of nitrogen oxides in exhaust gases from a gas turbine. It also includes such an injection device for water in combination with a vortex generator of a fuel nozzle to reduce the operating temperature in the combustion chamber in order to reduce the rate of formation of nitrogen oxides.

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Zu den Produkten der Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen gehören auch die Oxyde des Stickstoffs,deren Toxizität im Falle von Pflanzen und Tieren für Stickstoffdioxyd gut bekannt ist. Da die Konzentrationen weit unterhalb dieser toxischen Werte lagen, war bisher die Emission von Oxycinn des Stickstoffs im Abgas nicht eine Hauptsorge. Kürzlich wurde jedoch die Rolle dieser Verbindungen bei der Bildung von fotochemischem Smog ermittelt und es werden daher in Maßregeln zur Verhinderung der Umgebungsverschmutzung strengere Kontrollen für di" Emission von Stickstoffoxyden vorgeschrieben. Vergleichsweise Konzentrationspegel liegen zwischen 500 - 1000 ppm für Diesel-und Zündfunkenmotoren und zwischen 100 - 1000 ppm für das Abgas größerer Dampfkessel. Die Werte für hoch belastete Gasturbinen liegen im Bereich von 20 - 160 ppm, sie sind jedoch mit einer größeren Menge überschüssiger Luft gemessen als die Werte für die vorstehend genannten Quellen. .Among the products of the combustion of hydrocarbon fuels also include the oxides of nitrogen, their toxicity well known in the case of plants and animals for nitrogen dioxide is. Because the concentrations are far below these toxic Values were previously the emission of oxycinn of nitrogen in exhaust not a major concern. Recently, however, the role of these compounds in the formation of photochemical smog has been highlighted determined and there are therefore stricter controls for the "emission of" in measures to prevent environmental pollution Oxides of nitrogen prescribed. Comparative concentration levels are between 500-1000 ppm for diesel and spark motors and between 100 - 1000 ppm for the exhaust gas of larger steam boilers. The values for highly loaded gas turbines are in the range from 20-160 ppm, but they are with a larger amount excess air measured as the values for the above sources mentioned. .

Det Stickstoff wird im Verbrennungssystem oder Brennersystem oxydiert. Im Gegensatz zu Ruß und anderen Zwischenprodukten der Verbrennung des Brennstoffes bleibt jedoch das einmalige Bild des Stickstoffoxydes bestehen und wird in die Atmosphäre abgegeben. Es wird hauptsächlich als Stickoxyd gebildet und abgegeben. Die Anwesenheit von Stickoxyd in den Abgasprodukten aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffbrennstoff en in Luft kann durch drei bekannte Mechanismen verursacht werden. Sie können bezeichnet werden als: The nitrogen is oxidized in the combustion system or burner system. In contrast to soot and other intermediate products of the combustion of the fuel, however, the unique image of nitrogen oxide remains and is released into the atmosphere. It is mainly formed and released as nitrogen oxide. The presence of nitrogen oxide in the exhaust products from the combustion of hydrocarbon fuels in air can be caused by three known mechanisms. They can be referred to as:

1. "Heiß-Luft" ,1. "hot air",

2. "Auslösung" und2. "Trip" and

3. "organisch" .3. "organic".

"Heißluft"-Stickoxyd wird in dem heißesten Bereich, der "Nachflammzone" (post flame zone) der Verbrennungsgase, durch Reaktionen erzeugt, die in starkem Maße temperaturabhängig sind. DieserjMechanismus liefert normalerweise den größten Beitrag zur St ickoxydkonzentrat ion."Hot air" nitrogen oxide is in the hottest area, the "post-flame zone" (post flame zone) of the combustion gases, generated by reactions that are highly dependent on temperature. This mechanism normally makes the largest contribution to nitrogen oxide concentration.

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Ein zweiter Beitrag mit einem Anteil von bis zu einem Drittel des durch Heißluftmechanismus gebildeten Anteils ist der "Auslöser"-Mechanismus. Im Gegensatz zu dem Heißluftstickoxyd, welches in der heißen Nachflammzone mit Vorhandensein von Verbrennungsprodukten gebildet wird, wird das Auslösestickoxyd in der Reaktionszone der Verbrennung oder der primären Flammenzone gebildet. Die Bildung des Stickoxydes durch den Auslösemechanismus ist jedoch ebenfalls temperaturabhängig.A second contribution, accounting for up to a third of the proportion formed by the hot air mechanism, is the "trigger" mechanism. In contrast to hot air nitrogen oxide, which occurs in the hot post-flame zone with the presence of combustion products is formed, the trigger nitrogen oxide is formed in the combustion reaction zone or the primary flame zone. However, the formation of nitrogen oxide by the release mechanism is also temperature-dependent.

"Orsxan ischos" Stickoxyd wird gebildet aus chemisch in den Brennstoff molekülen gebundenem Stickstoff und ist völlig abhängig vom Brennstoff. Das organische Stickoxyd liefert bei den meisten in Gasturbinen verbrannten Brennstoffen nur einen geringen Beitrag zur Gesamtstickoxydkonzentration."Orsxan ischos" nitrogen oxide is formed from chemically in the fuel molecules bound nitrogen and is completely dependent on the fuel. The organic nitric oxide supplies in most of them Gas turbines burned fuels only made a small contribution to the total nitrogen oxide concentration.

W^gen dieser Reaktionsmechanismen gibt es Faktoren für die ,Arbeitsweise der Verbrennung, welche berücksichtigt werden müssen: beispielsweise die Brennstoffzusammensetzung, die Flammentemperatur, die Verweilzeit, das Brennstoff/Luft-Verhältnis und die Größe und Formgestalt des Brenners.Because of these reaction mechanisms, there are factors that determine how it works of combustion, which must be taken into account: for example the fuel composition, the flame temperature, the residence time, the fuel / air ratio and the Size and shape of the burner.

Im Stand der Technik sind bereits Beispiele angegeben für die Injektion von Dampf oder Wasser in eine Brennkammer zum Zwecke der Steigerung des Schubs oder zur Kühlung von Verbrennungsprodukten. Aus diesem Grunde enthält die übliche Ausführungsform mit Wasserinjektion eine Injektionseinrichtung, welche stromabwärts von der primären Flammenzone angeordnet ist. Eine Kühlung dieser Art könnte unter Umständen eine geringfügige Auswirkung auf die Gesamtstickoxyderzeugung besitzen. Sie würde jedoch nicht die erwünschte Verminderung des "Auslösungs"-Stickoxydes ergeben, das in der primären Flammenzone gebildet wird. Im US-,Patent 3 021 673 wird ein Wasserinjektionssystem gezeigt, das in einer Gasturbine für ein Automobil zwecks Schubvergrößerung verwendet wird. Das Wasser wird stromabwärts von der Brennstoffdüse und teilweise im Innern der primären Flammenzone injiziert. Eine solche Anordnung fällt jedoch nicht in den Bereich der vorliegenden erfinderischenIn the prior art, examples are already given for the injection of steam or water into a combustion chamber for the purpose of increasing thrust or cooling combustion products. For this reason, the usual embodiment includes water injection an injection device downstream of the primary flame zone is arranged. This type of cooling could potentially have a minor effect on total nitric oxide production own. However, it would not provide the desired reduction in "release" nitrogen oxide present in the primary flame zone is formed. In U.S. Patent 3,021,673 a water injection system shown in a gas turbine for an automobile is used for the purpose of increasing thrust. The water is downstream of the fuel nozzle and partly in the Injected inside the primary flame zone. However, such an arrangement does not fall within the scope of the present inventive concept

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Kombination. Weiterhin wird in der Patentschrift aus-geführt, daß die Wasserzufuhr so angeordnet wird, daß sie die anfängliche Verbrennung nicht beeinflußt.Combination. The patent also states that that the water supply is arranged so that it does not affect the initial combustion.

In einer Brennstoffdüse für den Brenner einer Gasturbine des Typs mit einem Wirbelerzeuger wird erfindungsgemäß Wasser in die Brennkammer durch Öffnungen in dem Wirbelerzeuger von einer Quelle aus injiziert, welche stromaufwärts von dem Wirbelerzeuger liegt und mit diesem zusammenwirkt. Zwei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung enthalten eine Brennstoffdüse mit einem Düsenring, der benachbart zum Wirbelerzeuger (vortex generator) diesen umkreisförmig umschließend angeordnet ist. In der anderen Ausführungsform können eine Anzahl von Wasserinjektionsdüsen umfangmäßig um die Brennstoffdüse herum angeordnet und auf die Öffnungen in dem Wirbelgenerator gerichtet sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein Wassersprühnebel oder Wasserstrahl in die Brennkammer unter dem Einfluß des Wirbelgenerators injiziert werden, um die Reaktionstemperaturen in der Brennkammer abzusenken und dadurch die Bildungsgeschwindigkeit des Stickoxydes zu vermindern, da diese in starkem Maße temperaturabhängig ist. Auf diese Weise wird eine Verminderung der Gesamtstickoxyd-Konzentration der Abgase der Gasturbine verursacht.In a fuel nozzle for the burner of a gas turbine of the type According to the invention, water is fed into the combustion chamber with a vortex generator injected through openings in the vortex generator from a source which is upstream of the vortex generator and cooperates with this. Two embodiments of the present Invention contain a fuel nozzle with a nozzle ring, the adjacent to the vortex generator (vortex generator) is arranged surrounding it in a circular manner. In the other embodiment, a number of water injection nozzles may be circumferentially arranged around the fuel nozzle and onto the openings in be directed to the vortex generator. According to the present invention, a water spray or jet of water can enter the combustion chamber are injected under the influence of the vortex generator in order to lower the reaction temperatures in the combustion chamber and thereby reducing the rate of formation of nitrogen oxide, since this is highly temperature-dependent. In this way there is a reduction in the total nitrogen oxide concentration of the exhaust gases caused by the gas turbine.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung( die Gesamtkonzentration des Stickoxydes in den Abgasen einer Gasturbine zu vermindern.It is therefore an object of the present invention ( to reduce the total concentration of nitrogen oxide in the exhaust gases of a gas turbine.

Weitere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Zusammenhang mit den Abbildungen ersichtlich.Other objects, advantages and features of the present invention can be seen from the following description of a preferred embodiment in conjunction with the figures.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, für eine Gasturbinen-Brennstoffdüse und Wirbelgenerator, welche eine Ausführungsform der Erfindung enthält.Fig. 1 shows a side view, partly in section, for a gas turbine fuel nozzle and vortex generator which includes an embodiment of the invention.

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Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Figur 1, wobei das Gehäuse für die Brennstoffdüse und den Brenner weggenommen ist.Fig. 2 is a section along the line II-II of Figure 1, wherein the housing for the fuel nozzle and the burner is taken away.

Fig. 3 ist eine ähnliche Ansicht wie Figur 1 und zeigt eine Hälfte niner Dual- oder Doppel-Brennstoffdüse mit einem Wirbelgenerator und zeigt weiterhin eine zweite Ausführungsform der Erfindung.Figure 3 is a view similar to Figure 1 showing one half of a dual or dual fuel nozzle with one Vortex generator and further shows a second embodiment of the invention.

Fig. 4 zeigt eine Endansicht einer Doppelbrennstoffdüse, wobei der Brennstoffdüsen- und Brennkammerteil entfernt ist, und zeigt insbesondere die Anordnung der vorliegenden Erfindung bezüglich des Wirbelgenerators.Figure 4 shows an end view of a dual fuel nozzle, wherein the fuel nozzle and combustion chamber part are removed, and particularly shows the arrangement of the present invention with respect to the vortex generator.

Aus den Figuren 1 und 2 ist eine Brennstoffdüse für eine Gasturbine des Typs ersichtlich, welcher eine einzelne Quelle für flüssigen Brennstoff und ein Düsengehäuse 13 und einen Wirbelgenerator 15 enthält. Das Düsengehäuse 13 ist konzentrisch in den Wirbelgenerator hineinragend durch eine mittlere Öffnung gehaltert, welche in dem Wirbelgenerator ausgebildet ist. Der Wirbelgenerator wird umschlossen durch einen kreisförmigen Haltering 19, welcher ein Teil der Mündungsplatte 21 für den Brenner und der Verkleidungskappe 23 ist.From Figures 1 and 2 is a fuel nozzle for a gas turbine of the type which has a single source of liquid fuel and a nozzle housing 13 and a vortex generator 15 contains. The nozzle housing 13 protrudes concentrically into the vortex generator through a central opening supported, which is formed in the vortex generator. The vortex generator is enclosed by a circular retaining ring 19, which is part of the mouth plate 21 for the burner and the trim cap 23 is.

An sich kann mit der vorliegenden Erfindung jede Art einer Brennstoffdüse für eine Gasturbine mit einem Wirbelgenerator verwendet werden. In Figur 1 ist jedoch eine Brennstoffdüse mit Luftzerstäubung des Brennstoffes und mit Verbrennung eines Öls als Brennstoff gezeigt. Die Düse mit Luftzerstäubung wird als Beispiel gezeigt und es ist zu beachten, daß die vorliegende Erfindung auch anwendbar ist für eine Düse mit Druckzerstäubung. Die Brennstoffdüse enthält ein mittleres Ölzufuhrrohr 25 einschließlich einer konvergierenden Drallkammer 27 (spin chamber). Luftkanäle 31 richten die Zerstäubungsluft durch tangentiale Nuten 33 auf die konvergierende Drallkammer, welche der Luft eine nach innenAs such, any type of fuel nozzle can be used with the present invention can be used for a gas turbine with a vortex generator. In Figure 1, however, is an air atomized fuel nozzle of fuel and with combustion of an oil as Fuel shown. The nozzle with air atomization is used as an example and it should be noted that the present invention is also applicable to a pressure atomization nozzle. The fuel nozzle contains a central oil supply pipe 25 including a converging spin chamber 27. Air ducts 31 straighten the atomizing air through tangential grooves 33 the converging swirl chamber, which gives the air an inward direction

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gerichtete Drehbewegung vermittelt, so daß die auf dieso Weise erhaltene hohe Luftgeschwindigkeit den Brennstoff in kleine Tr-opfen zerstäubt.directed rotational movement conveyed, so that the in this way obtained high air velocity the fuel in small Drip atomized.

Der Wirbelgenerator 15 enthält eine Anzahl von im Umkreis befestigten Schaufeln oder Leitflächen 35, zwischen denen Luftdurchlaßschlitze 37 definiert sind. Die Funktion des Wirbelgenerators besteht dabei darin, die Luft in die Brennkammer einzulassen und dieser dabei eine Wirbelbewegung zu vermitteln, so daß die Raucherzeugung in der Brennkammer vermindert und die Stabilisierung der Flamme unterstützt wird. Eine ausführlichere Beschreibung des Wirbelgenerators oder der Luftverwirbelungskappe ist ersichtlich aus dem US-Patent Nr. 3 608 309.The vortex generator 15 includes a number of circumferentially mounted Vanes or baffles 35, between which air passage slots 37 are defined. The function of the vortex generator is to let the air into the combustion chamber and this to convey a vortex movement, so that the smoke generation in the combustion chamber is reduced and the Stabilization of the flame is supported. A more detailed one Description of the vortex generator or air swirl cap can be seen in U.S. Patent No. 3,608,309.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Einrichtung zur Verminderung der Stickoxydkonzentrationen in den Abgasen einer Gasturbine gerichtet. Es wurde beispielsweise experimentell bestätigt, daß die Injektion von Wasser und Brennstoff im Verhältnis 1 : 2 in einen Brenner mit einem Druck von 8,9 Atmosphären und mit einer Zündtemperatur von etwa 970 C (1770 F) zu einer mehr als 2;1-fachen Verminderung der Bildungsgeschwindigkeit von Stickoxyd führt. Ein Mittel, welches zur Injektion von Wasser in die Brennkammer verwendet werden kann, kann beispielsweise die Form eines Blindrohrringes 39 besitzen, welcher um die Brennstoffdüse herum angeordnet ist und eine Anzahl von am Umkreis im Abstand angebrachten Düsenöffnungen 41 besitzt. Die Öffnungen 41 sind dabei mit bestimmten Schlitzen des Wirbelgenerators gemäß der Figur 2 ausgerichtet, wobei bei einer bevorzugten Anordnung jeder zweite Schlitz verwendet wird. Das Blindrohr 39 wird mit Wasser aus einem nicht gezeigten äußeren Reservoir oder Vorratsbehälter mit Hilfe eines ebenfalls nicht gezeigten Pumpensystems versorgt.The present invention is directed to a device for reduction the nitrogen oxide concentrations in the exhaust gases of a gas turbine directed. For example, it has been experimentally confirmed that the injection of water and fuel in proportion 1: 2 into a burner with a pressure of 8.9 atmospheres and an ignition temperature of about 970 C (1770 F) a more than 2; 1-fold reduction in the rate of formation of nitric oxide leads. A means which can be used to inject water into the combustion chamber can, for example have the form of a blind tube ring 39 which is arranged around the fuel nozzle and a number of has nozzle openings 41 attached to the circumference at a distance. The openings 41 are aligned with certain slots of the vortex generator according to FIG Arrangement every other slot is used. The dummy pipe 39 is filled with water from an external, not shown Reservoir or storage container supplied with the aid of a pump system, also not shown.

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Die Figuren 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erf.indung. Figur 3 zeigt einen Teil einer Doppelbrennstoff düse mit Luftzerstäubung (es könnte auch eine Form mit Druckzerstäubung verwendet werden) mit einem Wirbelgenerator. Eine solche Brennstoffdüse wird mit weiteren Einzelheiten im US-Patent Nr. 3 630 024 beschrieben. Die Doppelbrennstoffdüse enthält ein Düsengehäuse 113 und einen Wirbelgenerator 115. Der Wirbelgenerator ist in einen Haltering 119 eingefügt, welcher einen Teil der Mündungsplatte 120 und der Verkleidungskappe 121 bildet. Im Innern des Düsengehäuses ist eine Düse 125 für Flüssigbrennstoff vorgesehen und enthält eine nach vorwärts konvergierende Drallkammer 127. Die Flüssigbrennstoffdüse ist mit einer Anzahl von Durchlaßkanälen 129 für Zerstäubungsluft umgeben, um einen Strom von Zerstäubungsluft über die Schlitze 133 auf die konvergierende Drallkammer der Flussigbrennstoffdüse zu richten. Eine zweite konzentrische Anordnung enthält Durchlässe 131 für gasförmigen Brennstoff, welche im Innern des Düsengehäuses befestigt sind.Figures 3 and 4 show a second embodiment of the invention. Figure 3 shows part of a double fuel nozzle with air atomization (it could also be a form with pressure atomization used) with a vortex generator. Such a fuel nozzle is described in more detail in U.S. Patent No. 3,630,024. The double fuel nozzle contains a nozzle housing 113 and a vortex generator 115. The vortex generator is inserted into a retaining ring 119 which forms part of the orifice plate 120 and the fairing cap 121. A liquid fuel nozzle 125 is provided inside the nozzle housing and contains one which converges forwardly Swirl chamber 127. The liquid fuel nozzle is surrounded by a number of passage channels 129 for atomizing air, around a stream of atomizing air over the slots 133 on the converging swirl chamber of the liquid fuel nozzle to judge. A second concentric arrangement includes passages 131 for gaseous fuel which are in the interior of the nozzle housing are attached.

Der Wirbelgenerator enthält eine Vielzahl von am Umkreis befestigten Schaufeln oder Leitflächen 135 zur Wirbelerzeugung, zwischen denen die Schlitze 137 gebildet sind. Die Rohre 131 für gasförmigen Brennstoff stehen in Strömungsmittelverbindung mit .jeder zweiten Nut des Wirbelgenerators mit Hilfe von Meßdurchlaßkanälen 13 9.The vortex generator contains a plurality of circumferentially attached Blades or guide surfaces 135 for generating vortices, between which the slots 137 are formed. The gaseous fuel tubes 131 are in fluid communication with. every second groove of the vortex generator with the help of measuring passages 13 9.

Die Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 besitzt eine Anzahl von am Umkreis befestigten Sprühdüsen 151, welche in dem Gehäuse iür die Brennstoffdüse befestigt sind. Die Sprühdüsen können dabei angenähert bei jedem zweiten Schlitz des Wirbelgenerators angeordnet sein. Die bestimmte gezeigte Anordnung dient jedoch lediglich zur Veranschaulichung und ist zweckmäßig und keineswegs unerläßlich. Die Sprühdüsen sollen eine Wasserzufuhr zu der Brennkammer ergeben und zur Erzielung dieses Ergebnisses sind sie mit einer äußeren Wasserversorgung (nichtThe embodiment according to Figures 3 and 4 has a number of circumferential spray nozzles 151 which are mounted in the housing for the fuel nozzle. The spray nozzles can be arranged approximately at every second slot of the vortex generator. The particular arrangement shown however, is for illustrative purposes only and is useful and by no means essential. The spray nozzles are designed to provide a water supply to the combustion chamber and to achieve this result they are provided with an external water supply (not

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- 8 gezeigt) mit Hilfe von Wasserzufuhrkanälen 155 verbunden.- 8 shown) by means of water supply channels 155.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist aus ihrem Aufbau ersichtlich. In einer Brennstoffdüse des Typs mit einem Wirbelgenerator werden die Stickoxydkonzentrationen in den Abgasen der Gasturbine dadurch vermindert, daß Wasser in die Reaktionszone der Verbrennung injiziert wird. Vorstehend wurden zwei Ausführungsformen offenbart, nämlich einmal ein Düsenring mit einem kreisförmigen Blindrohr und Öffnungen in demselben zur Richtung eines Wasserstrahls zwischen ,jeden zweiten Schlitz des Wirbelgenerators. In der zweiten Äusführungsform ist dieses kreisförmige Blindrohr ersetzt durch eine Vielzahl von einzelnen Wassersprühdüsen, welche mit einer äußeren Versorgungsquelle verbunden sind und Wassertröpfchen durch alle Schlitze des Wirbelgenerators sprühen. Beide Ausführungsformen sind stromaufwärts von dem Wirbelgenerator angeordnet.The operation of the arrangement according to the invention is from their Structure visible. In a fuel nozzle of the type with a In the vortex generator, the nitrogen oxide concentrations in the exhaust gases from the gas turbine are reduced by letting water enter the reaction zone the combustion is injected. Two embodiments have been disclosed above, namely a nozzle ring on the one hand with a circular blind tube and openings in the same to the direction of a water jet between, every other slot of the vortex generator. In the second embodiment, this is circular blind tube replaced by a multitude of individual water spray nozzles connected to an outside supply source connected and spray water droplets through all the slots of the vortex generator. Both embodiments are upstream arranged by the vortex generator.

Die Wasserstrahlen des Düsenringes oder des Ringes von Düsen werden auf die Schlitzöffnungen im Wirbelgenerator gerichtet. Danach werden diese Wassersprühteilchen zusammen mit der Luft, welche durch die Öffnungen des Wirbelgenerators strömt, in die Verbrennungsreaktionszone getragen. Da der Wasserstrahl stromaufwärts vom Wirbelgenerator und ebenfalls von der Verbrennungskammer angeordnet ist, kann er in wirksamer Weise die Stickoxyd- ;·. atration in beiden primären Flammenzonen vermindern und dadurch den Auslösemechanismus und den Heißluftmechanismus hemmen.The water jets of the nozzle ring or the ring of nozzles are directed onto the slot openings in the vortex generator. Thereafter, these water spray particles, together with the air that flows through the openings of the vortex generator, into the Combustion reaction zone carried. Because the jet of water is upstream from the vortex generator and also from the combustion chamber, it can effectively reduce the nitrogen oxide ; ·. Reduce atration in both primary flame zones and thereby the trigger mechanism and the hot air mechanism inhibit.

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Claims (4)

PatentansprücheClaims ( 1JFlüssigkeitsinjektionssystem für einen Gasturbinenbrenner in einer Brennstoffdüse mit einem daran befestigten Wirbelgenerator, wobei der Wirbelgenerator eine Anzahl im Umkreis angeordneter Leitflächen oder -schaufeln besitzt, zwischen denen Schlitze zum Einlaß von Luft in den Brenner und Erteilung einer Wirbelbewegung an dieser Luft definiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in Kombination mit dem Wirbelgenerator (15) stromaufwärts von und in Ausrichtung mit den Schlitzen (37) im Wirbelgenerator Einrichtungen (41) zur Richtung eines Flüssigkeitssprühstrahls auf die Schlitze im Wirbelgenerator vorgesehen und so ausgerichtet sind, daß die Flüssigkeit anschließend durch die Wirbelstromgeneratorluft durch die Schlitze in den Brenner förderbar ist zur Verminderung der Betriebstemperaturen im Brenner und zur Verminderung der Bildungsgeschwindigkeit von Stickoxyd.(1 J liquid injection system for a gas turbine burner in a fuel nozzle with an attached vortex generator, the vortex generator having a number of circumferentially arranged guide surfaces or vanes between which slots are defined for the inlet of air into the burner and for imparting a vortex movement to this air, characterized in that in combination with the vortex generator (15) upstream of and in alignment with the slots (37) in the vortex generator means (41) are provided for the direction of a liquid spray jet onto the slots in the vortex generator and are oriented so that the liquid subsequently passes through the Eddy current generator air can be conveyed through the slots in the burner to reduce the operating temperatures in the burner and to reduce the rate of formation of nitrogen oxide. 2. Injektionseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h η et, daß die Sprüheinrichtung2. Injection device according to claim 1, characterized g e k e η η ζ e i c h η et that the spray device ■■■■» Blindrohr (39) enthält, welches um die Brennstoffdüse herum und benachbart zur stromaufwärts gelegenen Seite des Wirbelgenerators (15) angeordnet ist und eine Vielzahl von Öffnungen (41) enthält, welche auf die Schlitze (37) im Wirbelgenerator ausgerichtet sind.■■■■ »contains blind tube (39) around the fuel nozzle arranged around and adjacent to the upstream side of the vortex generator (15) and a plurality of openings (41) which are aligned with the slots (37) in the vortex generator. 3. Injektionssystem nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sprüheinrichtung eine Anzahl von Sprühdüsen (151) enthält, welche in einer ringähnlichen Form stromaufwärts vom Wirbelgenerator um die Brennstoffdüse herum angeordnet und auf die Schlitze (137) im Wirbelgenerator ausgerichtet sind. 3. Injection system according to claim 1, characterized in that the spray device contains a number of spray nozzles (151) which are arranged in a ring-like shape upstream of the vortex generator around the fuel nozzle and are aligned with the slots (137) in the vortex generator. 309885/0552309885/0552 4. Flüssigk^itsinjektionseinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprüheinrichtungen auf abwechselnde Schlitze am Umfang des Wirbelgenerators ausgerichtet sind.4. Liquid injection device according to one of the claims 1-3, characterized in that the sprinklers are aligned with alternating slots on the circumference of the vortex generator. 309885/0552309885/0552
DE19732336044 1972-07-17 1973-07-14 INJECTION DEVICE FOR FLOWABLE AGENTS FOR GAS TURBINE TO REDUCE THE EMISSION OF NITROGEN OXYDES Pending DE2336044A1 (en)

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