Verfahren zum Anfahren eines Brenners

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Brenners, der zum Verbrennen eines Synthesegases ausge ^¬ legt ist und eine erste und eine zweite Brennstoffpassage aufweist. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung eine Brenneranordnung für eine Feuerungsanlage, insbesondere eine Gasturbinenbrennkammer.

Ein Brenner für eine Gasturbine mit einer ersten Brennstoff ^¬ passage und einer zweiten Brennstoffpassage, welche von der ersten Brennstoffpassage im Wesentlichen konzentrisch umgeben ist, ist beispielsweise in EP 1 277 920 beschrieben. Der darin beschriebene Brenner ist zum Betrieb mit einem Synthe ^¬ segas ausgelegt, wobei das Synthesegas in einen ersten Teil ^¬ strom und einen zweiten Teilstrom aufgeteilt wird und die Teilströme dem Brenner durch die erste und die zweite Brenn ^¬ stoffpassage getrennt zugeführt werden. Für jeden Teilstrom kann eine Regelung zum geregelten Zuführen der Teilströme vorhanden sein. Insbesondere können die Teilströme hierbei in Abhängigkeit von der zu erbringende Leistung der Gasturbine eingestellt werden. Die Regelung kann insbesondere auf den Gasmassenstrom oder den jeweiligen spezifischen Heizwert des zugeführten Brennstoffes Einfluss nehmen. Das Beeinflussen des Heizwertes erfolgt durch Zugabe von Erdgas zum Erhöhen des Heizwertes oder Dampf und/oder Stickstoff zum Vermindern des Heizwertes.

Gegenüber dem genannten Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Verfahren zum Betrieb eines Bren¬ ners mit einer ersten und einer zweiten Brennstoffpassage mit Synthesegas im Hinblick auf das Anfahren des Brenners weiter ^¬ zuentwickeln.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Brenner mit einer ersten Brennstoffpassage und einer zweiten Brennstoffpassage, wobei die erste Brennstoffpassage die zweite Brennstoffpassage im Wesentlichen konzentrisch umgibt, zur Verfügung zu stellen, die insbesondere im Hinblick auf das Anfahren mit Synthesegas Vorteile bietet.

Die erste Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Anfahren eines Brenners nach Anspruch 1 und die zweite Aufgabe durch eine Brenneranordnung nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen An¬ sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen des erfin¬ dungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Brenneran¬ ordnung.

Im erfindungsgemäßen Verfahren zum Anfahren eines Brenners, wobei der Brenner zum Verbrennen eines Synthesegases ausge ^¬ legt ist und eine erste und eine zweite Brennstoffpassage aufweist, wobei die erste Brennstoffpassage die zweite Brenn ^¬ stoffpassage im Wesentlichen konzentrisch umgibt, wird dem Brenner Synthesegas zugeführt, welches mit Verbrennungsluft gemischt und verbrannt wird. Zum Anfahren des Brenners er ^¬ folgt zunächst in einer Startphase ein Beladen der zweiten Brennstoffpassage mit Synthesegas bis zu einer vorgegebenen Brennerleistung. Danach erfolgt in einer sich an die Start¬ phase anschließenden Anfahrphase ein Beladen der ersten Brennstoffpassage mit Synthesegas.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht dabei von der Erkenntnis aus, dass der Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine umso geringer wird, je höher der brennstoffseitige Druckverlust in dem mit dem Brennstoff zur Verbrennung beaufschlagten Brenner ist. Eine bestimmende Größe für den Druckverlust ist der Strö ^¬ mungswiderstand des Brenners für das strömende Synthesegas.

Im Interesse eines möglichst hohen Wirkungsgrades ist man be ^¬ strebt, einen möglichst geringen Druckverlust in der Brenn ^¬ stoffpassage zu erzielen. Andererseits ist jedoch für das

Aufrechterhalten einer stabilen Flamme eine Mindestaustritt- geschwindigkeit des Synthesegases notwendig. Diese Mindest- austrittsgeschwindigkeit erfordert aber einen bestimmten, nicht zu unterschreitenden Druckverlust über die Brennstoff ^¬ passage. Die Ausströmgeschwindigkeit ist mit dem Druckverlust gekoppelt. Je geringer der Druckverlust über die Brennstoff ^¬ passage ist, desto geringer ist i.a. die Ausströmgeschwindig ^¬ keit des Synthesegases .

Der Druckverlust über eine Brennstoffpassage ist annähernd proportional zum durch die Passage strömenden Gasmassenstrom, wobei der Strömungswiderstand der Passage die Proportionali ^¬ tätskonstante bildet. Dies hat zur Folge, dass der Druckver ^¬ lust bei einem geringen Gasmassenstrom gering ist, bei einem großen Gasmassenstrom dagegen hoch. Wenn nun eine Gasturbi¬ nenanlage mit geringer Last gefahren werden soll, so erfor¬ dert dies ein Zuführen eines geringen Brennstoffmassenstroms, was gegenüber dem bei Volllast auftretenden Brennstoffmassen¬ strom zu einem geringen Druckverlust über die Brennstoffpas ^¬ sage führt. Da das Aufrechterhalten einer stabilen Flamme eine gewisse Mindestausströmgeschwindigkeit des Synthesegases erfordert, muss die Brennstoffpassage derart ausgestaltet sein, dass diese Ausströmgeschwindigkeit auch bei nur gerin ^¬ gem Brennstoffmassenstrom nicht unterschritten wird, d.h. dass die Brennstoffpassage bei geringen Gasmassenstrom einen bestimmten Mindestdruckverlust aufweist. Dies führt jedoch dazu, dass der Druckverlust bei einem hohen Brennstoffmassen¬ strom höher ist als nötig, was zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Gasturbine führt.

Der erläuterte Zwiespalt zwischen einem nicht zu unterschrei ^¬ tenden Mindestdruckverlust bei geringem Brennstoffmassenstrom und geringem Druckverlust bei hohem Brennstoffmassenstrom tritt beispielsweise beim Anfahren der Gasturbinenanlage auf.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich beim Anfahren der Gasturbinenanlage zur Nutze, dass das Vorhandensein von zwei

Brennstoffpassagen einen weiteren Parameter bietet, mit dem das Anfahren der Gasturbinenanlage optimiert werden kann. Dieser Parameter ist die geeignete Aufteilung des Brennstoff ^¬ massenstroms in zwei Teilströme, welche durch die separaten Brennstoffpassagen, über die in der Regel unterschiedliche Druckverluste auftreten, zugeführt werden.

In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird in der Startphase nur die zweite, innenliegende Brennstoffpassage mit Synthese ^¬ gas beladen. Die innenliegende Brennstoffpassage dient in der Regel als Brennstoffpassage eines Pilotbrenners und ist ge ^¬ genüber der ersten Brennstoffpassage, auch Hauptbrennstoff ^¬ passage genannt, für geringere Brennstoffmassenströme ausge ^¬ legt. Insbesondere hat sie im Vergleich mit der Hauptbrenn ^¬ stoffpassage üblicherweise einen größeren Strömungswider¬ stand, sodass auch bei geringen Brennstoffmassenströmen ein ausreichender Druckverlust und damit eine ausreichende Aus ^¬ trittsgeschwindigkeit des Brennstoffes gewährleistet werden kann. Der alleinige Betrieb der zweiten Brennstoffpassage er ^¬ möglicht daher einen auf das Zuführen relativ geringer Brenn¬ stoffmassenströme optimierten Start der Anlage. In der an ^¬ schließenden Anfahrphase, in der die erste Brennstoffpassage beladen wird, kann das Beladen der zweiten Brennstoffpassage beibehalten werden. Alternativ ist es jedoch auch möglich, in der Anfahrphase nicht mehr mit dem Beladen der zweiten Brenn¬ stoffpassage fortzufahren. Das Zuschalten der ersten Brenn¬ stoffpassage in der Anfahrphase erfolgt dann, wenn die Gas ^¬ turbinenleistung einen Wert erreicht hat, der das Aufrechter¬ halten einer stabilen Flamme auch bei Zufuhr des Brennstoffes durch die erste Brennstoffpassage ermöglicht. Diese Leistung hängt unter anderem vom Strömungswiderstand der ersten Brenn¬ stoffpassage ab. Je geringer dieser Strömungswiderstand ist, desto größer muss der Brennstoffmassenstrom sein, der in der Anfahrphase durch die erste Brennstoffpassage zugeführt wird.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in der Startphase der zweiten Brennstoffpassage ein kontinu-

ierlich ansteigender Brennstoffmassenstrom zugeführt, bis die maximal über die zweite Brennstoffpassage erzielbare Brenner ^¬ leistung erreicht ist.

Um bei einer gegebenen Leistung der Gasturbinenanlage den zu¬ zuführenden Brennstoffmassenstrom erhöhen zu können, ohne die Leistung zu erhöhen, kann dem Synthesegas ein Inertmedium zu¬ geführt werden. Dieses erhöht zwar den Brennstoffmassenstrom, nimmt jedoch an der Verbrennung nicht Teil, sodass der Brenn¬ stoffmassenstrom bei gleicher Leistung höher ist als ohne Inertmedium. Das Inertmedium kann dem durch die erste Brenn¬ stoffpassage zugeführten und/oder dem durch die zweite Brenn¬ stoffpassage zugeführten Synthesegas beigemischt werden. Ins ^¬ besondere kann beim Zuschalten der ersten Brennstoffpassage in der Anfahrphase dem durch die erste Brennstoffpassage zu ^¬ geführten Synthesegas zunächst eine hohe Menge an Inertmedium beigemischt werden, sodass ein Leistungssprung beim Übergang von der Startphase in die Anfahrphase vermieden wird. Würde das Inertmedium nicht zugefügt werden, so würde der zum Auf ^¬ rechterhalten einer stabilen Flamme durch die erste Brenn¬ stoffpassage mindestens zuzuführenden Synthesegasmassenstrom die Leistung der Gasturbine sprunghaft erhöhen.

Im weiteren Verlauf der Startphase und/oder im weiteren Ver¬ lauf der Anfahrphase wird der Anteil an Inertmedium im Syn ^¬ thesegas kontinuierlich erniedrigt, um den gewünschten Heiz¬ wert des Synthesegases und damit die gewünschte Leistung der Gasturbinenanlage einzustellen.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zum Starten des Brenners zu Beginn der Startphase ein kleiner Synthesegasmassenstrom über einen Zünd-Pilotbrenner zugeführt und zum Ausbilden einer Zünd-Pilotflamme gezündet. Nach dem Zünden wird dann die zweite Brennstoffpassage zugeschaltet, wobei das aus der zweiten Brennstoffpassage ausströmende Syn ^¬ thesegas über die Zünd-Pilotflamme gezündet wird, um eine Pilotflamme auszubilden. Der Zünd-Pilotbrenner ist vorteil-

hafterweise stromauf zu in der zweiten Brennstoffpassage vor ^¬ handenen Drallerzeugern angeordnet.

Das Zuführen von Synthesegas durch die zweite Brennstoffpas ^¬ sage kann dann derart erfolgen, dass die Pilotflamme aus dem Bereich der Drallerzeuger herausgetragen wird. Das Heraustra¬ gen kann etwa dadurch bewerkstelligt werden, dass jegliche Störkanten, an denen Wirbelstraßen entstehen können, vermie¬ den werden. Eine Wirbelstraße besteht aus zwei parallel ver ^¬ laufenden Wirbelketten, wobei sich die Wirbel der beiden Wir¬ belketten in entgegengesetztem Uhrzeigersinn drehen. Eine derartige Wirbelstraße kann dazu führen, dass die Flamme im Bereich der Wirbel festgehalten wird. Dies wirkt einem Her¬ austragen der Flamme aus dem Bereich der Drallerzeuger entge¬ gen. Die Störkanten können durch einen geeigneten Aufbau der zweiten Brennstoffpassage vermieden werden, beispielsweise indem elektrische Zünder oder Pilotgasröhrchen zum Zuführen des Zünd-Pilotgases nicht in die zweite Brennstoffpassage hineinreichen oder in ihr verlaufen. Außerdem können Wirbel¬ straßen dadurch vermieden werden, dass keine Düsenringe zum Ausdüsen von Synthesegas stromauf möglicher Störkanten ange¬ ordnet sind.

Eine weitere Möglichkeit, das Heraustragen der Pilotflamme aus dem Bereich der Drallerzeuger zu bewerkstelligen, besteht darin, den Heizwert des durch die zweite Brennstoffpassage zugeführten Synthesegases derart zu vermindern, dass sich eine Strömungsgeschwindigkeit des Synthesegases einstellen lässt, die wesentlich höher als die Flammengeschwindigkeit ist. Zum Vermindern des Heizwertes kann dem Synthesegas Inertmedium zugeführt werden.

Alternativ kann das Zünden der Pilotflamme mittels der Zünd- Pilotflamme auch stromab des Brenners in der Brennkammer er ^¬ folgen. Um das Zünden der Pilotflamme in der Brennkammer mit dem stromauf zu den Drallerzeugern in der zweiten Brennstoff¬ passage gelegenen Zünd-Pilotbrenner zu ermöglichen, wird da-

für gesorgt, dass sich die über den Zünd-Pilotbrenner und über die zweite Brennstoffpassage zugeführten Brennstoff ^¬ massenströme nicht vor Erreichen der Brennkammer mischen. Mit anderen Worten, die beiden Brennstoffmassenströme werden ge ^¬ trennt in die Brennkammer eingeführt, bspw. indem die zweite Brennstoffpassage im Bereich der Zünd-Pilotflamme keine Aus ^¬ trittsdüsen für den Austritt von Brennstoff aufweist. Nach erfolgter Zündung der Pilotflamme wird die Zünd-Pilotflamme vorzugsweise abgeschaltet. Mit der beschriebenen Alternative lässt sich erreichen, dass die Pilotflamme gar nicht erst im Brenner selbst brennt und daher auch nicht aus dem Brenner, insbesondere aus dem Bereich der Drallerzeuger, herausgetra ^¬ gen werden muss.

Eine erfindungsgemäße Brenneranordnung für eine Brennkammer, insbesondere für eine Gasturbinenbrennkammer, umfasst:

Einen eine erste Brennstoffpassage zum Zuführen eines ersten Brennstoffmassenstroms umfassenden Hauptbrenner, einen eine zweite Brennstoffpassage zum Zuführen eines zweiten Brenn ^¬ stoffmassenstroms umfassenden Pilotbrenner, wobei im Bereich der zweiten Brennstoffpassage wenigstens ein Drallerzeuger angeordnet ist, und einen stromauf zum Drallerzeuger angeord ^¬ neten Zünd-Pilotbrenner zum Zünden des Pilotbrenners. Erfin¬ dungsgemäß ist die zweite Brennstoffpassage derart ausgestal ^¬ tet, dass jegliche Störkanten, an denen Wirbelstraßen entste¬ hen können, zwischen dem Zünd-Pilotbrenner und dem Pilotbren¬ ner vermieden sind.

Die erfindungsgemäße Brenneranordnung eignet sich insbeson¬ dere zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Variante, in der der Pilotbrenner mittels einer stromauf zu den Drallerzeugern angeordneten Zünd-Pilotflamme gezündet wird. Wenn in der Startphase das Synthesegas durch die zweite Brennstoffpassage zum Pilotbrenner zugeführt wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Brennersystems das

Heraustragen der Pilotflamme aus dem Bereich der Drallerzeu¬ ger.

Das Vermeiden von Störkanten kann beispielsweise dadurch er¬ folgen, dass keine Brennstoffdüsen stromauf zu möglichen Störkanten angeordnet werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Brenneranordnung weist die zweite Brennstoffpassage in dem Bereich, in dem der der Zünd-Pilotbrenner angeordnet ist, keine Brennstoffauslässe auf. Wenn die zweite Brennstoffpas ^¬ sage bspw. mit einem oder mehreren Düsenringen mit über den Umfang eines Düsenringes verteilten Brennstoffdüsen ausge¬ stattet ist, können insbesondere in demjenigen Umfangsab- schnitt, der zum Zünd-Pilotbrenner zeigt, die Brennstoffdüsen weggelassen sein. Dadurch lässt sich einerseits vermeiden, dass der Zünd-Pilotbrenner selbst zu einem eine Wirbelstraße verursachenden Störelement wird, und andererseits ermöglicht das Fehlen von Brennstoffauslässen der zweiten Brennstoffpas¬ sage im Bereich des Zünd-Pilotbrenners das getrennte Einlei ^¬ ten der über den Zünd-Pilotbrenner und die zweite Brennstoff¬ passage zugeführten Synthesegasmassenströme in die Brennkam ^¬ mer.

Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbei¬ spielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brenneranordnung in einer schematischen Schnittansicht.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt des Brenners entlang der Linie A-A aus Fig. 1 in einer schematisierten Darstellung.

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Start- und Anfahrvorgang einer Gasturbine, welche einen Brenner mit zwei Brennstoffpassagen umfasst.

Eine erfindungsgemäße Brenneranordnung ist in Figur 1 in einer schematisierten Schnittdarstellung gezeigt. Die erfin¬ dungsgemäße Brenneranordnung umfasst ein zentrales Brenner ^¬ system 1, welches als Pilotbrennersystem für die Brenneran¬ ordnung dient, sowie ein konzentrisch um das zentrale Bren¬ nersystem 1 herum angeordnetes Hautbrennersystem 3. Wenigs¬ tens das Hauptbrennersystem 3 ist als Hybridbrennersystem ausgebildet, d.h. es kann sowohl im Diffusions- als auch im Vormischmodus betrieben werden. Das Pilotbrennersystem 1 ist zumindest im Diffusionsmodus betreibbar. Während im Diffusi ^¬ onsmodus der Brennstoff unmittelbar in die Flamme eingedüst wird, erfolgt im Vormischmodus zuerst ein Vormischen des Brennstoffes mit Luft, bevor das Gemisch der Flamme zugeführt wird. Der Betrieb im Vormischmodus wirkt sich insbesondere günstig auf den Schadstoffausstoß einer Gasturbinenanlage aus .

Das zentrale Brennersystem 1 umfasst einen zentralen Zufuhr¬ kanal 5 für flüssige Brennstoffe, eine zentrale Gaszufuhrpas ^¬ sage 7 zur Zufuhr gasförmiger Brennstoffe, im vorliegenden Ausführungsbeispiel zur Zufuhr von Synthesegas, sowie einen zentralen Luftzufuhrkanal 9 zum Zuführen von Luft. Die zent ^¬ rale Gaszufuhrpassage 7 ist konzentrisch um den in eine Düse 11 zum Eindüsen des flüssigen Brennstoffes in die Brennkammer 13 mündenden zentralen Zufuhrkanal 5 für flüssige Brennstoffe herum angeordnet. Der zentrale Luftzufuhrkanal 9 ist wiederum konzentrisch um die zentrale Gaszufuhrpassage 7 herum ange ^¬ ordnet.

Über Austrittsdüsen 15 mündet die zentrale Gaszufuhrpassage 7 in den zentralen Luftzufuhrkanal 9. Im Mündungsbereich sind Drallerzeuger 12 angeordnet, die falls die Brenneranordnung

im Vormischbetrieb betrieben werden soll, für eine Ver ^¬ mischung des Synthesegases mit durch den zentralen Luftzu ^¬ fuhrkanal 9 einströmender Luft sorgen.

Das zentrale Brennersystem 1 umfasst weiterhin einen Zünd- Pilotbrenner, welcher eine rohrförmige Synthesegaszufuhr 8 umfasst, welche stromauf zu den Drallerzeugern 12 in den zentralen Luftzufuhrkanal 9 mündet. Die rohrförmige Synthese ^¬ gaszufuhr 8 ist dabei zur Zufuhr eines kleinen und möglichst unverdünnten Synthesegasmassenstromes ausgestaltet. Im Be ^¬ reich der Mündung ist außerdem ein elektrischer Zünder 10 vorhanden, mit dem das aus der Mündung ausströmende Gas ge ^¬ zündet werden kann.

Das zentrale Brennersystem 1 fungiert als Pilotbrennersystem und dient der Aufrechterhaltung einer die Stabilität der Brennerflamme unterstützenden Pilotflamme. Es erlaubt prinzi ^¬ piell den Betrieb des Brenners als Diffusionsbrenner. Das Zünden des Pilotbrenners erfolgt mittels des Zünd-Pilotbren- nersystems, welches gelegentlich auch sekundäres Pilotbren ^¬ nersystem genannt wird.

Die düsenförmigen Austrittsöffnungen 15, die rohrförmige Syn¬ thesegaszufuhr 8 und der zentrale Luftzufuhrkanal 9 sind in Figur 2 in einem Schnitt entlang der Linie II-II aus Figur 1 schematisch dargestellt. Die düsenförmigen Austrittsöffnungen 15 bilden einen Düsenring 14, welcher die zentrale Gaszufuhr¬ passage 7 abschließt. Die Düsen 15 sind über den Umfang des Düsenrings mit gleichmäßigen Abständen voneinander verteilt. Lediglich in dem Bereich, welcher der Mündung der rohrförmi- gen Synthesegaszufuhr 8 in den Luftzufuhrkanal 9 gegenüber liegt, sind im Düsenring 14 keine Düsen 15 vorhanden. Das Weglassen der Düsen 15 in diesem Bereich dient dazu, Störun¬ gen in der im Luftzufuhrkanal 9 vorhandenen Strömung zu ver¬ meiden, welche zu Wirbelstraßen führen könnten, die als uner¬ wünschte Flammerhalter wirken würden. Außerdem kann durch das Weglassen der Düsen erreicht werden, dass sich das über die

zentrale Brennstoffpassage 7 zugeführte Synthesegas erst in der Brennkammer 13 und nicht bereits im Brenner entzündet.

In Figur 1 ist die Synthesegaszufuhr 8 an der Außenseite des zentralen Luftzufuhrkanals 9 angeordnet. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die rohrförmige Synthesegaszufuhr 8 durch die zentrale Gaszufuhrpassage 7 zu führen.

Das konzentrisch um das zentrale Brennersystem 1 herum ange¬ ordnete Hauptbrennersystem umfasst eine Gaszufuhrpassage 31, welche das zentrale Brennersystem 1 ringförmig umgibt, sowie einen Luftzufuhrkanal 35. Im Luftzufuhrkanal 35 sind Draller ^¬ zeuger 37 angeordnet, welche der in Richtung auf die Brenn¬ kammer 13 strömenden Luft einen Drall zuführen. Der Bereich des Zufuhrkanals 35, in dem die Drallerzeuger 37 angeordnet sind, bildet eine Mischpassage zum Mischen des Synthesegases mit der einströmenden Luft. Zur Zufuhr des Synthesegases sind die Drallerzeuger 37 wenigstens teilweise hohl ausgebildet. Diese Hohlräume stehen über Öffnungen 39 mit der äußeren Gas¬ zufuhrpassage 31 in Verbindung. An geeigneten Stellen weisen die Drallerzeuger 37 Auslassdüsen 41 auf, durch welche das durch die äußere Gaszufuhrpassage 31 zugeführte Synthesegas in den durch den Luftzufuhrkanal 35 zugeführten Luftstrom eintreten kann. Die Auslassdüsen 41 sind derart in den Drall¬ erzeugern angeordnet, dass das Synthesegas zusammen mit der Luft noch mindestens einen Abschnitt der Drallerzeuger 37 passiert, um eine gute Vermischung mit der Luft im Vormisch- betrieb zu erreichen.

Ein Synthesegasstart, d.h. ein Start des Brenners mittels Synthesegas, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Figur 3 beschrieben, in welcher der Heizwert des verwendeten Synthe¬ segases gegen die Gasturbinenleistung P aufgetragen ist.

Beim Synthesgasstart wird über das zentrale Brennersystem 1 niederkalorisches Synthesegas in die Verbrennungszone geführt und dort entweder über eine Zünd-Pilotflamme oder einen

elektrischen Zünder gezündet. Das zentrale Brennersystem 1 ist dabei als Diffusionsbrenner ausgeführt und weist einen kleinen Effektivquerschnitt auf, um einen ausreichend hohen Strömungswiderstand und somit eine hohe Austrittsgeschwindig ^¬ keit bei kleinem Synthesegasmassenstrom zu gewährleisten. Nachdem sich eine stabile Flamme am Austrittsende des zentra ^¬ len Brennersystems 1 gebildet hat, wird die Gasturbine durch Erhöhen des Synthesegasmassenstroms über die zentrale Gaszu ^¬ fuhrpassage 7 weiter belasten, synchronisiert und die Gastur ^¬ binenleistung solange erhöht, bis der Druckverlust über die zentrale Brennstoffpassage 7 den maximal möglichen Wert er ^¬ reicht hat.

Nach Erreichen des maximal möglichen Wertes wird das Haupt ^¬ brennersystem 3 geregelt zugeschaltet, welches sowohl als Diffusions- als auch als Vormischbrenner ausgeführt sein kann. Wenn das Hauptbrennersystem in Betrieb ist, kann das zentrale Brennersystem 1 grundsätzlich abgeschaltet werden. Alternativ ist es auch möglich, beide Brennersysteme simultan weiterzubetreiben.

Der Start der Gasturbine mit Synthesegas erfolgt dann beson ^¬ ders vorteilhaft, wenn zum Zünden des zentralen Brenner¬ systems 1 ein die Synthesegaszufuhr 8 umfassender Zünd-Pilot- brenner, wie er in Figur 1 und Figur 2 dargestellt ist, Ver¬ wendung findet. Über die Synthesegaszufuhr 8 wird ein kleiner und möglichst unverdünnter Synthesegasstrom in den Luftzu¬ fuhrkanal 9 eingedüst und das eingedüste Synthesegas über den elektrischen Zünder 10 gezündet. Im nächsten Schritt wird mittels der stromauf zum Drallerzeuger 12 brennenden Zünd-Pi- lotflamme 16 die als Diffusionsflamme ausgebildete Synthese ^¬ gasflamme der Gaszufuhrpassage 7 gezündet und aus dem Bereich des Drallerzeugers herausgetragen.

Das Heraustragen der Flamme kann dadurch erreicht werden, dass Störkanten, an denen Wirbelstraßen entstehen können, die als unerwünschte Flammenhalter wirken, im Bereich zwischen

der Austrittsöffnung 10 und der Brennkammer 13 vermieden sind. In der in Figur 1 dargestellten Brenneranordnung sind Störkanten dadurch vermieden, dass die rohrförmige Synthese ^¬ gaszufuhr 8 und der elektrische Zünder 10 nicht im Luftzu ^¬ fuhrkanal 9 angeordnet sind. Außerdem sind keine Düsenringe stromauf möglicher Störkanten angeordnet. Wenn die Flamme aus den Drallerzeugern 12 des zentralen Luftzufuhrkanals 9 her¬ ausgetragen ist, und durch Zufuhr von Synthesegas durch die zentrale Brennstoffpassage 7 aufrechterhalten werden kann, kann die Zünd-Pilotflamme 16 abgeschaltet werden.

Eine alternative Möglichkeit, die Verbrennung im Drallerzeu ^¬ ger 12 des zentralen Luftzufuhrkanals 9 zu vermeiden, besteht darin, den Heizwert des durch die zentrale Brennstoffpassage 7 zugeführten Synthesegases durch Verdünnen mit einem Inert¬ medium, beispielsweise Stickstoff, Kohlendioxid oder Wasser ^¬ dampf, soweit zu verdünnen, dass mit einem hohen Massenstrom gearbeitet werden kann. Das Verdünnungsverhältnis ist derart gewählt, dass durch die zentrale Brennstoffpassage 7 ein Mas ^¬ senstrom zugeführt werden kann, der zu einer Strömungsge¬ schwindigkeit des verdünnten Synthesegases im Bereich der Drallerzeuger 12 führt, die wesentlich höher ist, als die Flammengeschwindigkeit. Auf diese Weise wird die Flamme aus den Drallerzeugern 12 herausgetragen.

Die Verringerung des Heizwertes des Synthesegases führt bei konstanter Gasturbinenleistung zu einer Erhöhung des Massen¬ stroms und damit zu einer Erhöhung des Druckverlustes über die zentrale Brennstoffpassage 7. Dies führt auch zu einer geringeren maximalen Feuerleistung über diese Brennstoffpas¬ sage. Daher ist eine Kombination aus Zündung mittels des Zünd-Pilotbrenners und einer moderaten Verdünnung zur Verrin¬ gerung des Heizwertes besonders günstig.

Wenn, wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, der Düsenring 14 der zentralen Brennstoffpassage 7 in seinem dem Zünd-Pilot- brenner 8 gegenüberliegenden Abschnitt keine Düsen 15 auf-

weist, lässt sich auch erreichen, dass sich das über den Zünd-Pilotbrenner 8 und die zentrale Brennstoffpassage 7 zu ^¬ geführte Synthesegas erst in der Brennkammer 13 mischen. In diesem Fall zündet die von der Synthesegaszufuhr des Zünd- Pilotbrenners 8 gespeiste Zünd-Pilotflamme 16 das über die zweite Brennstoffpassage 7 zugeführte Synthesegas erst in der Brennkammer 13, so dass kein Heraustragen der Flamme des über die zweite Brennstoffpassage 7 zugeführten Synthesegases aus dem Drallerzeuger 12 zu erfolgen braucht.

Nach dem Synchronisieren der Gasturbine und dem Erreichen der maximalen Leistung P _x mittels des verdünnten Synthesegases über die zentrale Brennstoffpassage 7 kann die Leistung der Gasturbine dadurch weiter erhöht werden, dass die Verdünnung des durch die zentrale Brennstoffpassage 7 zugeführten Syn ^¬ thesegases verringert wird. Mit anderen Worten, das zuge ^¬ führte Inertmedium wird nach und nach durch Synthesegas er¬ setzt. Dies ist deshalb möglich, weil im Falle der Leistung Pi der Massenstrom eines unverdünnten Synthesegases bereits groß genug ist, um zu einer Austrittsgeschwindigkeit zu füh ^¬ ren, die ein Zurückziehen der Flamme in den Drallerzeuger 12 verhindert.

Nachdem die über die zentrale Brennstoffpassage 7 maximal er ^¬ zielbare Brennerleistung P ₂ erreicht ist, d.h. nachdem ein maximal möglicher unverdünnter Synthesegasmassenstrom zuge¬ führt wird, muss die Hauptpassage 3 zugeschaltet werden, um die Gasturbinenleistung weiter zu erhöhen. Auch bei der Hauptbrennstoffpassage 31 ist eine Mindestaustrittsgeschwin- digkeit des Synthesegases, d.h. ein Mindestdruckverlust über die Hauptbrennstoffpassage 31 sicherzustellen, um akustische Instabilitäten oder Brennerüberhitzungen zu vermeiden. Dieser Mindestdruckverlust entspricht aufgrund der Größe der Passage ca. 50% der Gasturbinenleistung. Da die maximal mögliche Leistung, welche über die zentrale Brennstoffpassage 7 mög ^¬ lich ist, weit geringer sein kann (ca. 10% bis 20%), würde ein Zuschalten der Hauptbrennstoffpassage 31 zu einem Leis-

tungssprung führen, der sich dadurch vermeiden lässt, dass dem durch die Hauptbrennstoffpassage 31 zugeführten Synthese ^¬ gas in einem ersten Schritt der Anfahrphase ein hoher Anteil an Inertmedium zugeführt wird, um den Heizwert des Synthese ^¬ gases zu verringern. Dadurch wird ein hoher Volumenstrom bei gleichzeitig geringem Brennstoffenergiegehalt möglich, der die Gasturbinenleistung verringert. Die Zufuhr der Haupt- brennstoffpassage 31 erfolgt geregelt bei gleichzeitig gere ^¬ gelter Anpassung des über die zentrale Brennstoffpassage 7 zugeführten Synthesegasmassenstroms .

In der Anfahrphase wird zuerst der Synthesegasmassenstrom bei konstantem Heizwert H des Synthesegases bis zur gewünschten Leistung P ₃ erhöht (Abschnitt A in Fig.3) . Danach wird der hohe Anteil an Inertmedium Schritt für Schritt unter Beach¬ tung der zulässigen Gradienten geregelt durch Synthesegas er¬ setzt und so der gewünschte Heizwert eingestellt (B in Fig. 3), bis eine vorgegebene Leistung P ₄ erreicht ist. Nachfol ^¬ gend kann dann eine Leistungserhöhung durch Erhöhen des durch die Hauptbrennstoffpassage 31 zugeführten Synthesegasmassen¬ stroms bis auf die maximale Leistung P _max erfolgen.

In einer alternativen Ausgestaltung der Anfahrphase kann das Zuschalten der Hauptbrennstoffpassage 31 auch ohne Inertme ^¬ dium erfolgen. Es werden dann nicht alle Brenner der Gastur¬ bine gleichzeitig zugeschaltet, sondern nur Brennergruppen, die separat angesteuert werden können. Durch die Zuschaltung von Brennergruppen verteilt sich der Synthesegasmassenstrom auf weniger Brenner und führt somit zu einem höheren Druck¬ verlust pro Brenner. Nach und nach können dann solange wei¬ tere Brennergruppen zugeschaltet werden, bis alle Brenner zu¬ geschaltet sind.