AG Turbo - low-CO_2 power station '500 MW on a single shaft'. Project Group 3.1 Instability and Thermoacoustics. Project 3.1.1 A: Furnace side measures for active instability control Final report / AG Turbo - CO_2-armes Kraftwerk '500 MW auf einer Welle'. Vorhabengruppe 3.1 Instabilitaet und Thermoakustik. Vorhaben 3.1.1 A: Feuerungstechnische Aspekte der aktiven Instabilitaetskontrolle Schlussbericht

Die dynamische Entwicklung der letzten 50 Jahre hat leistungsfaehige und wirtschaftliche Gasturbinen hervorgebracht. Die herausfordernde Zukunftsaufgabe liegt nun in der effizienten und umweltschonenden Umwandlung fossiler Energietraeger in elektrischen Strom. Dabei fuehrt der Trend zum verstaerkten Einsatz von Vormischbrennern, welche hohe Leistungsdichten und geringe Schadstoffemissionen erreichen. Die erhoehten Reaktionsdichten, staerkere Stoechiometrieabhaengigkeit der Zuendvorgaenge und die verringerten konvektiven Verzugszeiten innerhalb der Vormischflammen resultieren jedoch in eine erhoehte Schwingungsneigung in diesen Anlagen, welche sich negativ auf den umweltschonenden und wirtschaftlichen Betrieb eines Kraftwerks auswirken. Bisherige Untersuchungen zur aktiven Instabilitaetskontrolle beschraenken sich meist auf die Entwicklung von Regelstrategien und die Erprobung verschiedener Aktuatoren. Entscheidend fuer den Erfolg der aktiven Kontrolle ist aber auch die effiziente Umsetzung der Brennstoffmodulation in eine Modellierung der Waermefreisetzung bzw. Volumenexpansion, um gebene Schwingungszustaende mit minimalem Brennstoffeinsatz beruhigen zu koennen. Die Wirksamkeit der aktiven Kontrolle durch Sekundaerbrennstoffeinduesung konnte anhand einer fremderregten Schwingung unter Beweis gestellt werden. Die durchgefuehrten Experimente zeigen ein grosses Daempfungspotential mit nur 5 Massen-% an Sekundaerbrennstoff. Es konnten effektive Einduesungspositionen gefunden werden, die bei beiden Vormischbrennertypen zu hohen Daempfungsraten fuehren. Daraus lassen sich fuer die technische Anwendung der aktiven Kontrolle Regeln ableiten, um sie effizient zur Daempfung der Verbrennungsschwingungen einsetzen zu koennen. (orig.) / The dynamic development of the last 50 years leads to powerful and economic gas turbines. The challenging task for the future is an efficient and ecologic conversion of fossil fuels into electric current. The trend goes to pre-mixing burners with high power density and low emissions. The higher reaction density, a higher dependence of the ignition processes on the stoichiometry and the lower convective time delays with the flames result however in higher inclination to combustion instabilities, which are negative for an economic and ecologic operation of power plants. Investigations on active instability control are often limited to developments of new controller strategies and tests of new actuators. But it is decisive for the success of the method to have an efficient conversion of the fuel modulation into a modulation of heat release and volume expansion respectively, in order to attenuate those combustion oscillations with a minimum of fuel. The efficiency of the active instability control by secondary fuel injection is proved by damping a forced oscillation. The experiments show high damping rates with only 5 mass-% of secondary fuel. There were several injection positions detected which are very efficient for the investigated burner types. These results can be used to form rules for a technical implementation in order to have an efficient control system against those combustion instabilities. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: F03B1199+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / Bundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany) / DE / Germany