CN102828833A - 用于运行热力机的燃料供给系统的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行热力机的燃料供应系统的方法，其中，燃料供给系统基本上由至少一个通向燃烧过程(3)的燃料管道(1)组成，沿着该燃料管道设置至少一个阀组件，在该方法中，第一步是在排出阀(7)关闭时，关闭截止阀(4)和控制阀(5)；在第二步中，打开排出阀(7)，这样可以清空燃料管道段(1′)和排放管道(6′)内的燃料体积(V1)；在第三步中关闭排出阀(7)并在第四步中开启控制阀(5)；随后的第五步，通过由压力驱动的、出自燃烧过程(3)的燃料回流灌注燃料体积(V1)；第六步是然后关闭控制阀(5)并且随后开启排出阀(7)以清空依照第五步灌注完的燃料体积(V1)。

Description

用于运行热力机的燃料供给系统的方法

技术领域

本发明涉及依据权利要求1所述的用于运行热力机的燃料供给系统的方法。 

背景技术

大多用于发电的热力机，首先是燃气涡轮机设备和/或蒸汽涡轮机设备，都要遵循标准化规范中提出的严格的安全准则。此处指的是对于使用液体或气体燃料驱动的燃气涡轮机的安全性提出要求的ISO标准、ISO21789的运行标准。尤其是上述ISO标准的第5.10章具体规定了在高的工作压力下燃烧器装置运行时，保证运行安全的燃料供应的具体要求，在该燃烧器装置中，强力压缩的燃烧气体与液体的和/或气体的燃料混合形成可燃的燃料混合气。在现代化的燃气涡轮机设备中，燃烧过程中产生高于30帕的工作压力，为了向燃烧过程安全地输送燃料，该工作压力要求采取特殊的预防措施。尤其是某些情况下，例如燃料输送须短暂中断或从一种燃料形式向另一种燃料形式转换(液体、气体或反过来)，就要设法保证不会出现无法控制的沿着燃料输入管道反燃或其他无法控制的暴燃的情况。为避免此种不合常规的燃烧现象，要沿着燃料输入管道设计一个特定构造的安全阀系统，也就是所谓的排出-截止阀双阀系统，不论是可控地切断燃气涡轮机设备还是在紧急情况下，该系统都能设法保证燃料中断的安全。此种排出-截止阀双阀系统的结构以及运行方式在上文提及的ISO-标准、ISO21789的第5.10.5章有详细说明。 

在现有的快速关断燃烧过程3的实践中，如果同时关闭截止阀和控制阀，燃料的输入就中断，这样处于燃烧过程工作压力条件下的燃料部分被包围在燃料管道和排放管道的管道区域内，该区域一侧由分别关闭的截止阀、控制阀和排出阀限定。此外假定该管道区域包围燃料体积V1。 

关闭截止阀和控制阀后，开启排出阀，这样受到压力冲击的燃料部分通过排放管道清空进入排流地点区域。如果该燃料例如是气体燃料，那么它可以通过安全位置处的一种烟囱(Kamin)排放至外部大气中。 

虽然通过这一方式可以安全地清除由燃料体积V1限定的管道区域内部的燃料 部分，但还是有相当一部分燃料体积V2残留在燃料管道中，而该燃料管道在控制阀顺流、燃烧过程的逆流方向延伸。这部分剩余燃料部分可能导致不希望出现的点燃反应或燃烧反应，这些反应尤其在燃料沿着燃料管道反燃的情况下可能引起巨大的损害。同样要确保排除这种不受控制的燃烧情况。常见的避免此种不受控制的燃烧情况的措施是冲洗导致燃烧过程的燃料管道，其中在控制阀开启的情况下，通过额外的冲洗管道，将冲洗介质(例如二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、空气等)输送到可能引发燃烧过程的燃料管道。但这种冲洗方法也可能导致或有助于对燃烧过程造成其他干扰，由此至少燃烧器装置领域里的剩余燃料部分可被燃烧。 

发明内容

因此本发明希望解决这些问题。如权利要求所述，本发明的任务是提供一种驱动热力机燃料供应系统的方法，该方法阻止燃烧过程反燃至输送燃料的管道。 

为实现此目的，为了运行本方法设计一种热力机的燃料供应系统，该燃料供应系统基本上由至少一个通向燃烧过程的燃料管道组成，沿着该燃料管道设置至少一个阀组件。每个阀组件由至少一个截止阀和至少一个控制阀构成，其中，控制阀更靠近燃烧过程布置。两个阀限定燃料管道段，其中，至少配备有一个排出阀的排放管道从燃料管道段分岔并通向排流地点。 

为保持用于运行热力机的燃料供应，截止阀和控制阀开启，而排出阀在这一阶段关闭。在截止阀和控制阀之间并且在排放管道内部直至截止阀的的燃料管道段形成燃料体积V1。为了禁止燃料供应并且为了清空处于燃烧过程上游的燃料管道，要按照时间先后顺序执行下述预防措施： 

第一步：在排出阀关闭的情况下关闭截止阀和控制阀； 

第二步：打开排出阀并清空燃料管道段和排放管道内的燃料体积(V1)； 

第三步：关闭排出阀； 

第四步：开启控制阀； 

第五步：通过由压力驱动的、出自燃烧过程的燃料回流灌注燃料体积(V1)； 

第六步：关闭控制阀，随后开启排出阀以清空依照第五步灌注完的燃料体积(V1)。 

供使用的燃料可以是气态或液态，其中，在这种情况下也可设计几个用于为燃烧过程提供燃料的燃料输送管道，该燃料输送管道典型地具有如上文所述的相同的阀。 

上述的阀应该可以单独地、组合地、先后地或相互依赖地使用。 

本发明主要的优点是，即使有目的地中断燃料供应，本发明也可以禁止那些不受控制的燃烧过程或点燃过程(首先是通向燃料管道的反燃)的发生。 

因此也可以省去向通向燃烧过程的燃料管道输送冲洗介质。 

从属权利要求给出本发明的有利的实施例变型。 

附图说明

附图省略了所有对于直接理解本发明非必要的要素。图示： 

图1：热力机的燃料供给系统的布置图，其中，燃料供给系统基本上由至少一个通向燃烧过程的燃料管道组成，沿着该燃料管道设置至少一个阀组件。 

具体实施方式

为向燃烧过程提供燃料，设计燃料管道1，该管道1将燃烧过程3与燃料容器2连接。沿着燃料管道1设置截止阀和控制阀4、5。 

此外，沿着燃料管道1，在截止阀4和控制阀5之间岔出排放管道6，沿着该排放管道6设置了排出阀7。排放管道6在排出阀7下游通向排流地点8，该处一般为大气环境压力条件。 

正常运行过程中，也就是在燃气涡轮机设备运行时，截止阀和控制阀4、5开启，而排出阀7在此过程中关闭。通过将控制阀5调节至相应的阀门位置，可控地从燃料容器2中通过燃料管道1为燃烧过程3提供燃料，该燃烧过程3至少与燃烧过程内存在的工作压力相适应。一般来说，仅通过控制阀5进行燃料计量，而截止阀4在运行状态下完全开启。 

图1所示的阀装置比较典型地被称为截止-排出阀双阀系统，因为存在两个阻止燃料输入的截止阀，也就是截止阀4和控制阀5，其中，还要额外设计排出阀7。 

在现行的快速切断燃烧过程3的实践中，通过同时关闭截止阀4和控制阀5禁止燃料输入，由此处于燃烧过程工作压力条件下的燃料部分被包围在燃料管道和排放管道的管道区域1′、6′内部，该区域在一侧由分别关闭的截止阀、控制阀和排出阀4、5、7限定。这样看来可以假定，该管道区域包围燃料体积V1。 

关闭截止阀4和控制阀5后，开启排出阀7，这样燃料体积V1内部的被加载压力的燃料部分通过排放管道7清空到排流地点8的区域中。如果该燃料例如是 气体燃料，那么它可以通过安全位置处的一种烟囱排放至外部大气中。 

虽然通过这一方式可以安全地清除限定所述燃料体积V1的管道区域1′、6′内部的燃料部分，但还是有相当一部分燃料体积V2残留在燃料管道中，该燃料管道在控制阀5下游并且在燃烧过程3上游延伸。这部分剩余燃料部分可能导致不希望出现的点燃反应或燃烧反应，这些反应尤其在燃料沿着燃料管道反燃的情况下可能引起巨大的损害。同样要确保排除这种不受控制的燃烧情况。常见的避免此种不受控制的燃烧情况的措施是冲洗导致燃烧过程3的燃料管道，其中，在控制阀5开启的情况下，通过额外的、未显示的冲洗管道，将冲洗介质(例如二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)、空气等)输送到可能引发燃烧过程的燃料管道。但这种冲洗方法也可能导致对燃烧过程造成其他干扰，由此至少燃烧器装置区域中的剩余燃料部分可被燃烧。因此依据本发明按照如下操作方式进行： 

在第1步中，在排出阀7关闭的情况下关闭截止阀4和控制阀5； 

在第2步中，打开排出阀7，这样可以清空燃料管道段1′和排放管道6′内的燃料体积(V1)； 

在第3步中，关闭排出阀7； 

在第4步中：开启控制阀5； 

在第5步中，通过由压力驱动的、出自燃烧过程的燃料回流灌注燃料体积(V1)； 

在第6步中，关闭控制阀5，随后开启排出阀7以清空依照第五步灌注完的燃料体积(V1)。 

下文分别强调每个步骤： 

依据本发明，本发明的特点是为禁止燃料输送而实施上述1-6步骤，该步骤禁止反燃和/或传输燃料的管道受到损伤。 

由此可知，如上文所述的现有技术情况，根据本发明，在第一步中，在相应关闭排出阀时关闭截止阀和控制阀。 

关闭截止阀和控制阀后，如上文所述，沿着由截止阀和控制阀在两侧限定的燃料管道段以及沿着自燃料管道在一侧岔出并在另一侧由排出阀7限定的排放管道具有燃料体积V1的燃料。此外，在一侧由控制阀5限定的、通向燃烧过程的燃料管道中，存在燃料体积为V2的剩余燃料。燃料体积V1和燃料体积V2内的管道压力相同并与燃料管道压力相符，该压力对于安全驱动热力机、尤其对于向燃烧 过程输送燃料是必要的。 

在第二步中开启排出阀7，这样燃料体积V1的燃料相对于大气环境压力条件沿着排放管道6在排流地点8处清空。清空后，排放管道6及燃料管道段1′内出现排流地点8处的压力，优选为大气环境压力。 

在随后的第三步中，排出阀7关闭；而在第四步中，开启控制阀5。由于控制阀5左右两侧的燃料管道的管道压力不同，由于压力驱动，燃料从通向燃烧过程3的燃料管道朝燃料管道段1′的方向回流。在所述剩余燃料的回流过程中，热空气的一部分额外地通过燃料管道从燃烧器装置中吸出。控制阀5一直开启，直到燃料体积V1由于剩余燃料在压力驱动下、自控制阀通向燃烧过程的燃料管道段回流至灌满，由此作为第五步的灌注过程结束。 

接下来，在第六步中，关闭控制阀5。现在可以开启排出阀7，由此再次沿着排放管道朝排流地点8的方向清空燃料体积V1。 

典型地，由从控制阀5通向燃烧过程3的燃料管道包围的燃料体积V2大于或明显大于上文所述的燃料体积V1。这样为了沿着通向燃烧过程3的燃料管道完全清空残留的剩余燃料，需要重复已说明的回输过程，也就是说，上文的步骤重复二至四次，优选重复n＝V2/V1次。 

这就意味着，只要排出阀7关闭并且沿着燃料管道段1′或6′产生排流地点8处的压力条件，就要重新开启控制阀5。剩余燃料带着部分热空气的一部分从通向燃烧过程3的燃料管道一侧重新流回或泵回，直到燃料体积V1被重新灌注为止。关闭控制阀5后，通过开启排出阀7清空燃料体积V1。 

依据本发明解决方案的措施因此可用于在燃料输送中断后，使残留在燃料体积V2内的剩余燃料的可控地流回或泵回。泵送过程迭代进行，直到沿着通向燃烧过程的燃料管道出现与排流地点8处相同的压力条件为止。 

此外，在本发明方法的一个优选的实施例变型中，在控制阀区域内进行温度测量，这样可以及时发现热的燃烧产物从燃烧过程一侧通过燃料管道朝控制阀5方向不可控地扩散，以便禁止剩余燃料的可控泵回过程。也可以借助于温度监控的方式沿着通向燃烧过程的燃料管道监控热空气量，该量随着排放步骤的进行和持续时间的增长而增大，最后通过温度测量导致泵送步骤结束。 

依据本发明的剩余燃料部分(所述剩余燃料部分沿着通向燃烧过程3的燃料管道处于控制阀5的上游)的可控泵回的原理不要求任何额外的技术要素，而只要 求一个以协调方式激活相关阀的控制程序。因此依据本发明的解决方案成本低，不论是新设备还是已经投入使用的设备都可以在毫无问题地整合本方案，而不需要附加的技术措施。此外，依据本发明的方法方案有利于降低热力机(首先是蒸汽涡轮机设备和燃气涡轮机设备)的运行成本，此外可以放弃冲洗措施并由此节省相关开支。 

附图标记列表 

1    燃料管道 

1′  燃料管道段 

2    燃料容器 

3    燃烧过程、燃烧器 

4    截止阀 

5    控制阀 

6    排放管道 

6′  排放管道段 

7    排出阀 

8    排流地点 

V1   燃料体积 

V2   控制阀和燃烧过程之间的燃料体积。 

Claims (7)

1.用于运行热力机的燃料供应系统的方法，其中，燃料供给系统基本上由至少一个通向燃烧过程(3)的燃料管道(1)组成，沿着该燃料管道设置至少一个阀组件，其中，每个阀组件由至少一个截止阀(4)和至少一个控制阀(5)构成，其中，控制阀(5)更靠近燃烧过程(3)布置，所述两个阀(4、5)限定燃料管道段(1′)，其中，配备有至少一个排出阀(7)的排放管道(6′、6)从燃料管道段(1′)分岔并通向排流地点(8)，其中，为保持用于运行热力机的燃料供应，截止阀(4)和控制阀(5)开启并且排出阀(7)关闭，其中，截止阀(4)和控制阀(5)之间的燃料管道段(1′)和直至排出阀(7)的排放管道(6′)形成燃料体积(V1)，其中，为了禁止燃料供应并且为了清空处于燃烧过程上游的燃料管道(1′、6′)，按照时间先后顺序执行下述预防措施：

第1步，在排出阀(7)关闭的情况下关闭截止阀(4)和控制阀(5)；

第2步，打开排出阀(7)并且清空处于燃料管道段(1′)和排放管道(6′)内的燃料体积(V1)；

第3步，关闭排出阀(7)；

第4步，开启控制阀(5)；

第5步，通过由压力驱动的、出自燃烧过程(3)的燃料回流灌注燃料体积(V1)；

第6步，关闭控制阀(5)并且随后开启排出阀(7)以清空依照第5步灌注完的燃料体积(V1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3至6重复至少一次。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，这样长时间地重复步骤3至6，直到沿着燃料管道(1)至少在关闭的控制阀(5)和燃烧过程(3)之间存在通过那里的燃料体积(V2)引起的管道压力为止，该管道压力大于排出阀(7)开启时沿着排放管道(6)的管道压力。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，步骤3至6重复n次，n＝V2/V1。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在控制阀(5)的区域中进行温度测量，并且这样长时间地重复步骤3至6，直至温度阈值不被超过为止。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，使用燃气涡轮机装置和/或蒸汽涡轮机装置作为热力机，通过至少一个燃料管道为该热力机供应气态或液体燃料。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，引导多个燃料管道(1)，给所述管道供给不同的燃料。

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