CZ122499A3 - Očišťovací systém kapalného paliva a vodního vstřikování pro plynovou turbínu - Google Patents

Description

(57) Anotace:

Oěišťovací systém je určený pro odstraňování kapalného paliva a vody ze spalovací sekce /110/ systému plynové turbíny /100/, stejné jako pro provádění nepřetržitého ochlazování trysek /120/. Plynová turbína /100/ může pracovat s kapalným palivem nebo s plynným palivem. Je-li plynová turbína /100/ přepnuta na spalování plynného paliva, pak je kapalné palivo, které zbyde v systému kapalného paliva, odstraněno s pomocí očišťovacího systému /258/ kapalného paliva. Obdobně je voda v systému vodního vstřikování očištěna prostřednictvím trysek ve spalovacím systému s pomocí očišťovacího systému /256/ vody. Oěišťovací systém pracuje ve spojitosti se systémem rozprašovacího vzduchu s využitím stlačeného vzduchu /202/ z kompresoru /108/ plynové turbíny /100/ a nasměrovává oěišťovací vzduch k rozvodným potrubím, která rozvádějí vzduch do průchodů pro rozprašovací vzduch, do trysek /120/ na kapalně palivo a do trysek /111/ na vstřikování vody přes oěišťovací ventily /222, 224/ a přes ventily /252, 253/ pro mírné očišťováni. Oěišťovací systém dále zahrnuje oěišťovací rozdělovači potrubí /234/ pro distribuci vzduchu k tryskám /120/ na kapalné palivo a zdokonalený izolační systém /240, 241/ pro zlepšeni spolehlivosti a řízení. Řešení se dále týká způsobu očišťování turbíny shora uvedeným systémem.

999 9119· * *·· ··· _Λ .

♦ · • « · · » · · ' » · * 4 • · · · * ♦ ·

01-625-99-Če

Očišťovací systém kapalného paliva a vodního vstřikování pro plynovou turbínu

Oblast techniky

Vynález se týká plynových turbín, a zejména, avšak nikoliv výlučně systémů vstřikování kapalného paliva pro průmyslové plynové turbíny.

Dosavadní stav techniky

Známé průmyslové plynové turbíny jsou často schopny alternativního provozu při spalování kapalných a plynných paliv. Tyto plynové turbíny mají systémy pro přívod paliva jak pro kapalná, tak i pro plynná paliva, například pro zemní plyn. Plynové turbíny obvykle nespalují jak plynná, tak i kapalná paliva najednou. Pokud plynová turbína spaluje kapalné palivo, je obvykle přívod plynného paliva vypnut. A obdobně pak, pokud plynová turbína spaluje plynné palivo, je vypnut přívod kapalného paliva.

Plynové turbíny, které jsou vybaveny systémy na spalování kapalného paliva, vyžadují, aby byly rovněž opatřeny systémem na očišťování kapalného paliva, jehož úkolem je čistit palivové trysky ve spalovací komoře kapalného paliva. Rovněž je zde vyžadováno použití systému vodního očišťování pro čištění systému vodního vstřikování, který je často používán k přidávání vody do spalovací komory, pokud plynová turbína pracuje s kapalným palivem. Systém vodního vstřikování a systém přívodu kapalného paliva bývají obvykle vypnuty, pokud plynová turbína pracuje s plynným palivem. Pokud jsou tyto systémy vypnuty, pracují očišťovací systémy tak, že vymývají a odstraňují veškeré zbytky kapalného paliva nebo vody z trysek spalovací komory, přičemž provádějí nepřetržité ochlazování trysek prouděním vzduchu.

Na obr. 1 je schematicky znázorněna plynová turbína 10Q, opatřená systémem 102 kapalného paliva a očišťovacím systémem 104 kapalného paliva. Tato plynová turbína 100 je rovněž schopna pracovat s plynným palivem, jako je například zemní plyn, a obsahuje proto systém 106 plynného paliva. Další hlavní součásti plynové turbíny 100 zahrnují hlavní kompresor 108, spalovací komoru 110, turbínu 112 a regulátor 114. Energetickým výstupem plynové turbíny 100 je otočný turbínový hřídel 116, který může být připojen například ke generátoru za účelem výroby elektrické energie.

U znázorněného příkladného provedení průmyslové plynové turbíny může spalovací komorou 110 být prstencovitá soustava spalovacích komůrek 118, z nichž každá je opatřena tryskou 12Q na kapalné palivo a tryskou 122 na plynné palivo. Spalovací komorou 110 může alternativně rovněž být prstencovitá komora.

U uspořádání spalovacích komůrek 118, znázorněného na obr. 1, je spalování iniciováno v prostoru spalovacích komůrek 118 v bodě, umístěném mírně po proudu směrem dolů od trysek. Vzduch z hlavního kompresoru 108 proudí kolem a přes spalovací komůrky 118 za účelem přivádění kyslíku, nezbytného pro hoření či spalování. A navíc jsou v prostoru spalovací komory uspořádány trysky 111 na vstřikování vody,, jejíchž účelem je přivádět přídavnou energii do horkých spalovacích plynů a ochlazovat spalovací komůrky 118.

Na obr. 3 je znázorněn konvenční známý očišťovací systém pro systémy kapalného paliva a vodního vstřikování.

Systém 102 kapalného paliva je opatřen přidruženým očišťovacím systémem 104 kapalného paliva, systémem 124 na vstřikování vody a vodním očišťovacím systémem 12 6. Pokud plynová turbína 100 pracuje se zemním plynem (nebo s jiným plynným palivem), pak očišťovací systém 104 kapalného paliva a očišťovací systém 126 vody profukují stlačený vzduch přes systém kapalného paliva a systém vodního vstřikování a dále přes trysky 120 na kapalné palivo za účelem odstraňování kapalného paliva a vody ze systému 102 kapalného paliva a ze systému 124 na vstřikování vody, přičemž je současně vytvářen nepřetržitý proud proudícího chladicího vzduchu k tryskám.

Vzduch používaný k očišťování systému kapalného paliva a systému vodního vstřikování je dodáván z motorem M poháněného očišťovacího kompresoru 128. Tento očišťovací kompresor 128 zvyšuje tlak vzduchu, přicházejícího od hlavního

Předchlazovač 164 stlačeného vzduchu, kompresoru 108. separátor 166 filtrační zařízení 168 jsou použity ke zpracování stlačeného vzduchu ještě předtím, než je jeho tlak zvýšen očišťovacím kompresorem 128.

Očišťovací vzduch z očišťovacího kompresoru 128 je veden přes potrubí 130, přes prozatímní síto 162 do téčka neboli T-kusu 137, který rozděluje proud očišťovacího vzduchu a nasměrovává tento proud jak do očišťovacího systému 104 kapalného paliva, tak do očišťovacího systému 126 vodního vstřikování. Seřizovacího otvoru 132 je použito k odměřování průtoku očišťovacího vzduchu do rozdělovacího potrubí 136 pro očišťování vstřikované vody, k tryskám 111 na vstřikování vody a k několikacestnému ventilu 138 pro očišťování kapalného paliva.

Několikacestný ventil 138 pro očišťování kapalného paliva přivádí očišťovací vzduch se zvýšeným tlakem ke každé z trysek 120 na kapalné palivo. Kromě toho očišťovací kompresor 128 rovněž přivádí vzduch přes jiný seřizovači otvor 133 k rozdělovacímu potrubí 134 rozprašovacího vzduchu a k otvorům pro rozprašovací vzduch v tryskách 120 na kapalné palivo.

Pokud je očišťovací systém 104 kapalného paliva spuštěn, potom solenoidem ovládaný ventil 140 pro mírné očišťování je otevřen současně s několikacestným ventilem 138 pro očišťování kapalného paliva prostřednictvím společného solenoidového ventilu 139. Rychlost otevírání očišťovacího ventilu 140 pro mírné očišťování je mechanicky řízena odměřovacím ventilem ve spouštěcím potrubí (na vyobrazení neznázorněno). Očišťovací ventil 140 pro mírné očišťování se otevírá po relativně dlouhou dobu za účelem minimalizace přechodného zatížení, vznikajícího v důsledku spalování zbytků kapalného paliva, proudících do spalovací komory z potrubí 142 očišťovacího systému a z trysek 120 na kapalné palivo.

Očišťovací ventil 140 na mírné očisťování je ventilem s nízkou průtokovou rychlostí, určeným ke snižování zvýšeného tlaku očišťovacího vzduchu, proudícího z očišťovacího « « kompresoru 128. Po otevření očišťovacího ventilu 140 pro mírné očišťování, které trvá předem stanovenou dobu, je otevřen vysokoprůtočný očišťovací ventil 144, který umožňuje proudění vysokotlakého očišťovacího vzduchu s vhodným tlakovým poměrem systému. Vysokoprůtočným očišťovacím ventilem může být dvoucestný kulový ventil 144.

Pokud je spuštěn očišťovací systém 126 vodního vstřikování, je otevřen solenoidem řízený trojcestný kulový ventil 146. Rychlost otevírání tohoto trojcestného kulového ventilu 146 je mechanicky ovládána odměřovacím ventilem ve spouštěcím potrubí (na vyobrazení neznázorněno). Ventil 146 vodního vstřikování je otevírán pomalu za účelem minimalizace rizika, že stlačený očišťovací vzduch nezpůsobí vysoký průtok vody, který by mohl uhasit spalovací plamen, když je zbytková voda odváděna potrubím 148 očišťovacího systému a ven z trysek 111 na vstřikování vody ve spalovacích komůrkách 118. Koncové krycí zpětné ventily 147 zabraňují zpětnému průtoku kapalin do rozdělovacího potrubí 136 pro očišťování vstřikované vody a do několikacestného ventilu 138 pro očišťování kapalného paliva.

Shora popsaná potrubí, ventily, očišťovací kompresor a další součásti očišťovacích systémů pro systém kapalného paliva a pro systém vodního vstřikování jsou velice složité, komplikované a těžkopádné. Vyžadují řízené otevírání několika ventilů, několikacestných ventilů odměřovacích seřizovačích otvorů a zpětných ventilů, přičemž všechny tyto součásti vyžadují pečlivou údržbu a představují body možné poruchy.

Pokud dojde k poruše takovýchto očišťovacích systémů, zůstane porucha určité součásti stejně nezjištěna až do té • · • · · « ·· ·<

doby, kdy je provoz turbíny nevyhnutelně ovlivněn, takže v tomto okamžiku musí být turbína odstavena a musí být provedena její údržba. Za účelem odstranění nezbytnosti odstavení turbíny v důsledku poruchy očišťovacího systému je známo přidat více součástí očišťovacího systému a přidat systém zpětné vazby k hlavnímu očišťovacímu systému.

Pokud dojde například k poruše očišťovacího kompresoru 128, pak je vzduch pro očišťovací systémy dodáván od vzduchového kompresoru 150 pro rozprašovací vzduch. Vzduch od tohoto vzduchového kompresoru 150 pro rozprašovací vzduch je ochlazován v chladiči 152 očišťovacího vzduchu. Je-li vzduchový kompresor 150 pro rozprašovací vzduch v provozu za účelem poskytování vzduchu pro očišťovací systémy, potom jsou motorem M poháněné ventily 154 a 156 uzavřeny za účelem snížení průtoku a tlaku, takže je vzduch veden přes chladič očišťovacího vzduchu při vhodném tlaku a teplotě.

A navíc je motorem M poháněný ventil 158 otevřen za účelem vytvoření rázové ochranné smyčky zpětné vazby. Provoz těchto ventilů 154, 156 a 158 řídí proudění vzduchu do vzduchového kompresoru 150 pro rozprašovací vzduch a rovněž i z tohoto vzduchového kompresoru 150.

Očišťovací vzduch ze vzduchového kompresoru 150 pro rozprašovací vzduch prochází přes prozatímní síto 162 za účelem odstraňování nečistot z očišťovacího vzduchu a za účelem ochrany součástek, citlivých na nečistoty, před rozbitou drtí či úlomky. Očišťovací vzduchový chladič 152 je přiřazen k předchlazovači 164 rozprašovacího vzduchu, k separátoru 166 a k filtračnímu zařízení 168 za účelem ochlazování vzduchu z výstupu hlavního kompresoru 108.

Shora popsané konvenční očišťovací systémy pro kapalné palivo a vodní vstřikování velmi trpí celou řadu nevýhod a jsou velice náchylné k poruchám. Vyžadují například použití očišťovacího kompresoru pro zvýšení tlaku stlačeného vzduchu, vystupujícího z hlavního kompresoru. K překonání nevýhod známých systémů jsou běžně neustále znovu konstruovány jednotlivé součásti těchto očišťovacích systémů, a to zejména takové součásti, jako jsou například zpětné ventily 147 a několikacestné ventily 138, které jsou náchylné k poruchám v důsledku znečištění očišťovacího vzduchu.

Konvenční řídicí způsoby spočívaly ve využívání celé série seřizovačích otvorů za účelem vyvážení očišťovacího vzduchu a nastavení vhodných tlakových poměrů pro přípustnou spalovací dynamiku. Tyto seřizovači otvory musely mít jednotlivě stanovené rozměry za účelem nastavení a seřízení tlakových poměrů očišťovacího vzduchu.

A navíc pak konvenční známé očišťovací systémy vyžadují použití podsystémů, jako je například očišťovací ventil 140 pro mírné očišťování se seřízenými jehlovými ventily, určený pro počáteční uplatnění očišťovacího vzduchu u trysek systému kapalného paliva. Tento očišťovací ventil 140 pro mírné očišťování byl přidán za účelem snížení přechodových zátěžových špiček během přechodu na jiné palivo, kdy jsou očišťovací systémy uváděny do provozu. Očišťovací ventilový spouštěcí systém vodního vstřikování byl rovněž modifikován tak, aby obsahoval trojcestný kulový ventil 146 s nastavenými a seřízenými jehlovými ventily, jejichž úkolem je snížit riziko vyšlehnutí plamene.

Jako přídavek k očišťovacím kompresorům musejí být přidány záložní systémy pro očišťovací kompresory, seřizovači otvory, dočasná síta, podsystémy a další nové součásti a instrumentace, jejichž úkolem je ochraňovat nové součásti proti znečištění. Rovněž bylo přidáno recirkulační potrubí 170 kolem kompresoru na rozprašovací vzduch, jehož účelem je ochrana proti rázům. Toto připojení k očišťovacím systémům bylo okrajově akceptovatelné. Konvenční očišťovací vzduchové systémy s veškerými jejich přídavnými součástmi a novými složkami byly velice složité, náchylné k poruchám a nepříliš spolehlivé.

Podstata vynálezu

Přihlašovatelé zkonstruovali nový a nezřejmý očišťovací systém pro plynovou turbínu, který nevyžaduje použití očišťovacího kompresoru. Kromě toho je tento nový očišťovací systém velmi jednoduchý, robustní, masivní, spolehlivý a z hlediska nákladů rovněž velmi efektivní. Systém podle tohoto vynálezu poskytuje nepřetržité a spolehlivé proudění očišťovacího vzduchu pro očišťování trysek na kapalné palivo a trysek pro vodní vstřikování tak, aby z nich byly odstraněny zbytky kapalín, přičemž se současně tyto trysky ochlazuj í.

Kromě toho tento nový očišťovací systém zabraňuje zpětnému proudění horkých produktů hoření do systému kapalného paliva a do systému vodního vstřikováni, pokud jsou tyto systémy kapalného paliva a vodního vstřikování vypnuty či vyřazeny z provozu. A navíc, pokud jsou systémy kapalného paliva a vodního vstřikování zapnuty, to znamená, že jsou v provozu, jsou tyto systémy izolovány od očišťovacích systémů, « · a to za účelem zabránění nahromaďování kapalného paliva a vody v očišťovacích systémech.

Očišťovací systém podle tohoto vynálezu využívá nízkotlakého vzduchu z výstupu hlavního kompresoru 108, přičemž nevyžaduje použití samostatného očišťovacího kompresoru za účelem zvyšování tlaku očišťovacího vzduchu, pokud plynová turbína pracuje s plynným palivem. Hlavní kompresor je velice spolehlivý, a to alespoň v tom smyslu, že plynová turbína nemůže pracovat, pokud není hlavní kompresor schopen provozu. Kromě toho není nutno používat kompresoru na rozprašovací vzduch jako zpětný systém pro zvyšování tlaku, pokud plynová turbína pracuje s plynným palivem.

Za účelem pojmutí nízkotlakého očišťovacího vzduchu byly u předmětu tohoto vynálezu zvětšeny průměry potrubí pro očišťovací vzduch pro umožnění většího průtokového objemu očišťovacího vzduchu. Kromě toho zahrnuje předmětný očišťovací systém i očišťovací rozdělovači potrubí, určené k rozdělování očišťovacího vzduchu jednotlivým tryskám na kapalné palivo, takže toto rozdělovači potrubí nahrazuje složitý několikacestný talířový ventil 138, používaný u konvenčních očišťovacích systémů.

Kromě toho očišťovací systém podle tohoto vynálezu využívá pneumaticky ovládaných kulových ventilů, a to namísto několikacestného ventilu a zpětných ventilů. Několikacestný ventil 138 talířového typu a zpětné ventily 147, známé z dosavadního stavu techniky, byly nepříznivě ovlivňovány nečistotami, obsaženými v očišťovacím vzduchu, přestože byl filtrován, a byly proto náchylné k poruchám či poškození.

9

99

Jiné nové znaky předmětu tohoto vynálezu zahrnují skutečnou stavěči a vypouštěcí schopnost, kterou poskytuje dvojitá izolace ventilů s ventilaci vnitřních dutin pro zlepšení spolehlivosti, a jednobodový seřizovači ovládací ventil 212, který umožňuje velmi snadné provedení nastavení z hlediska tlakového poměru, požadovaného pro minimální spalovací dynamiku.

Kromě toho očišťovací systém podle tohoto vynálezu zahrnuje zdokonalený očišťovací řídicí systém, ovládaný regulátorem 114. Tento regulátor 114 využívá přídavného přístrojového vybavení 266, 267 a 268, které nepřetržitě sleduje tlakové poměry v očišťovacím systému za účelem zamezení poškození palivových trysek v důsledku ztráty nebo snížení očišťovacího průtoku a které zajišťuje lepší ovládání a regulaci během počátku očišťování po přechodu palivového systému a vodního vstřikování.

Předmět tohoto vynálezu poskytuje zdokonalené řízení a regulaci přivádění očišťovacího vzduchu do trysek systémů kapalného paliva a vodního vstřikování, což má výhodu minimalizace nežádoucích účinků očišťování trysek od zbývající kapaliny. Takové nežádoucí účinky zahrnují příliš rychlé vypuzování nadbytečného paliva v tryskách do spalovací komory, kde palivo shoří a způsobuje tak nežádoucí energetický přechod na výstupu plynové turbíny. Obecně lze říci, že pokud je průtoková rychlost očišťovacího vzduchu příliš vysoká, když plynová turbína spaluje plynné palivo, pak mohou spalovací komory dočasně přijímat příliš velké množství paliva, což by mohlo mít na výsledek příliš vysokou dynamiku plynové turbíny nebo nižší spalovací stabilitu během přechodu.

flfl flfl flflfl · · fl#·· flflfl « flflfl# flflflfl · fl fl e ·## · ··»· · ··· ··· • •••flflfl · · ·« fl· ·· · ·· · ·

Očišťovací systém podle tohoto vynálezu má dostatečnou regulaci řádného odměřování průtoku očišťovacího vzduchu do trysek na kapalné palivo a do trysek vodního vstřikování. Proto tedy předmět tohoto vynálezu odstraňuje nebo minimalizuje některé problémy, kterými trpěly známé konvenční očišťovací systémy. Předmět tohoto vynálezu například minimalizuje možnost poškození trysek na spalování kapalného paliva v důsledku zpětného proudění horkých spalovacích plynů, k čemuž dříve docházelo okamžitě poté, kdy byla přerušena dodávka kapalného paliva.

Předmět tohoto vynálezu rovněž minimalizuje možnost poškození trysek na spalování paliva a/nebo trysek vodního vstřikování v důsledku spékání kapalného paliva. Toto spékání, pokud k němu dojde, může palivové trysky zcela zablokovat, přerušit průtok paliva a omezit možnost plynové turbíny spalovat kapalné palivo.

Předmět tohoto vynálezu poskytuje poměrně velký objem očišťovacího vzduchu, který je zpočátku nezbytný pro očištění trysek, avšak neposkytuje nadměrné a nepřiměřené množství očišťovacího vzduchu. Proto tedy předmět tohoto vynálezu odstraňuje takové problémy dosavadního známého stavu techniky, jako je přivádění očišťovacího vzduchu příliš nucené do palivových trysek, takže je příliš velké množství kapalného paliva přiváděno do spalovacích komor nebo je příliš velké množství dmýchaného vzduchu odváděno ven z těchto trysek. Výsledkem takovýchto problémů může být skutečnost, že turbína trpí velkými zátěžovými přechody, nebo že spalovací komory mají snahu vyšlehávat plamen, což může způsobit přerušení práce turbíny.

ftft k ft » ft • · ft • ft • ftft • · · « ·

Zdokonalená regulace a řízení, které poskytuje předmět tohoto vynálezu, zaručují rovněž dobrou izolaci očišťovacích systémů od systému kapalného paliva a od systému vodního vstřikování, když tyto systémy přivádějí kapalné palivo a vodu do spalovacích komor. Tato dobrá izolace zajišťuje, že očišťovací systém nebude částečně přeplněn kapalným palivem nebo vodou. Pokud kapaliny zaplní očišťovací systémy, mohou se v těchto systémech usadit. Přebytečné kapalné palivo v očišťovacím systému by mohlo být vháněno zpět přes palivové trysky ještě jednou, přičemž by mohlo dojít k zastavení systému kapalného paliva a k nastartování očišťovacího systému. Přeplnění kapalného paliva v očišťovacím systému může mít za následek nežádoucí spalování paliva a přechodové silové špičky pří provozu turbíny.

Přímá seřiditelnost předmětu tohoto vynálezu je výhodná rovněž z toho důvodu, že odstraňuje dříve nutné přepočítávání rozměrů otvorů v oblasti seřizování za účelem splnění požadavků na tlakové poměry. Předmět tohoto vynálezu rovněž odstraňuje seřizování jehlových odměřovacích ventilů pro řízení otevíracích rychlostí očišťovacích ventilů za účelem minimalizace účinků vstupu očišťovacího vzduchu.

Nový systém využívá moderní, svěží, jednoduché a robustní konstrukce s velice spolehlivými součástmi a s nezávislým ovládáním a regulací těchto součástí. Konstrukce nového systému může zlepšit celkovou efektivnost závodů prostřednictvím odstranění provozu motorem poháněných tlakových kompresorů a prostřednictvím snížení nucených prostojů, vyplývajících z poruch očišťovacího systému.

k 0* 0«0 00 ««

0·4 00* 0004

00 0 0 0 0 0 004

0 0 0 00000 0 000 001 0 0 0 0 0 0 · ’ ι 00 04 0 0* 40

Očišťovací systém podle tohoto vynálezu nabízí mnohem větší spolehlivost, než je tomu u dosavadních známých očišťovacích systémů, neboť zde byly odstraněny složité a nespolehlivé součásti, které byly nahrazeny mnohem robustnějšími součástmi. Systém podle tohoto vynálezu je rovněž daleko méně citlivý na znečištění, než je tomu u známých systémů, a to v důsledku samočisticí podstaty ventilů kulového typu. Proto tedy může mít předmět tohoto vynálezu méně součástí, může docházet k mnohem méně poruchám tohoto systému, přičemž pro zákazníka je rovněž důležité, že daný systém vyžaduje vynakládání mnohem nižších nákladů na provoz a údržbu.

Předmět tohoto vynálezu rovněž snižuje spalovací dynamiku prostřednictvím lepší regulace očišťovacího tlakového poměru, čímž dochází ke snížení opotřebení ve spalovacím systému. Obdobně předmět tohoto vynálezu zlepšuje přechodovou regulaci a řízení spalovacího systému, což vede k nižším zátěžovým špičkám, když očišťovací systém začíná očišťování kapalného paliva ze spalovací komory a ze systému kapalného paliva.

Kromě toho, jelikož předmět tohoto vynálezu poskytuje zdokonalené přechodové řízení a regulaci spalování, je rovněž sníženo riziko vyšlehnutí plamene, když je očišťováno vodní vstřikování stlačeným vzduchem očišťovacího systému. Na základě předmětu tohoto vynálezu lze dosáhnout nejenom shora uvedených předností a výhod, ale i dalších příznivých výsledků.

44

4

4 4 •14 444

4

4» «4 • 4 • 4 · * » 4» > 4 4 ·4

4 · 4 «4 ·4

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude v dalším podrobněji vysvětlen na příkladech jeho provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženým výkresům, kde:

obr. 1 znázorňuje schematické blokové schéma příkladné plynové turbíny, opatřené očišťovacím systémem kapalného paliva a vodního vstřikování;

obr. 2 znázorňuje blokové schéma, zobrazující příkladné provedení očišťovacího systému pro kapalné palivo a vodní vstřikováni podle tohoto vynálezu; a obr. 3 znázorňuje blokové schéma, zobrazující schematicky běžně známý konvenční očišťovací systém kapalného paliva a vodního vstřikování.

Příklady provedeni vynálezu

Na obr. 2 je znázorněn příkladný očišťovací systém, který ztělesňuje předmět tohoto vynálezu, a který může být uplatněn u systému plynové turbíny, znázorněného na obr. 1.

Očišťovací systém získává ochlazený a přefiltrovaný vzduch z kompresorového výfukového ventilu 202 hlavního kompresoru 108, kompresorového vzduchového rozprašovacího předchlazovače 164 a vlhkostního separátoru 166. Obtokové potrubí 210 rozprašovacího vzduchového kompresoru 204 poskytuje výstupní vzduch pro očišťovací systém. Obtokové potrubí 210 rozprašovacího vzduchového kompresoru 204 může zahrnovat manuální ovládací ventil 212 a omezovači otvor 211, • · · z jejichž pomocí je možno provádět manuální řízení a ovládání tlaku a průtokové rychlosti kompresoru, který je dodáván očišťovacího systému.

vzduchu, vystupujícího z jako očišťovací vzduch do

Tlak očišťovacího vzduchu není větší, než je tlak kompresorového vzduchu z výfukového ventilu 202, protože očišťovací systém nevyžaduje využití předřazeného očišťovacího kompresoru. Motor M, který ovládá obtokový ventil 214, je poháněn motorem 216 a řízen regulátorem 114, když je přepínač 218 přepnut do polohy zpětné vazby.

Výfukový ventil 202 kompresoru, použitý u očišťovacího systému, je přičleněn k rozprašovacímu vzduchovému kompresoru 204, který dodává předřazený rozprašovací vzduch do trysek kapalného paliva přes rozdělovači potrubí 206 rozprášeného vzduchu k otvorům pro rozprašovací vzduch trysek pro kapalné palivo. Kompresor na rozprašovací vzduch a zejména tlakový poměr rozprášeného vzduchu jsou řízeny prostřednictvím ventilů 214, 220 a 221, které jsou ovládány motorem M, a které jsou řízeny regulátorem 114.

Rozprašovací vzduch napomáhá při rozprašování proudu kapalného paliva na rozprášenou mlhu, která co nejefektivněji a nejrychleji shoří. Kompresor na rozprašovací vzduch není potřeba tehdy pokud je v plynové turbíně spalováno plynné palivo, neboť toto plynné palivo je zcela přirozeně v plynném stavu a nemusí tedy být rozprašováno. Tlakový poměr rozprašovacího vzduchu je řízen pomocí ventilů 220 a 221, přičemž provoz těchto ventilů reguluje tlak rozprašovacího vzduchu v systému během přechodových podmínek.

Pokud plynová turbína spaluje plynné palivo, potom vzduch z výfukového ventilu 202 kompresoru obchází neaktivní kompresor na rozprašovací vzduch, neboť motorem M ovládaný ventil 220 je uzavřen a motorem M ovládaný obtokový ventil 214 je otevřen. Hlavní regulátor 114 ovládá oba motorem M ovládané ventily 214 a 220.

Výfukový ventil 202 hlavního kompresoru je vyloženě spolehlivým zdrojem vzduchu. Očišťovací vzduch proudí přes obtokové potrubí 210 k hlavním očišťovacím přívodním ventilům 222 a 224 pro příslušné očišťování systémů kapalného paliva a vodního vstřikování. Tyto hlavní očišťovací přívodní ventily 222 a 224 jsou za normálního stavu otevřeny, přičemž množství očišťovacího vzduchu, proudícího těmito ventily 222 a 224, závisí na nastavení hlavního obtokového ventilu 214 a ventilu 220 pro rozprašovací vzduch. Průtok očišťovacího vzduchu začíná tehdy, kdy je hlavní obtokový ventil 214 otevřen, takže během přechodu ze spalování kapalného paliva na spalování plynného paliva ve spalovací komoře.

Přímé nastavení poměru tlaku očišťovacího vzduchu je prováděno prostřednictvím manuálně ovládaného ventilu 212, který může být manuálně uzavřen za účelem omezení a nastaveni proudění očišťovacího vzduchu v očišťovacím systému. Protože průtok očišťovacího vzduchu může být řízen přímo, mohou být mechanické součásti očišťovacího systému zkonstruovány s velkou průtokovou rezervou nad specifickou průtokovou rezervou, pro kterou je systém určen. V průběhu provozu očišťovacího systému může být manuálně ovládaný průtokový ventil 212 nastaven na přesný průtok očišťovacího vzduchu za účelem minimalizace jakýchkoliv nepříznivých spalovacích účinků, jako je například spalovací dynamika nebo stabilita plamene.

Hlavní oěišťovací přívodní ventily 222 a 224 jsou řízeny příslušnými solenoidovými ventily 22 6 a 228. Pokud jsou tyto solenoidové ventily 226

228 uvedeny do provozu prostřednictvím regulátoru 114, pak je použito spouštěcího vzduchu pro uvedení do provozu přívodních ventilů 222 a 224, hlavních očišťovacích přičemž polohu těchto ventilů 2 22 a 22 4 monitorují koncové spínače 23Q a 232.

Dolů ve směru proudu od hlavních očišťovacích přívodních ventilů 222 a 224 je očišťovací rozdělovači potrubí 234 pro systém a trysky na kapalné palivo, a očišťovací rozdělovači potrubí 236 pro systém a trysky vodního vstřikování. Tato očišťovací rozdělovači potrubí 234 a 236 rozdělují očišťovací vzduch ke každé palivové trysce a každé trysce pro vodní vstřikování v každé prstencovité soustavě spalovacích komůrek 118 a trysek 120 na kapalné palivo. Za účelem zamezení zpětného proudění paliva a vody do očišťovacího systému je každé očišťovací potrubí 238 a 239 opatřeno příslušně (běžně otevřenými} pneumaticky ovládanými izolačními ventily 240 a 241.

Pro každou spalovací komůrku 118 ve spalovacím systému plynové turbíny je zde uspořádána dvojice očišťovacích potrubí a přiřazených pneumaticky ovládaných izolačních ventilů 240 a 241 (pro kapalné palivo a vodní vstřikování). Očišťovací potrubí 238 a 239 vycházejí ze svých příslušných očišťovacích rozdělovačích potrubí 234 a 236 a vedou ke spalovací komůrce 118, kde jsou umístěny trysky 120 na kapalné palivo. Pneumaticky ovládané izolační ventily 240 • · a 241 jsou ventily s nízkými tlakovými ztrátami, které jsou mnohem méně citlivé na znečištění, než je tomu u původních talířových ventilů a zpětných ventilů, které nahrazují.

Dvojice solenoidových ventilů 242 a 243 pro očišťovací rozdělovači potrubí 234 a 236 poskytuje ovládací vzduch pro všechny pneumaticky ovládané izolační ventily 240 a 241, přidružené k příslušným rozdělovacím potrubím. Kromě toho jsou tato rozdělovači potrubí vybavena (běžně uzavřenými} malými vypouštěcími ventily 244 a 245 s koncovými spínači 246 a 247, které monitorují a vymezují polohu těchto malých vypouštěcích ventilů 244 a 245. Malé vypouštěcí ventily 244 a 245 jsou ovládány prostřednictvím solenoidů 248 a 249, které jsou řízeny regulátorem 114. Malé vypouštěcí ventily 244 a 245 jsou opatřeny vypouštěcími potrubími 250 a 251, vedoucími k odvětrané odpadní nádrži jako vypouštěcí bod pro očišťovací vzduch a nečistoty v systému.

Mírné očišťovací funkce jsou prováděny s pomocí (obvykle uzavřených) malých přívodních ventilů 252 a 253 s nízkým průtokem, sdružených s každým očišťovacím rozdělovacím potrubím 234 a 236, takže jsou paralelní k hlavním očišťovacím přívodním ventilům 222 a 224. Tyto malé přívodní ventily 252 a 253 pro mírné očišťování jsou ovládány prostřednictvím solenoidů 254 a 255 pro mírné přivádění očišťovacího průtoku, a to pod řízením regulátoru 114.

Malé přívodní ventily 252 a 253 pro mírné očišťování omezují průtok očišťovacího vzduchu k rozdělovacímu potrubí kapalného paliva a k palivovým tryskám během iniciační fáze očišťování systému kapalného paliva. Malé přívodní ventily 252 a 253 pro mírné očišťování pomalu odměřují

9

9*9 · 999 99 *

9« · · 9 99999 9 999 · 9 9 • •• 9 9 9 9

99 ·· 9 *9 99 přivádění očišťovacího vzduchu do palivových trysek na účelem zamezení příliš silného vypláchnutí kapalného paliva z trysek, a do spalovacích komůrek za účelem minimalizace silových rázů v turbíně a za účelem snížení rizika vyšlehnutí plamene. Nezávisle řízené součásti dvojitého blokovacího a vypouštěcího systému poskytují větší pružnost ve všech aspektech provozu očišťovacího systému v porovnání se systémy, známými z dosavadního stavu techniky.

Vzduch, vystupující z výstupního otvoru 2 02 kompresoru je přiváděn přes ventil 221 pro ovládání tlakového poměru do rozdělovacího potrubí 206 rozprašovacího vzduchu, které nasměrovává tento vzduch do spalovacích komůrek 118 a do trysek 120 na kapalné palivo.

Pokud plynová turbína spaluje kapalné palivo, je vzduch z výstupního otvoru 202 kompresoru dodáván do rozprašovacího vzduchového kompresoru 204, přičemž je očišťovací systém uzavřen hlavním obtokovým ventilem 214, který je ovládán motorem. Tlak rozprašovacího vzduchu je zvyšován rozprašovacím vzduchovým kompresorem 2Q4 za účelem provádění lepšího rozprašování kapalného paliva ve spalovací komůrce 118. Rozprašovací vzduch prochází přes ventily 220 a 221 pro ovládání tlakového poměru a je přiváděn do rozdělovacího potrubí 206 rozprašovacího vzduchu, které rozděluje rozprašovací vzduch ke spalovacím komůrkám 118 a k otvorům pro rozprašovací vzduch v tryskách 120 na kapalné palivo.

Pokud ve spalovacím systému plynové turbíny proudí kapalné palivo, je očišťovací systém 258 kapalného paliva mimo provoz, přičemž izolační ventily 240 pro každou • t · • · · spalovací komůrku 118 jsou uzavřeny za účelem zabránění zpětného průtoku paliva do očišťovacího systému 258. Během provozu s kapalným palivem je hlavní očišťovací přívodní ventil 222 pro očišťovací systém 258 kapalného paliva rovněž uzavřen, přičemž je malý vypouštěcí ventil 244 otevřen, aby bylo umožněno, že jakýkoliv očišťovací vzduch nebo únik paliva, který se dostane do rozdělovacího potrubí kapalného paliva, může být odveden ven z plynové turbíny.

256 vodního pro každou uzavřeny za očišťovacího

Očišťovací systém 256 vodního vstřikování je v provozu tehdy, pokud je používáno průtoku vodního vstřikování. Obdobně je pak tento očišťovací systém vstřikování opatřen izolačními ventily 241 spalovací komůrku 118, která je připojena k očišťovacímu rozdělovacímu potrubí 236 vodního vstřikování. Izolační ventily 241 vodního vstřikování jsou uzavřeny, když jsou uzavírací ventily (neznázorněno) otevřeny. Vodní vstřikování ve spalovacích komůrkách 118 umožňuje, aby voda proudila do spalovacího systému za účelem snižování emisí během spalování kapalného paliva. Pokud je voda vstřikována do spalovacích komůrek 118, jsou izolační ventily 241 očišťovacího systému účelem zabránění zpětného průtoku vody do systému 256. Hlavní očišťovací přívodní ventil 224 je rovněž uzavřen, přičemž je malý vypouštěcí ventil 245 otevřen, aby bylo umožněno odvádění jakékoli vody nebo očišťovacího vzduchu.

Vodní vstřikování do spalovací komory může být vypnuto, pokud plynová turbína pracuje při velkých zatíženích a pokud spaluje kapalné palivo. Jelikož je systém vstřikování vody vypnut, je spuštěn očišťovací systém 256 vodního vstřikování, avšak očišťovací systém 258 kapalného paliva zůstává vypnut.

• *Μ· 4 vodního vstřikování za rozorašovací vzduchový

Kromě toho očišťovací systém 256 těchto podmínek pracuje, zatímco kompresor 204 pokračuje v dodávání rozprašovacího vzduchu pro spalování kapalného paliva.

Aby rozprašovací vzduchový kompresor 204 pracoval současně s očišťovacím systémem 256 vodního vstřikování, je na tento rozprašovací vzduchový kompresor 204 uplatňován zpětný tlak uzavřením ventilu 221 za účelem provozu v bezpečné obálce kompresorové křivky, když je očišťovací systém 256 vodního vstřikování v provozu.

Ventil 220 tlakového poměru rozprašovacího vzduchu je otevřen během provozu s kapalným palivem, avšak je uzavřen během provozu s plynným palivem. Pokud plynová turbína přechází z provozu s kapalným palivem na provoz s plynným palivem, je rozprašovací vzduchový kompresor 204 po krátké časové období vynechán. Ventil 220 je uzavřen a očišťovací systém 258 kapalného paliva je spuštěn za účelem snížení tlaku očišťovacího vzduchu během započetí mírného očišťování přes malý přívodní ventil 252.

Ventil 220 tlakového poměru rozprašovacího vzduchu je opětovně otevřen po krátký časový úsek za účelem poskytnutí vysokého tlaku a průtoku pro očištění trysek 120 na kapalné palivo. Ventil 220 je poté znovu uzavřen ještě předtím, než je vypnut rozprašovací vzduchový kompresor 204.

Pro účely spouštěcí spolehlivosti jsou hlavní obtokový ventil 214 rozprašovacího vzduchového kompresoru 204 a ventily 220 a 221 tlakového poměru rozprašovacího vzduchu opatřeny jak uzavíracími, tak otevíracími příslušnými • to polohovými používány spínači 260, 264 a 262. Tyto spínače jsou pro potvrzení startovací polohy, pokud není zjišťování poměru tlaku příliš spolehlivé v době spouštění v důsledku velmi nízkých tlaků na výstupu kompresoru. Jinak polohové snímače 260, 262 a 264 slouží k vydávání poplašných signálů pro regulátor 114.

očisťování vstřikování

Tlak očišťovacího vzduchu je v očišťovacích systémech sledován v rozdělovačích potrubích 234, 2 36 a 206 pro kapalného paliva, pro očišťování vodního a rozprašovacího rozdělovačích potrubích 234, pro očišťování vzduchu. Tlak v těchto 236 a 206 je sledován ve výstupním porovnáváním tlaku na výstupu kompresoru otvoru 202 s tlakem v rozdělovačům potrubí. Trojúhelníkové tlakové převodníky 266 a 267, připojené k rozdělovacím potrubím, jsou využívány regulátorem 114 k výpočtu tlakového poměru vzhledem k tlaku na výstupu kompresoru.

V případě, že poměr tlaku poklesne pod předem nastavený limit, je vyhlášen poplach, přičemž jsou přijímána určitá opatření, pokud tento poměr poklesne příliš pod předem stanovený limit. Takovým možným opatřením je vypnutí plynové turbíny za účelem ochrany trysek. Trojúhelníkové tlakové převodníky, připojené k rozdělovacím potrubím 234 a 236 pro očíšťovací systémy 258 a 256, rovněž sledují tlaky v rozdělovačích potrubích za účelem řízení a ovládání provozu malých přívodních ventilů 252 a 253 a mírné očíšťovací operace během spouštění očišťování. Regulátor 114 otevírá ventily 252 nebo 253, pokud je poměr tlaku na předem stanovené nízké hladině.

Přihlašovatel· prováděl zkušební testy shora popisovaných očišťovacích systémů, které prokázaly, že daný systém je robustní, velmi dobře vyvážený a poskytuje vhodné poměry očišťovacích tlaků a vyvážené tlakové poměry v celém systému očišťování kapalného paliva a vodního vstřikování, stejně jako v systému rozprašovacího vzduchu. Kromě toho uvedené zkušební testy prokázaly, že předmět tohoto vynálezu má podstatně sníženou spalovací dynamiku a zátěžové převodní špičky během přechodu paliva, které leží pod hladinami, v nichž je dosahováno s využitím známých očišťovacích systémů.

Kromě toho údaje o rozložení teplot na základě provedených zkušebních testů prokázaly, že riziko vyšlehnutí plamene během vodního vstřikování při očišťovacím přechodu bylo podstatně sníženo. Z toho vyplývá, že předmět tohoto vynálezu poskytuje zdokonalený očišťovací systém kapalného paliva a vodního vstřikování pro plynovou turbínu.

Předmět vynálezu byl popsán ve spojitosti s tím nejlepším provedením, které je nyní jeho vynálezcům známo. Předmět tohoto vynálezu však nemůže být shora popsaným provedením nikterak omezován. Předmětný vynálezu naopak pokrývá veškeré různé modifikace a ekvivalentní uspořádání, pokryté myšlenkou a rozsahem přiložených patentových nároků.

Claims (8)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Plynová turbína, mající hlavní kompresor, spalovací komoru a turbínu vyznačující se tím, že je opatřena očišťovacím systémem, který obsahuje:

   - připojení k výstupnímu otvoru hlavního kompresoru,

   - potrubí mezi výstupním otvorem a rozdělovačům potrubím, kterým je přiváděn očišťovací vzduch do spalovací komory na tlakové hladině nebo pod tlakovou hladinou vzduchu, vystupujícího z kompresoru jeho výstupním otvorem.
2. 2. Plynová turbína podle nároku 1 vyznačující se tím, že očišťovací systém dále obsahuje očišťovací systém kapalného paliva a samostatně ovladatelný očišťovací systém vodního vstřikování.
3. 3. Plynová turbína podle nároku 1 vyznačující se tím, že očišťovací systém zahrnuje motorem ovládaný obtokový ventil a obtokové potrubí, které obchází rozprašovací vzduchový kompresor.
4. 4. Plynová turbína podle nároku 3 vyznačující se tím, že očišťovací systém dále zahrnuje manuální seřizovači ventil v obtokovém potrubí, zapojeným v sérii s motorem ovládaným obtokovým ventilem.
5. 5. Plynová turbína podle nároku 1 vyznačující se tím, že očišťovací systém dále obsahuje solenoidem ovládaný hlavní očišťovací přívodní ventil ve směru po proudu od rozdělovacího potrubí.

   • · * • ·· *· ·· · · to · • · · to · to to···* · · · to ·*· • · · ·
6. 6. Plynová turbína podle vyznačující se tím, že dále obsahune ventil mrn mírné očišťování,

   - - - X f s hlavním očišťovacím přívodním ventilem.

   nároku 5 očišťovací systém zapojený paralelně
7. 7. Způsob očišťování plynové turbíny, mající hlavní kompresor, dodávající stlačený vzduch do spalovací komory, kde jsou vytvářeny horké plyny pro pohon turbíny, a kde je spalovací komora opatřena alternativně systémem spalování kapalného paliva a systémem spalování plynného paliva,

   vyznačuj ící z následujících kroků s e tím, že daný způsob sestává (a) dodávání kapalného paliva do spalovací komory a spalování kapalného paliva za účelem vytváření horkých spalovacích plynů, (b) přepnutí z dodávání kapalného paliva na dodávání plynného paliva do spalovací komory a spalování plynného

   paliva za účelem vytváření horkých spalovacích plynů, (c) očišťování kapalného paliva ze systému kapalného paliva nasměrováním stlačeného vzduchu z kompresoru přes tryskovou část systému kapalného paliva, přičemž stlačený vzduch má tlak, který není vyšší, než je tlak stlačeného vzduchu při jeho výstupu z kompresoru.
8. 8. Způsob očišťování plynové turbíny podle nároku 7 vyznačující se tím, že dále obsahuje krok (d) očišťování vody ze systému vodního vstřikování, připojeného ke spalovací komoře, nasměrováním stlačeného vzduchu z kompresoru přes trysku vodního vstřikování ve ·· *· spalovací komoře, přičemž stlačený vzduch má tlak, který není vyšší, než je tlak stlačeného vzduchu při jeho výstupu z kompresoru.