DE102011057139A1

DE102011057139A1 - Verbrennungsturbinen-Spülsystem und Verfahren für dessen Einbau

Info

Publication number: DE102011057139A1
Application number: DE102011057139A
Authority: DE
Inventors: Hua Zhang; Gilbert O. Kraemer; Douglas S. Byrd
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-01-03
Filing date: 2011-12-29
Publication date: 2012-07-05
Also published as: CN102562301A; US9239013B2; US20120167547A1; FR2970064A1; JP2012140947A

Abstract

Ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) ist mit einer Brennerbaugruppe (116) verbunden, die mit wenigstens einer Brennstoffquelle (134/144) in Strömungsverbindung verbunden ist. Das lösungsmittelbasierende Spülsystem enthält ein Dampfspülsystem (200/300) mit wenigstens einem Dampfverteiler (204), der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist. Das lösungsmittelbasierende Spülsystem enthält auch ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem (160), das wenigstens einen Verteiler (164) für chemische Lösungsmittel enthält, der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen betreffen allgemein Rotationsmaschinen und insbesondere Spülsysteme zur Verwendung bei Brennstoffzuführungssystemen von Turbinen.
In einigen bekannten Zweistoff-Turbinen wird die Turbine durch Verbrennung entweder eines gasförmigen Brennstoffes oder eines flüssigen Brennstoffes angetrieben. Derartige Turbinen haben Brennstoffzuführungssysteme sowohl für flüssige als auch gasförmige Brennstoffe, aber im Allgemeinen verbrennen die meisten Zweistoff-Turbinen die gasförmigen und flüssigen Brennstoffe nicht zur gleichen Zeit. Stattdessen wird, wenn die Turbine mit flüssigem Brennstoff arbeitet, die Zuführung von gasförmigem Brennstoff außer Betrieb gesetzt und alternativ wird, wenn die Turbine mit gasförmigem Brennstoff arbeitet, die Zufuhr von flüssigem Brennstoff außer Betrieb gesetzt. Ferner verbrennen einige bekannte Turbinen ausschließlich flüssigen Brennstoff und haben mehr als eine Quelle von Flüssigbrennstoff dafür, weshalb derartige bekannte Turbinen ein periodisches Umschalten der Flüssigbrennstoffquelle erfordern.
In wenigstens einigen bekannten Industrieturbinen kann ein Verbrennungssystem eine Anordnung von Brennerbaugruppen haben, wovon jede wenigstens eine Flüssigbrennstoffdüse und wenigstens eine Gasbrennstoffdüse enthält. Im Wesentlichen wird in derartigen bekannten Turbinen die Verbrennung in den Brennerbaugruppen stromabwärts von den Brennstoffdüsen ausgelöst. Luft aus einem Verdichter strömt und durch die Verbrennungsbaugruppen, um Sauerstoff für die Verbrennung bereitzustellen.
Einige bekannte vorhandene Turbinen, die mit zwei Brennstoffen betrieben werden können, nutzen gasförmigen Brennstoff als den Hauptbrennstoff und nutzen flüssigen Brennstoff als Reserve. Während der Verbrennung von gasförmigem Brennstoff werden die Flüssigbrennstoffdüsen normalerweise unter Verwendung eines Spülluftsystems gespült. Jedoch kann, um eine Betriebsbereitschaft für einen raschen Brennstoffwechsel zu ermöglichen, statischer Flüssigbrennstoff in einem Teil des Systems verbleiben. Während der Perioden, bei denen das Flüssigbrennstoffsystem außer Betrieb gesetzt ist, arbeitet das Spülluftsystem bei einem höheren Druck an dem Punkt einer Strömungsverbindung mit dem Flüssigbrennstoffsystem und somit ist eine Luftinfiltration in einem Abschnitt des Flüssigbrennstoffsystems wahrscheinlicher. Ein derartiger Betriebszustand kann eine Möglichkeit für eine Wechselwirkung zwischen Brennstoff und Luft erhöhen und kann demzufolge eine Kohlenstoffpartikelbildung erhöhen, welche manchmal als ”Verkokung” bezeichnet wird. Dünne Schichten aus kohlenstoffhaltigen Materialien werden manchmal als ”Einbrennschicht” bezeichnet.
Allgemein gilt, dass es, je länger ein Flüssigbrennstoffsystem außer Betrieb bleibt, umso wahrscheinlicher wird, dass der statische Flüssigbrennstoff in dem Turbinenabschnitt anfängt, eine Kohlenstoffpartikelausfällung, d. h. eine Verkokung zu erleiden. Spülluftinfiltration in das Flüssigbrennstoffsystem erhöht den Luftkontakt mit dem flüssigen Brennstoff und die Möglichkeit einer ausgedehnten Luft/Brennstoff-Wechselwirkung mit der Länge der Zeitdauer in Verbindung mit der Außerbetriebsetzung des Brennstoffsystems. Die Verkokung wird im Allgemeinen bei Temperaturen über 93°C (200°F) beschleunigt. Außerdem ist eine Flüssigbrennstoff-Kohlenstoffpartikelausfällung bei niedrigeren Temperaturen bei Vorhandensein von Sauerstoff möglich. Unter Berücksichtigung, dass einige bekannte Turbinengehäusetemperaturen bei bis zu 157°C (315°F) liegen, ist eine Kohlenstoffpartikelausfällung sogar noch wahrscheinlicher, wenn infiltrierende Spülluft mit dem statischen Flüssigbrennstoff für eine längere Zeitdauer in dem beheizten Turbinengehäuse in Kontakt bleibt. Abhängig von der Menge der Kohlenstoffpartikelausbildung kann die Möglichkeit, dass ein interner Flüssigbrennstoffströmungskanal, einschließlich solcher in den Brennstoffzuführungsventilen, Düsen und Brennstoffdüsenaustritten, verstopft wird, zunehmen.
Ferner ist Spülluft typischerweise wesentlich kühler als die Komponenten in den Brennerbaugruppen. Daher ermöglicht die Einleitung von kühler Spülluft in heiße Brennerbaugruppen eine unnötige Kühlung der darin enthaltenen Komponenten, einschließlich der Flüssigbrennstoffdüsen. Eine derartige Kühlung erfordert eine zusätzliche Wärmezufuhr im Anschluss an die Wiederaufnahme der Verbrennung in den Brennerbaugruppen, und verlangsamt dadurch die Aktivitäten in Verbindung mit der Wiederinbetriebnahme der Turbine und reduziert einen thermischen Wirkungsgrad der Turbine.
Kurzbeschreibung der Erfindung
In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Zusammenbau einer Rotationsmaschine bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Bereitstellung wenigstens einer Brennerbaugruppe, die wenigstens eine Brennstoffdüse enthält. Das Verfahren beinhaltet auch die Verbindung wenigstens einer Brennstoffquelle mit der wenigstens einen Brennerbaugruppe. Das Verfahren beinhaltet ferner die Verbindung wenigstens eines lösungsmittelbasierenden Spülsystems in Strömungsverbindung mit der wenigstens einen Brennerbaugruppe.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein auf einem Dampfspülsystem-Lösungsmittel basierendes Spülsystem für eine in Strömungsverbindung mit wenigstens einer Brennstoffquelle verbundene Brennerbaugruppe bereitgestellt. Das lösungsmittelbasierende Spülsystem beinhaltet wenigstens eines von einem Dampfspülsystem mit wenigstens einem in Strömungsverbindung mit der Brennerbaugruppe verbundenen Dampfverteiler und ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem, das wenigstens einen mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbundenen Verteiler für das chemische Lösungsmittel enthält.
In einem weiteren Aspekt wird eine Turbinenmaschine bereitgestellt. Die Turbinenmaschine enthält wenigstens eine Brennstoffquelle. Die Turbinenmaschine enthält auch wenigstens eine in Strömungsverbindung mit der wenigstens einen Brennstoffquelle verbundene Brennerbaugruppe. Die Turbinenmaschine enthält ferner ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem, das wenigstens eines von einem Dampfspülsystem mit wenigstens einem in Strömungsverbindung mit der wenigstens einen Brennerbaugruppe verbundenen Dampfverteiler und einem auf chemischen Lösungsmitteln basierenden Spülsystem mit wenigstens einem in Strömungsverbindung mit dem wenigstens einen Brennerbaugruppe verbundenen Verteiler für chemisches Lösungsmittel enthält.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verständlich.
1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Turbinenmaschine;
2 ist eine schematische Darstellung eines exemplarischen Dampfspülsystems, das mit der in 1 dargestellten Turbinenmaschine verwendet werden kann;
3 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Dampfspülsystems, das mit der in 1 dargestellten Turbinenmaschine verwendet werden kann; und
4 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren darstellt, das beim Zusammenbau eines Abschnittes der in 1 dargestellten Turbinenmaschine angewendet werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
1 ist eine schematische Ansicht einer exemplarischen Rotationsmaschine 100, d. h., einer Turbomaschine und insbesondere einer Turbinenmaschine. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Rotationsmaschine 100 eine Zweistoff-Verbrennungsturbinenmaschine. Es dürfte dem Fachmann bekannt sein, dass alternativ weitere Maschinen, wie z. B. solche, die ausschließlich flüssigen Brennstoff verbrennen, verwendet werden können. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Turbinenmaschine 100 einen Lufteinlassabschnitt 102 und einen Verdichterabschnitt 104, der stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem Einlassabschnitt 102 liegt. Ein Brennerabschnitt 106 liegt stromabwärts von und in Strömungsverbindung mit dem Verdichterabschnitt 104 verbunden und ein Turbinenabschnitt 108 liegt stromabwärts davon und in Strömungsverbindung mit dem Brennerabschnitt 106 verbunden. Die Turbinenmaschine 100 enthält einen Abgasabschnitt 110 stromabwärts von dem Turbinenabschnitt 108. Ferner ist in der exemplarischen Ausführungsform der Turbinenabschnitt 108 mit dem Verdichterabschnitt 104 über eine Rotorbaugruppe 112 verbunden, die eine Antriebswelle 114 enthält.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält der Brennerabschnitt 106 mehrere Brennerbaugruppen, d. h., Brenner 116, welche mit dem Verdichterabschnitt 104 in Strömungsverbindung stehen. Der Brennerabschnitt 106 enthält auch wenigstens eine Brennstoffdüsenbaugruppe 118. Jeder Brenner 116 steht mit wenigstens einer Brennstoffdüsenbaugruppe 118 in Strömungsverbindung. Ferner ist in der exemplarischen Ausführungsform der Turbinenabschnitt 108 und der Verdichterabschnitt 104 drehbar mit einer Last 120 über eine Antriebswelle 114 verbunden. Die Last 120 kann beispielsweise, ohne Beschränkung darauf, einen elektrischen Generator und/oder eine mechanische Antriebsanwendung, wie z. B. eine Pumpe, beinhalten. In der exemplarischen Ausführungsform enthält der Verdichterabschnitt 104 wenigstens eine Verdichterschaufelbaugruppe 122. Ferner enthält der Turbinenabschnitt 108 in der exemplarischen Ausführungsform wenigstens einen Turbinenlaufschaufel- oder Schaufelmechanismus 124. Jede Verdichterlaufschaufelbaugruppe 122 und jeder Turbinenschaufelmechanismus 124 ist mit der Rotorbaugruppe 112 verbunden.
Ferner enthält in der exemplarischen Ausführungsform jede Brennstoffdüsenbaugruppe 118 mehrere Brennstoffdüsen 130. Insbesondere enthält jede Brennstoffdüsenbaugruppe 118 eine in Strömungsverbindung mit einer Gasbrennstoffquelle 134 über einen Gasbrennstoff-Zuführungsverteiler 136 verbundene Gasbrennstoffdüse 132. Derartige Gasbrennstoffe sind kohlenstoffhaltige Gasbrennstoffe, die den Betrieb der Turbinenmaschine 100 wie hierin beschrieben ermöglichen und ohne Beschränkung darauf sauberes Synthesegas und Erdgas umfassen. Außerdem enthält insbesondere jede Brennstoffdüsenbaugruppe 118 eine mit einer Flüssigbrennstoffquelle 144 über einen Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 verbundene Flüssigbrennstoffdüse 142. Derartige flüssige Brennstoffe sind kohlenstoffhaltige flüssige Brennstoffe, die einen Betrieb der Turbinenmaschine 100 wie hierin beschrieben ermöglichen, und ohne Beschränkung darauf Dieselöl Nr. 2 umfassen.
Im Betrieb führt der Luftansaugabschnitt 102 dem Verdichterabschnitt 104 Luft 150 zu. Der Verdichterabschnitt 104 verdichtet die Einlassluft 150 über den Verdichterlaufschaufelmechanismus 122 auf höhere Drücke und Temperaturen vor der Ausgabe der verdichteten Luft 152 an den Brennerabschnitt 106. Die verdichtete Luft 152 wird mit (nicht dargestelltem) Brennstoff vermischt und in dem Abschnitt 106 entzündet, um Verbrennungsgase 154 zu erzeugen, die stromabwärts zu dem Turbinenabschnitt 108 geleitet werden. Insbesondere wird wenigstens ein Teil der verdichteten Luft 152 zur Brennstoffdüsenbaugruppe 118 geleitet. Brennstoff wird auch zur Brennstoffdüsenbaugruppe 118 geleitet, in welcher der Brennstoff mit verdichteter Luft 152 vermischt und in den Brennern 116 entzündet wird. Die in den Brennern 116 erzeugten Verbrennungsgase 154 werden stromabwärts zum Turbinenabschnitt 108 geleitet. Nach dem Auftreffen auf den Turbinenschaufelmechanismus 124 wird die thermische Energie in dem Verbrennungsgas 154 in mechanische Rotationsenergie umgewandelt, die zum Antreiben einer Rotorbaugruppe 112 verwendet wird. Der Turbinenabschnitt 108 treibt den Verdichterabschnitt 104 und/oder die Last 120 über die Antriebswelle 114 an, und die Abgase 156 werden über einen Abgasabschnitt 110 an die umgebende Atmosphäre ausgegeben.
Einige Ausführungsformen der Turbinenmaschine 100 können ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem 160 (dargestellt in Strichlinien) enthalten, das eine Zuführungsquelle 162 für chemisches Lösungsmittel (dargestellt in Strichlinien) und einen Zuführungsverteiler 164 für chemisches Lösungsmittel (dargestellt in Strichlinien) enthält. Der Zuführungsverteiler 164 für chemisches Lösungsmittel ist mit der Flüssigbrennstoffdüse 142 über den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 in Strömungsverbindung verbunden. Chemische Lösungsmittel, die mit dem auf chemischen Lösungsmitteln basierenden Spülsystem 160 verwendet werden können, umfassen ohne Beschränkung darauf, Aceton, Standard-Entfettungsmittel, Ammoniak, Seifenlösung und (nachstehend ausführlicher diskutierten) Dampf.
In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Turbinenmaschine 100 ein Dampfspülsystem 200, das eine Dampfzuführungsquelle 202 und einen Spüldampf-Zuführungsverteiler 204 enthält. Der Spüldampf-Zuführungsverteiler 204 ist mit der Flüssigbrennstoffdüse 142 über den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 in Strömungsverbindung verbunden. In der exemplarischen Ausführungsform verwendet das Dampfspülsystem 200 Dampf als Lösungsmittel und ist daher ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem. Ferner stellt der Dampf in der exemplarischen Ausführungsform ein preiswertes Lösungsmittel im Vergleich zu den vorstehend aufgelisteten chemischen Lösungsmitteln in Verbindung mit dem auf chemischen Lösungsmitteln basierenden Spülsystem 160 bereit. Ferner ist Dampf günstig verfügbar, ist chemisch mit dem Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 und mit den Flüssigbrennstoffdüsen 142 kompatibel und kann leicht und sicher gehandhabt werden.
Im Betrieb wird unter bestimmten Bedingungen zuerst Flüssigbrennstoff der Flüssigbrennstoffdüse 142 in der Flüssigbrennstoffdüsenbaugruppe 118 von der Flüssigbrennstoffquelle 144 aus über den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 zugeführt. Der Flüssigbrennstoff wird entzündet und anschließend arbeitet die Turbinenmaschine 100 mit Flüssigbrennstoff. Wenn ein Übergang zwischen Brennstoffen erfolgt, wird der Gasbrennstoffdüse 132 gasförmiger Brennstoff über die Brennstoffdüsenbaugruppe 118 von einer Gasbrennstoffquelle 134 über einen Gasbrennstoff-Zuführungsverteiler 136 zugeführt. Der gasförmige Brennstoff wird entzündet. Während der Zustrom des gasförmigen Brennstoff in die Brennstoffdüsenbaugruppe 118 erhöht wird, wird der Zustrom des Flüssigbrennstoffs in die Brennstoffdüsenbaugruppe 118 verringert.
Nach Beendigung der Brennstoffeinspritzung wird in denjenigen Ausführungsformen, die ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem 160 enthalten, ein (nicht dargestelltes) chemisches Lösungsmittel aus der Quelle 162 des chemischen Lösungsmittels den Flüssigbrennstoffdüsen 142 über den Zuführungsverteiler 164 des chemischen Lösungsmittels und den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 zugeführt. Das chemische Lösungsmittel ermöglicht die Entfernung von statischem flüssigem Brennstoff aus dem Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 und den Flüssigbrennstoffdüsen 142, die für eine Kohlenstoffpartikelausfällung oder Verkokung und/oder Schichtbildung anfällig sein können.
Ferner wird nach einer vorbestimmten Spülzeitdauer mit chemischem Lösungsmittel das auf chemischen Lösungsmitteln basierende Spülsystem 160 außer Betrieb genommen und das Dampfspülsystem 200 in Betrieb genommen. Das Dampfspülsystem 200 führt (in 1 nicht dargestellten) Dampf in die Flüssigbrennstoffdüse 142 über den Spüldampf-Zuführungsverteiler 204 und den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 ein. Das Dampfspülsystem 200 ermöglicht die Entfernung eines erheblichen Anteils der chemischen Lösungsmittel und ermöglicht ferner die Entfernung des statischen flüssigen Brennstoffs aus dem Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 und den Flüssigbrennstoffdüsen 142, die für eine Kohlenstoffpartikelausfällung oder Verkokung und/oder Schichtbildung anfällig sein können. Außerdem wird nach einer vorbestimmten Zeitdauer einer Dampfspülung das Dampfspülsystem 200 außer Betrieb genommen. Die Länge der Zeit, in der jeder Spülzyklus in Betrieb ist, kann auf eine spezielle nicht variierende Zeitdauer eingestellt werden. Alternativ kann die Länge der Betriebszeit jedes Spülzyklusses so eingestellt werden, dass ein Betrieb für unterschiedliche Zeitdauern als eine Funktion von Parametern ermöglicht wird, welche ohne Einschränkung Rohrleitungsdifferenzdrücke oder irgendeine andere Variable beinhalten, die einen Durchtrittsverlust aufgrund von Kohlenstoffpartikelausfällung anzeigen. In alternativen Ausführungsformen, die solche Turbinenmaschinen beinhalten, die ausschließlich flüssigen Brennstoff verbrennen, kann eine Brennstoffumschaltung zwischen Flüssigbrennstoffquellen einen ähnlichen Übergang erfordern.
Ferner kann während des Betriebs von einigen Ausführungsformen der Turbinenmaschine 100 unter bestimmten Betriebsbedingungen, wie z. B. bei einer Außerbetriebnahme, zuerst gasförmiger Brennstoff der Gasbrennstoffdüse 132 in der Brennstoffdüsenbaugruppe 118 aus der Gasbrennstoffquelle 134 über den Gasbrennstoff-Zuführungsverteiler 136 zugeführt werden. Der Gasbrennstoff wird, wie vorstehend beschrieben, entzündet und anschließend erfolgt ein Übergang zwischen Brennstoffen, wobei der Flüssigbrennstoffdüse 142 in der Flüssigbrennstoffdüsenbaugruppe 118 Flüssigbrennstoff aus der Flüssigbrennstoffquelle 144 über den Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler 146 zugeführt wird. Der Flüssigbrennstoff wird wie vorstehend beschrieben entzündet. Während die Gasbrennstoffzufuhr in die Brennstoffdüsenbaugruppe 118 verringert wird, wird die Flüssigbrennstoffzufuhr in die Brennstoffdüsenbaugruppe 118 erhöht, bis die Turbinenmaschine 110 außer Betrieb genommen ist. Nach Beendigung der Flüssigbrennstoffeinspritzung werden das auf chemischen Lösungsmitteln basierende Spülsystem 160 (falls verfügbar) und das Dampfspülsystem 120 wie vorstehend beschrieben betrieben.
Ferner werden im Betrieb unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. bei Zweistoff-Verbrennungszuständen, in welchen flüssiger Brennstoff zur Unterstützung der Gasbrennstoffverbrennung verwendet wird, flüssige und gasförmige Brennstoffe gleichzeitig der Brennstoffdüsenbaugruppe 118 zugeführt. Anschließend wird, nachdem die Flüssigbrennstoff-Verbrennungsunterstützung nicht mehr erforderlich ist, der Flüssigbrennstoffstrom zu der Brennstoffdüsenbaugruppe 118 verringert und beendet. Nach Abschluss der Flüssigbrennstoffeinspritzung werden das auf chemischen Lösungsmitteln basierende Spülsystem 160 (wenn vorhanden) und das Dampfspülsystem 200 wie vorstehend beschrieben betrieben.
2 ist eine schematische Darstellung des Dampfspülsystems 200. In der exemplarischen Ausführungsform ist die Turbinenmaschine 100 in einem Turbomaschinengehäuse, d. h., in dem Turbinenmaschinengehäuse 210 positioniert. Ferner ist in der exemplarischen Ausführungsform die Dampfquelle 202 ein Bereich eines Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators (HRSG). Es dürfte erkennbar sein, dass HRSGs zusammen mit Turbomaschinen, wie z. B. die Turbomaschine 100, vorliegen können. Alternativ kann die Dampfquelle 202 jede Dampfquelle sein, die den Betrieb des Dampfspülsystems 200 wie hierin beschrieben ermöglicht.
Ferner enthält der Spüldampfverteiler 204 in der exemplarischen Ausführungsform eine Strömungsmessvorrichtung 212, wie z. B. ohne Beschränkung darauf, eine Strömungsmessblende. Der Spüldampfverteiler 204 enthält auch ein Temperaturmessinstrument 214, wie z. B. ohne Beschränkung darauf, ein eingebautes Thermoelement. Ferner enthält der Spüldampfverteiler 204 in der exemplarischen Ausführungsform auch ein stromaufwärts befindliches Steuerventil 216 und ein stromabwärts befindliches Absperrventil 218, wobei die Ventile 216 und 218 durch ein (nicht dargestelltes) Steuersystem betrieben werden. In einigen Ausführungsformen kann die Reihenfolge des Steuerventils 216 und des Absperrventils 218 umgekehrt sein. Ferner kann in einigen alternativen Ausführungsformen das Absperrventil 218 von Hand betätigbar sein. Der Spüldampfverteiler 204 enthält auch mehrere Sammlerablassvorrichtungen, d. h., Ablassventile 220, welche ferngesteuert und/oder lokal betrieben werden, um flüssiges Wasser aus dem Verteiler 204 zu entfernen. Um eine Temperatur- und Feuchtigkeitssteuerung in dem Turbinenmaschinengehäuse 210 zu ermöglichen, ist jedes Ablassventil 220 mit einem externen Entsorgungsbehälter 222 über eine Ablassleitung 223 verbunden. Die Ablassleitungen 223 und die Ablassventile 220 sind außerhalb des Turbinenmaschinengehäuses 210 angeordnet, um eine Verkokungsverringerung in den Ablassleitungen 223 zu ermöglichen.
Ferner enthält das Dampfspülsystem 200 in der exemplarischen Ausführungsform einen Ablasssammler 224 und ein Ablassventil 226. Das Ablassventil 226 wird ferngesteuert und/oder lokal betätigt und der Ablasssammler 224 ist in Strömungsverbindung mit dem Entsorgungsbehälter 228 verbunden, der ölverschmutztes Wasser enthält. Der Ablasssammler 224 und das Ablassventil 226 sind außerhalb des Turbinenmaschinengehäuses 210 positioniert, um eine Verkokungsverringerung in den Ablassleitungen in dem Ablasssammler 2244 zu ermöglichen.
Ferner enthält das Dampfspülsystem 200 in der exemplarischen Ausführungsform einen Brennstoffdüsen-Dampfzuführungsverteiler 230, der in Strömungsverbindung mit einem Spüldampfverteiler 204 und mit einer Flüssigbrennstoffdüse 142 in jeder Brennstoffdüsenbaugruppe 108 (beide in 1 dargestellt) verbunden ist.
Im Betrieb wird, nachdem der Flüssigbrennstoffstrom durch jede Flüssigbrennstoffdüse 142 beendet ist und das auf chemischen Lösungsmitteln basierende Spülsystem 160 (in 2 nicht dargestellt), wenn verfügbar, außer Betrieb genommen ist, das Absperrventil 218 geöffnet und das Steuerventil 216 moduliert, um den Dampfstrom 232 aus der Dampfquelle 202 zum Verteiler 230 zu leiten. In der exemplarischen Ausführungsform wird der Dampfstrom 232 in den Spüldampfverteiler 204 und Verteiler 230 mit einer vorbestimmten Dampfströmungsrate geleitet, um die Möglichkeit einer Verbrennungsspitze aufgrund einer schnellen Einspritzung von Restflüssigbrennstoff in die Brenner 116 während des Gasbrennstoffbetriebs zu verringern. Der Dampfstrom 232 wird durch einen koordinierten Betrieb der Durchflussmessvorrichtung 212 und des Steuerventils 216 moduliert. Der Dampfstrom 234 in jede Flüssigbrennstoffdüse 142 entfernt restlichen Flüssigbrennstoff darin mit einer Lösungsmittelwirkung und drückt den restlichen Brennstoff zur Verbrennung in den Brennern 116 in die Flüssigbrennstoffdüsen 142.
In der exemplarischen Ausführungsform werden die Dampfströme 232 und 234 für eine vorbestimmte Zeitdauer aufrechterhalten, um eine vollständige Entfernung des gesamten Restflüssigbrennstoffs zu ermöglichen. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer werden das Steuerventil 216 und das Absperrventil 218 geschlossen, um die Dampfströme 232 und 234 im Wesentlichen auf null zu reduzieren. Ferner werden die Ablassventile 220 und 226 geöffnet, um ein Ablassen und Freiblasen der Ablassleitungen 223 und des Ablasssammlers 224 zu ermöglichen, um dadurch einen Restdampfdruck im Verteiler 204 und im Verteiler 230 zum Entfernen von Restkondensat und Flüssigbrennstoff zu nutzen. Alternativ können die Ablassventile 220 und 226 geöffnet werden, bevor die Ventile 216 und 218 geschlossen werden, um ein robusteres Ausblasen der Ablassleitungen 223 und des Ablasssammlers 224 zu ermöglichen. Außerdem könnte alternativ eine passive Luftspülung unter Verwendung wenigstens eines Teils eines Luftstroms 152 (dargestellt in 1) aus dem Verdichterabschnitt 104 (dargestellt in 1) den Dampfspüloperationen folgen. Ferner kann alternativ vor der vollständigen Öffnung des Steuerventils 218 und/oder des Absperrventils 218 eine gesteuerte Freigabe von Dampf für einen Durchfluss durch das Sammlerablassventil 220 stromaufwärts vor dem Ventil 216 zugelassen werden, um eine Aufwärmung wenigstens eines Teils des Dampfzuführungsverteilers 204 zu ermöglichen und die Ausbildung von Kondensat darin zu reduzieren. Des Weiteren können alternativ längere Dampfspüloperationen fortgesetzt werden, um eine Energieerzeugungserhöhung der Turbinenmaschine 100 durch einen erhöhten Massenstrom in den (in 1 dargestellten) Verbrennungsgasen 154 zu unterstützen.
3 ist eine schematische Darstellung eines alternativen Dampfspülsystems 300. In dieser alternativen exemplarischen Ausführungsform ist ein Hilfskessel 302 in Strömungsverbindung mit dem Brennstoffdüsen-Dampfzuführungsverteiler 230 über einen Spüldampf-Zuführungsverteiler 304 verbunden. Außerdem ist in dieser alternativen Ausführungsform der Hilfskessel 302 ein elektrischer Dampfgenerator, der ausreichend Vorrichtungen und Steuerungen enthält, um Dampf bei ausreichenden Temperaturen, Drücken und Dampfströmungsraten 232 und 234 zum Entfernen von restlichem Flüssigbrennstoff wie hierin beschrieben zu erzeugen. Der Hilfskessel 302 ist ein beliebiger kommerziell erhältlicher Dampfgenerator, der den Betrieb eines Dampfspülsystems 300 wie hierin beschrieben ermöglicht. Ferner ist der Hilfskessel 302 neben der Turbinenmaschine 100 in dem Turbinengehäuse 210 positioniert. Daher werden nur das Ausschaltventil 218, das Ablassventil 226 und der Ablasssammler 224 außerhalb des Hilfskessels 302 verwendet. Der Betrieb des Dampfspülsystems 300 ähnelt dem Betrieb des vorstehend beschriebenen Dampfspülsystems 200, wobei jedoch der Hilfskessel 302 unmittelbar vor Beendigung des Flüssigbrennstoffbetriebs in Betrieb genommen wird. Ferner ermöglicht die unmittelbare Nähe des Dampfgenerators 302 zu der Turbinenmaschine 100 eine kurzfristige Energieversorgung des Dampfgenerators 302.
In dieser alternativen Ausführungsform kann der Hilfskessel 320 für eine Neukonstruktion sowie für Nachrüstungen bestehender Turbinenmaschinen 100 verwendet werden. Der Hilfskessel 302 wird in Strömungsverbindung mit einer (nicht dargestellten) Wasserquelle und einer vorhandenen (nicht dargestellten) elektrischen Energiequelle verbunden. In wenigstens einigen Ausführungsformen ist das Turbinenmaschinengehäuse 210 räumlich eingeschränkt, d. h., zusätzliche Geräte mit größerem physischem Flächenbedarf können schwierig in dem Turbinenmaschinengehäuse 210 einzubauen sein. Daher hat der Hilfskessel 302 in wenigstens einigen Ausführungsformen Abmessungen in dem Bereich von etwa 60 cm (24 inches) bis angenähert 120 cm (47 inches) mal angenähert 50 cm (20 inches) bis angenähert 100 cm (39 inches) und ein Höhe von angenähert 80 cm (31 inches) bis 150 cm (59 inches). In der exemplarischen Ausführungsform hat der Hilfskessel 320 einen kleinen Flächenbedarf von etwa 91 cm (36 inches) mal 61 cm (24 inches) und eine Höhe von angenähert 91 cm (36 inches).
4 ist ein Flussdiagramm, das ein exemplarisches Verfahren 400 darstellt, das zum Zusammenbau eines Teils der (in den 1, 2 und 3 dargestellten) Turbinenmaschine 100 verwendet wird. In der exemplarischen Ausführungsform wird wenigstens eine (in 1 dargestellte) Brenneranordnung 116, die wenigstens eine (in 1 dargestellte) Brennstoffdüse 142 enthält, bereitgestellt, 402. Ferner wird in der exemplarischen Ausführungsform wenigstens eine (in 1 dargestellte) Brennstoffquelle 144 mit der Brennerbaugruppe 116 verbunden, 404. Ferner wird in der exemplarischen Ausführungsform wenigstens ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem, d. h., ein (in 1 dargestelltes) Spülsystem auf Basis eines chemischen Lösungsmittels 160 und/oder ein (in den 2 bzw. 3 dargestelltes) Dampfspülsystem 200/300 in Strömungsverbindung mit der Brenneranordnung 116 verbunden, 406.
Hierin bereitgestellte Ausführungsformen ermöglichen den Zusammenbau und Betrieb von Dampfspülsystemen mit Turbinenmaschinen mit Zweistoff- oder Flüssigbrennstoff-Verbrennungseigenschaften. Ein derartiges Dampfspülsystem verringert eine Kohlenstoffausfällung oder Verkokung auf den Innenoberflächen von Flüssigbrennstoffleitungen und Flüssigbrennstoffdüsen. Eine Verringerung der Verkokung ermöglicht einen längeren Betrieb der Flüssigbrennstoffdüsen zwischen Reinigungswartungen als Folge einer Verringerung der Verschmutzung der Düsen. Außerdem erhöhen derartige Verringerungen in der Verschmutzung die Zuverlässigkeit der Turbinenmaschine aufgrund einer geringeren Wahrscheinlichkeit von Flüssigbrennstoff-Strömungsbehinderungen. Die Verlängerung von Perioden zwischen Wartungsaktivitäten, wie z. B. Reinigung der Flüssigbrennstoffdüsen, reduziert Turbinenmaschinenstillstandszeiten und Wartungskosten. Die hierin bereitgestellten Ausführungsformen ermöglichen auch die Bereitschaft für einen schnellen Brennstoffwechsel von Flüssigbrennstoff auf Gasbrennstoff, indem Flüssigbrennstoff aus denjenigen Teilen der Verbrennerbaugruppe gespült wird, die für den Verbleib von statischem Restflüssigbrennstoff darin anfällig sind. Ferner ist Hochdruckdampf effektiver als relativ kühlere Luft bei der Entfernung von Brennstoff und Verbindungen von der Wand der Brennerbaugruppenkomponenten aufgrund einer Emulgierung/Lösungs-Wirkung. Außerdem ermöglicht die höhere Temperatur des Dampfes auch die Verursachung geringerer Belastungen und eine Verkürzung der Wiederanlaufzeit der Brennerbaugruppen durch Verringern einer unnötigen Abkühlung der darin enthaltenen Komponenten, einschließlich der Flüssigbrennstoffdüsen, und verringert dadurch eine Notwendigkeit einer zusätzlichen Wärmezufuhr während einer anschließenden Wiederherstellung des Brennbetriebs der Brennerbaugruppen.
Hierin sind exemplarische Ausführungsformen von Verfahren und Vorrichtungen beschrieben, die den Zusammenbau und Betrieb von Verbrennungsturbinenmaschinen ermöglichen. Insbesondere ermöglicht die Verbindung eines Dampfspülsystems in Strömungsverbindung mit Flüssigbrennstoffdüsen die Entfernung von statischem Flüssigbrennstoff aus Turbinenkomponenten, die für Ausfällung von kohlenstoffhaltigen Partikeln oder Verkokung auf den Innenoberflächen der Flüssigbrennstoffleitungen und der Flüssigbrennstoffdüsen anfällig sein können. Eine Verringerung der Verkokung der Flüssigbrennstoffkomponenten ermöglicht eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Verbrennungs-Turbinenmaschine durch Verringerung der Brennstoffsystem-Reinigungsaktivitäten einschließlich der Ventilzerlegung und Brennstoffdüsenersetzung. Daher ermöglicht eine Verringerung der Verkokung des Flüssigbrennstoffsystems eine Reduzierung der Betriebswartungskosten. Die Reduzierung einer derartigen Verkokung ermöglicht auch die Steigerung des thermischen Wirkungsgrades der Verbrennungsturbine durch Reduzierung einer Notwendigkeit, das Flüssigbrennstoffsystem mit gekühlter Luft aus dem Verdichter zu spülen, und reduziert dadurch eine Notwendigkeit, Verbrennungsluft aus der Gasbrennstoffverbrennung abzuzweigen und reduziert eine nicht erforderliche Kühlung der internen Turbinenkomponenten, die anschließend eine Wiedererwärmung erfordert. Ferner ermöglicht eine Reduzierung der Verkokungsmöglichkeiten die Verwendung von kleineren Flüssigbrennstoffdüsen mit kleineren Abständen und Toleranzen mit einer Verringerung einer Verstopfungswahrscheinlichkeit oder Brennstoffeinspritzqualität, und ermöglicht dadurch eine Reduzierung in luftzerstäubungsunterstützter Verbrennung. Ferner ermöglicht eine derartig verbesserte Flüssigbrennstoffdüse mit verringerter Luftzerstäubung eine Reduzierung in einer möglichen NO_x-Bildung.
Die hierin beschriebenen Verfahren und Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise können Komponenten jedes Systems und/oder Schritte jedes Verfahrens unabhängig und getrennt von anderen hierin beschriebenen Komponenten und/oder Schritten verwendet und/oder praktiziert werden. Zusätzlich kann jede Komponente und/oder jeder Schritt auch mit anderen Anordnungen und Verfahren verwendet und/oder praktiziert werden.
Obwohl die Erfindung in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und Schutzumfangs der Ansprüche ausgeführt werden kann.
Ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem 160/200/300 ist mit einer Brennerbaugruppe 116 verbunden, die mit wenigstens einer Brennstoffquelle 134/144 in Strömungsverbindung verbunden ist. Das lösungsmittelbasierende Spülsystem enthält ein Dampfspülsystem 200/300 mit wenigstens einem Dampfverteiler 204, der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist. Das lösungsmittelbasierende Spülsystem enthält auch ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem 160, das wenigstens einen Verteiler 164 für chemische Lösungsmittel enthält, der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist.
Bezugszeichenliste

100: Gasturbinenmaschine
102: Lufteinlassabschnitt
104: Verdichterabschnitt
106: Brennerabschnitt
108: Turbinenabschnitt
110: Auslassabschnitt
112: Rotorbaugruppe
114: Antriebswelle
116: Brennerbaugruppen
118: Brennstoffdüsenbaugruppe
120: Last
122: Verdichterschaufelmechanismus
124: Turbinenschaufelmechanismus
130: mehrere Brennstoffdüsen
132: Gasbrennstoffdüse
134: Gasbrennstoffquelle
136: Gasbrennstoff-Zuführungsverteiler
142: Flüssigbrennstoffdüse
144: Flüssigbrennstoffquelle
146: Flüssigbrennstoff-Zuführungsverteiler
150: Einlassluft
152: verdichtete Luft
154: Verbrennungsgase
156: Abgase
160: auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem
162: Zuführungssystem für chemische Lösungsmittel
164: Zuführungsverteiler für chemische Lösungsmittel
200: Dampfspülsystem
202: Dampfzuführungsquelle
204: Spüldampf-Zuführungsverteiler
210: Turbinenmaschinengehäuse
212: Strömungsmessvorrichtung
214: Temperaturmessinstrument
216: Steuerventil
218: Absperrventil
220: Sammlerablassventile
222: externer Entsorgungsbehälter
223: Auslassleitung
224: Auslasssammler
226: Auslassventil
228: Aufbewahrungsbehälter
230: Brennstoffdüsen-Dampfzuführungsverteiler
232: Dampfstrom
234: Dampfstrom
300: Dampfspülsystem
302: Hilfskessel
304: Spüldampf-Zuführungsverteiler
400: Verfahren
402: Bereitstellen wenigstens einer Brennerbaugruppe,
404: Verbinden wenigstens einer Brennstoffquelle mit der Brennerbaugruppe
406: Verbinden wenigstens eines lösungsmittelbasierenden Spülsystems...

Claims

Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) für eine Brennerbaugruppe (116), die mit wenigstens einer Brennstoffquelle (134/144) in Strömungsverbindung verbunden ist, wobei das lösungsmittelbasierende Spülsystem wenigstens eines aufweist, von: einem Dampfspülsystem (200/300) mit wenigstens einem Dampfverteiler (204), der mit einer Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist; und ein auf chemischen Lösungsmitteln basierendes Spülsystem (160), das wenigstens einen Verteiler (164) für chemische Lösungsmittel aufweist, der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist.
Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine Dampfverteiler (204) mit wenigstens einer Dampfquelle (202/302) verbunden ist.
Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) nach Anspruch 2, wobei die wenigstens eine Dampfquelle (202/302) einen Dampfgenerator mit wenigstens einem aufweist, von: einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (202); und einem Hilfskessel (302).
Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) nach Anspruch 1, das ferner wenigstens eine Ablassvorrichtung (220, 226) aufweist, die mit dem Dampfverteiler (204) in Strömungsverbindung verbunden und zwischen wenigstens einer Dampfquelle (202, 302) und der wenigstens einen Brennerbaugruppe (116) angeordnet ist.
Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) nach Anspruch 4, wobei die wenigstens eine Ablassvorrichtung (220, 226) außerhalb eines Turbomaschinengehäuses (210) angeordnet ist, wobei wenigstens eine Turbomaschine (100) in dem Gehäuse angeordnet ist.
Lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300) nach Anspruch 1, wobei die wenigstens eine Brennerbaugruppe (116) eine Flüssigbrennstoffdüse (142) aufweist.
Turbinenmaschine (100), aufweisend: wenigstens eine Brennstoffquelle (134/144); wenigstens eine Brennerbaugruppe (116), die mit der wenigstens einen Brennstoffquelle in Strömungsverbindung verbunden ist; und ein lösungsmittelbasierendes Spülsystem (160/200/300), das wenigstens eines aufweist, von: einem Dampfspülsystem (200/300) mit wenigstens einem Dampfverteiler (204), der mit der wenigstens einen Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist; und einem auf chemischen Lösungsmitteln basierenden Spülsystem (160), das wenigstens einen Verteiler (164) für chemische Lösungsmittel aufweist, der mit der Brennerbaugruppe in Strömungsverbindung verbunden ist.
Turbinenmaschine (100) nach Anspruch 7, wobei der wenigstens eine Dampfverteiler (204) mit wenigstens einer Dampfquelle (202/302) verbunden ist.
Turbinenmaschine (100) nach Anspruch 8, wobei die wenigstens eine Dampfquelle (202/302) einen Dampfgenerator mit wenigstens einem aufweist, von: einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (202); und einem Hilfskessel (302).
Turbinenmaschine (100) nach Anspruch 8, wobei das Dampfspülsystem wenigstens eine Ablassvorrichtung (220, 226) aufweist, die mit dem Dampfverteiler (204) in Strömungsverbindung verbunden und zwischen der wenigstens einen Dampfquelle (202, 302) und der wenigstens einen Brennerbaugruppe (116) angeordnet ist.