ES2566942T3 - Procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas estacionaria y canal de admisión para aire de admisión de una turbina de gas - Google Patents

Procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas estacionaria y canal de admisión para aire de admisión de una turbina de gas Download PDF

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Abstract

Procedimiento (39) para el funcionamiento de una turbina de gas (10) estacionaria, que está equipada con al menos un filtro (32, 34) para purificar el aire de admisión (A), en donde el aire de ambiente (A) filtrado parcialmente o totalmente sin filtrar, fluye durante cierto tiempo en la turbina de gas (10) estacionaria, caracterizado porque el procedimiento se lleva a cabo para el soporte de la frecuencia y para incrementar la potencia de salida de la turbina de gas (10).

Description

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DESCRIPCION
Procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas estacionaria y canal de admision para aire de admision de una turbina de gas.
La presente invencion hace referencia a un procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas estacionaria, que esta equipada con un filtro para purificar el aire de admision. Ademas de esto, la invencion hace referencia a un canal de admision para aire de admision de una turbina de gas estacionaria, con al menos un filtro dispuesto en el canal de admision para purificar el aire de admision que puede fluir a traves del canal de admision.
Las turbinas de gas estacionarias estan equipadas habitualmente con unos filtros dispuestos en el canal de admision o en una carcasa de admision para purificar el aire de ambiente de admision por el compresor. Con frecuencia estan conectados varios filtros secuencialmente, que liberan el aire de ambiente de admision, tambien llamado aire de admision, inicialmente portador de partlculas de suciedad mas gruesas y donde despues del filtrado se obtienen partlculas de suciedad mas pequenas. La purificacion del aire de admision es necesaria, por un lado, para evitar depositos sobre los alabes de compresor y de este modo evitar procesos de envejecimiento inherentes, que conducirlan a la reduccion del grado de eficacia del compresor y de este modo a la reduccion del grado de eficacia de la turbina de gas. Igualmente es necesario para las piezas constructivas de gas caliente insertadas en la turbina, que para las mismas se ponga a disposicion aire de refrigeracion particularmente purificado ya que, en otro caso, tambien all! la formacion de depositos podrlan poner en peligro una refrigeracion fiable de las piezas constructivas.
Es tambien conocido que las turbinas de gas estacionarias, aparte de la energla necesaria para la generation directa de corriente, tambien tengan que tener preparadas con frecuencia unas reservas de potencia, para poder limitar las fluctuaciones existentes en la red de distribution de corriente electrica en forma de variaciones de la frecuencia de red. A este respecto es conocido que, para un llamado soporte de frecuencia, pueden activarse y proporcionarse rapidamente unas reservas de potencia, de tal modo que aguas arriba de la entrada de compresor se introduce un llquido, con lo que puede incrementarse el flujo masico y de este modo la potencia de salida de la turbina de gas de forma rapida y por poco tiempo. Este procedimiento se conoce como soporte de frecuencia mediante compresion humeda (del ingles wet compression).
Es asimismo conocido, durante el funcionamiento nominal de la turbina de gas, llevar a cabo un sobrecaldeo de la turbina de gas y, de este modo, incrementar la potencia de salida de la turbina de gas hasta un valor superior al 100% de la carga nominal, para llevar a cabo el necesario apoyo de red. Estas medidas de soporte de frecuencia iniciadas ad hoc de este tipo duran habitualmente no mas de 15 minutos, ya que durante ese periodo se inician y toman otras medidas en apoyo de la red, de tal manera que puede revocarse la rapida reaction - compresion humeda o sobrecaldeo - de las instalaciones en marcha.
En el documento US 7,712,301 B1 se describen una turbina de gas estacionaria y un procedimiento para incrementar la potencia. En el documento GB 1 201 096 A se describe un procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas de vuelo, que esta equipada con un filtro para purificar el aire de admision. Con ello esta prevista una derivation en el filtro, que deja fluir en la turbina de gas el aire de ambiente no filtrado de parcial a totalmente. A traves de una sonda de presion se envla una senal de alerta a los pilotos si, a causa de una posible obturation del filtro, se reduce el flujo de aire, de tal manera que el piloto puede abrir las clapetas de derivacion del filtro, para incrementar el caudal de aire.
El objeto de la invencion consiste en proporcionar un procedimiento alternativo, con el que pueda llevarse a cabo rapidamente un aumento de la potencia de salida de la turbina de gas, por ejemplo para apoyar la frecuencia. Otro objeto de la invencion consiste en proporcionar un canal de admision para una turbina de gas, con el que pueda llevarse a cabo un procedimiento de este tipo.
El objeto relacionado con el procedimiento es resuelto con un procedimiento conforme a las caracterlsticas de la reivindicacion 1. El objeto dirigido al dispositivo es resuelto con un canal de admision conforme a las caracterlsticas de la reivindicacion 4. En las reivindicaciones dependientes se indican unas conformaciones ventajosas de la invencion.
La presente invencion se basa en el conocimiento de que, durante el funcionamiento de la turbina de gas, se produce una perdida de presion a causa del filtrado de aire en el canal de admision. Esta perdida de presion reduce la potencia producida por la turbina de gas y disminuye su grado de eficacia. Conforme a la invencion esta ahora previsto eliminar rapidamente y en poco tiempo la perdida de presion y, de este modo, poder poner a disposicion del generador conectado a la turbina, de una mayor potencia de la turbina. Para conseguir lo mencionado esta prevista una derivacion para evitar el filtro o los filtros y/o al menos una abertura que se pueda cerrar, dispuesta aguas abajo del filtro o de los filtros, en una pared del canal de admision, de forma preferida en forma de clapetas, para la entrada de aire de ambiente. Con ayuda de la derivacion o de las aberturas que se puedan cerrar, es posible que en los compresores pertenecientes a la turbina de gas fluya aire de ambiente, que no es filtrado al menos parcialmente,
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pero que de forma preferida no es filtrado completamente. Con la apertura de las clapetas o de la derivacion es posible eliminar la perdida de presion que reduce la potencia en los filtros. La potencia de salida de la turbina de gas incrementa despues mediante la adicion de combustible adicional, sin que con ello se produzca un sobrecaldeo. De este modo puede evitarse un sobrecaldeo, que acorta la vida util de las piezas constructivas que conducen gas caliente, a pesar de una mayor potencia de salida.
Este procedimiento se empleara de forma preferida para el caso del soporte de frecuencia. Sin embargo, debido a que entonces las partlculas suspendidas en el aire de ambiente fluyen en la turbina de gas, es ventajoso limitar esta fase de funcionamiento de la turbina de gas en el tiempo. Con ello esta previsto de forma preferida que el funcionamiento conforme a la invencion se lleve a cabo como maximo durante un periodo de tiempo predeterminado, por ejemplo 15 minutos. A continuacion de esta fase de funcionamiento, es decir justo despues o poco tiempo despues - dentro de la siguiente hora - se lleva a cabo de forma preferida un lavado del compresor. De forma conocida para ello se introduce en el canal de admision, aguas arriba del compresor, una mayor cantidad de un llquido de limpieza en forma de gotas, que despues puede fluir en el compresor y all! limpiar los alabes del compresor de las partlculas sedimentadas durante el funcionamiento del aire no filtrado. Por medio de esto pueden anularse los fenomenos de envejecimiento que se producen por poco tiempo en el compresor.
Se deducen otras ventajas y caracterlsticas de la invencion en base a un ejemplo de realizacion representado en el dibujo.
Aqul muestran:
Las figuras 1 y 2 una vista lateral de un canal de admision con unas clapetas dispuestas en la pared de canal;
La figura 3 un diagrama de desarrollo del procedimiento conforme a la invencion.
En la figura 1 se muestra esquematicamente una turbina de gas 10 estacionaria con su compresor 12, una camara de combustion 14 y una unidad de turbina 16. Un rotor 18 de la turbina de gas 10 esta conectado a un generador 20, que alimenta a una red de distribution de corriente 22 electrica la energla electrica generada por el mismo.
En una carcasa de admision 24 preconectada al compresor 12 esta previsto un canal de admision 30, que une unas aberturas 28 de la carcasa de admision 24 a la entrada 26 del compresor 12. Conforme al ejemplo de realizacion mostrado estan previstos en el canal de admision 30 dos filtros 32, 34 conectados secuencialmente. Tambien pueden estar previstos mas o menos filtros. Los filtros 32, 34 se usan para purificar el aire de ambiente A de admision de las partlculas en suspension y demas partlculas contenidas en los mismos.
Aguas abajo de los filtros 32, 34 estan previstas en una pared de canal del canal de admision 30 como aberturas que se puedan cerrar unas clapetas 36 de gran superficie, con las que el canal de admision 30 puede unirse directamente al entorno y separarse del mismo, vease tambien la figura 2. Para ello las clapetas 36 estan montadas de forma basculante alrededor de un eje longitudinal 38. No esta representada una unidad de accionamiento correspondiente para hacer bascular las clapetas 36, es decir para abrir y cerrar las clapetas 36.
Asimismo pueden estar previstas unas rejillas de protection gruesas (no representadas) sin perdida de presion delante de las clapetas 36 o en las aberturas 28. Estas protegen contra que puedan entrar en el canal de admision 30 unos objetos mas grandes o algun tipo de pajaro. En total las clapetas 36 estan dispuestas de tal modo, que no se ve perjudicado el flujo a traves de los filtros 32, 34 todavla presentes.
Los ejemplos de realizacion representados en las figuras 1 y 2 se diferencian en que, por un lado, es posible la disposition para una colocation alineada (figura 1) y otra lateral (figura 2) de la carcasa de admision 24 sobre la turbina de gas 10.
Durante el funcionamiento de turbina de gas habitual las clapetas 36 estan cerradas y el compresor 12 realiza la admision a traves de las aberturas 28 de aire de ambiente A hacia dentro del canal de admision 30. Esta pasa por el filtro 32, 34 y durante ese proceso es liberada primero de partlculas en suspension y demas partlculas de mayor tamano, y despues de las de menor tamano. Despues el aire de admision filtrado sigue fluyendo a traves del canal de admision 30 hasta la entrada 26 del compresor 12 y, despues de esto, se comprime de forma conocida y se quema en la camara de combustion 14 con combustible F.
El procedimiento 39 para incrementar la potencia se ha representado en la figura 3. En un primer paso 40 se envla a un regulador de turbina de gas la solicitud de suministrar mas potencia que hasta ahora al generador 20. Esto puede ser por ejemplo el caso si desde la red de distribucion de corriente 22 se disminuye la frecuencia de red y de este modo se presenta un acontecimiento imprevisto y necesario de ejecutar un soporte de frecuencia. En este caso el regulador controla despues en un segundo paso 42 la unidad de accionamiento, para abrir las clapetas 36. De este modo puede fluir en la entrada de compresor 25 de la turbina de gas 10 aire de ambiente A no filtrado, al menos
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parcialmente o incluso completamente. Mediante la apertura de las clapetas 36 el aire de ambiente evita los filtros 32, 34, lo que tambien recibe el nombre de derivacion. Despues la turbina de gas 10 es capaz, sin sobrecaldeo ni compresion humeda, de suministrar potencia adicional. En un tercer paso de procedimiento 44 las clapetas 44 se vuelven a cerrar, con lo que el aire de ambiente A de admision a traves del compresor 12 tiene que fluir forzosamente a traves de los filtros 32, 34. El cierre de las clapetas 36, respectivamente el tercer paso de procedimiento 44, puede activarse por un lado mediante la finalizacion del acontecimiento imprevisto o de la solicitud de soporte de frecuencia. Alternativamente las clapetas 36 pueden cerrarse tambien, una vez transcurrido el tiempo de funcionamiento maximo de la admision no filtrada de aire de ambiente. Conforme a un cuarto paso 46 opcional se lleva a cabo un lavado de compresor, justo o poco tiempo despues del cierre de las clapetas 36. El lavado de compresor puede llevarse a cabo como lavado en llnea (del ingles online) o como lavado fuera de llnea (del ingles offline).
En principio la invencion consiste en minimizar las perdidas por admision de una turbina de gas 10 estacionaria mediante una derivacion y, de este modo, incrementar la potencia de turbina de gas para estados de funcionamiento breves, como por ejemplo el funcionamiento de apoyo de red. Mediante la sencillez de la medida conforme a la invencion solo se producen unos costes adicionales reducidos durante la instalacion y tambien durante el mantenimiento de las clapetas 36, mientras que se incrementa significativamente el aprovechamiento industrial de la turbina de gas 10 equipada con la invencion.
En lugar de las clapetas 36 pueden estar previstos tambien, como es natural, otros elementos como paneles corredizos, etc.
En general la presente invencion hace referencia de este modo a un canal de admision 30 para aire de ambiente de admision de una turbina de gas 10 estacionaria, con al menos un filtro 34, 34 dispuesto en el canal de admision 30 para purificar el aire de admision A que fluye a traves del canal de admision 30. Asimismo la invencion hace referencia a procedimiento para el funcionamiento de una turbina de gas 10 estacionaria, que esta equipada con un filtro 43, 34 para purificar el aire de admision A. Para poner rapidamente a disposicion de un generador 20 una mayor potencia de turbina de gas esta previsto que, con ayuda de una derivacion o con ayuda de unas clapetas 36 dispuestas aguas debajo de los filtros 32, 34, pueda fluir durante cierto tiempo en la entrada de compresor 26 aire de ambiente A no filtrado de parcial a totalmente. De este modo se eliminan rapidamente las perdidas de presion provocadas a causa de los filtros 32, 34.

Claims (5)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento (39) para el funcionamiento de una turbina de gas (10) estacionaria, que esta equipada con al menos un filtro (32, 34) para purificar el aire de admision (A), en donde el aire de ambiente (A) filtrado parcialmente o totalmente sin filtrar, fluye durante cierto tiempo en la turbina de gas (10) estacionaria, caracterizado porque el
    5 procedimiento se lleva a cabo para el soporte de la frecuencia y para incrementar la potencia de salida de la turbina de gas (10).
  2. 2. Procedimiento (39) segun la reivindicacion 1, en el que fluye aire del ambiente (A) no filtrado como maximo durante un periodo de tiempo predeterminado.
  3. 3. Procedimiento (39) segun la reivindicacion 1 o 2, en el que una vez finalizada la admision de aire de ambiente A 10 no filtrado se lleva a cabo un lavado del compresor (12).
  4. 4. Canal de admision (30) para aire de admision (A) de una turbina de gas (10) estacionaria, con al menos un filtro (32, 34) dispuesto en el canal de admision (30) para purificar el aire de admision (A) que puede fluir a traves del canal de admision (30), caracterizado porque esta prevista una derivation para evitar el filtro (32, 34) o los filtros (32, 34) y/o al menos una abertura que se pueda cerrar, dispuesta aguas abajo del filtro (32, 34), en una pared del canal
    15 de admision (30), para la entrada de aire de ambiente (A).
  5. 5. Canal de admision (30) segun la reivindicacion 4, en el que las aberturas que se puedan cerrar estan configuradas como clapetas (36).
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