ES2627679T3 - Turbina de gas con comportamiento de emisión en carga parcial mejorado - Google Patents

Abstract

Método para el funcionamiento con baja emisión de CO de una turbina de gas con combustión secuencial, donde la turbina de gas se compone esencialmente de al menos un compresor (1) con una hilera de álabes guía ajustables del compresor (14), una cámara de combustión (4) conectada aguas abajo del compresor, cuyos gases calientes alimentan una primera turbina (7), y una segunda cámara de combustión (15) conectada aguas abajo de la primera turbina (7), cuyos gases calientes alimentan una segunda turbina (12), donde el índice de aire (λ) del quemador operativo (9) de la segunda cámara de combustión (15) se mantiene por debajo de un índice de aire máximo (λmax), caracterizado porque el suministro de combustible (10) hacia al menos un quemador (9) de la segunda cámara de combustión (15) se desconecta en el caso de carga parcial, de manera que en el caso de una temperatura invariable de entrada de la turbina, de la segunda turbina (TIT2), se reduce el índice de aire (X) del quemador (9) que se encuentra en funcionamiento, porque el límite en carga parcial de la temperatura de salida de la turbina, de la primera turbina (TATI) y/o de la segunda turbina (TAT2), se incrementa para un rango de carga parcial, para desplazar la apertura de la hilera de álabes guía ajustables del compresor (14) hacia una carga mayor, y porque un flujo parcial de aire del compresor comprimido o comprimido de forma parcial se expande y el aire de succión (2) se incorpora.

Description

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Una ejecución se caracteriza por ejemplo por un ajuste de diferentes componentes para reducir el índice de aire λ que se presenta de forma local. Todos los componentes de una turbina de gas se encuentran dentro del rango de tolerancias admisibles. Las tolerancias mencionadas conducen a geometrías y propiedades levemente diferentes para cada componente. Durante el funcionamiento, esto conduce en particular también a pérdidas de presión y flujos de presión diferentes. Las tolerancias se seleccionan de manera que éstas, en el funcionamiento normal, en particular en el caso de carga parcial y de carga completa, prácticamente no tengan ninguna influencia sobre el comportamiento de funcionamiento. En el caso de carga parcial con un índice de aire λ elevado, sin embargo, la cámara de combustión es operada bajo condiciones en las cuales ya pequeños fallos pueden tener una influencia significativa sobre las emisiones de CO. Por ejemplo, cuando una lanza de combustible con un índice de flujo menor se instala en un quemador con una superficie más grande de la sección transversal, esa combinación puede conducir a un incremento del índice de aire λ local, lo cual conduce a una producción de CO aumentada de forma local. Para evitar lo mencionado se sugiere un ajuste de los componentes para reducir el índice de aire λ que se presenta de forma local. Para ello se miden las geometrías y/o los coeficientes de flujo de los diferentes componentes y se combinan partes con flujos elevados y partes con flujos más reducidos dentro de la segunda cámara de combustión.

Una lanza del quemador es un ejemplo de un suministro de combustible hacia un quemador de una segunda cámara de combustión. Ésta se indica aquí y a continuación a modo de ejemplo. Los ejemplos de ejecución se aplican igualmente a otras clases de suministro de combustible, como por ejemplo tubos o perfiles con boquillas de combustible.

Un ejemplo típico es la instalación de lanzas del quemador con flujo elevado en quemadores con una sección transversal de gran tamaño y pérdida de presión baja, de modo correspondiente.

Otra posibilidad de optimización resulta a través del ajuste de segundas cámaras de combustión con respecto a la primera cámara de combustión. De este modo, usualmente un componente con flujo elevado en la primera cámara de combustión se combina con un componente con flujo bajo en la segunda cámara de combustión.

Por ejemplo, después de un quemador de la primera cámara de combustión, el cual posee un flujo de combustible elevado, se encuentra dispuesta una lanza del quemador con flujo reducido. El flujo localmente elevado en la primera cámara de combustión conduce a una temperatura de salida locamente elevada desde la primera cámara de combustión y, con ello, a una temperatura de entrada localmente aumentada en los quemadores situados aguas abajo de la segunda cámara de combustión. En correspondencia con la temperatura de entrada aumentada para ese quemador, la velocidad de reacción del carburante inyectado por el mismo es más elevada que el promedio de

todos los quemadores. Por lo tanto, puede operarse con un índice de aire máximo λmax localmente más elevado. En esa posición, para el ajuste con respecto a la primera cámara de combustión puede instalarse una lanza con un coeficiente de flujo reducido.

Breve descripción de los dibujos

La presente invención se representa esquemáticamente en las figuras 1 a 11 mediante ejemplos de ejecución.

De modo esquemático, las figuras muestran:

Figura 1: una turbina de gas con combustión secuencial;

Figura 2: un corte a través de la segunda cámara de combustión de una turbina de gas con combustión secuencial, así como el sistema de distribución de combustible con una línea anular de combustible y ocho válvulas de conmutación individuales para obturar ocho quemadores;

Figura 3: un corte a través de la segunda cámara de combustión de una turbina de gas con combustión secuencial, así como el sistema de distribución de combustible con una línea anular de combustible y cuatro válvulas de conmutación individuales para regular el flujo de combustible de cuatro quemadores;

Figura 4: un corte a través de la segunda cámara de combustión de una turbina de gas con combustión secuencial, así como el sistema de distribución de combustible con dos subgrupos que pueden controlarse de forma separada y dos líneas anulares de combustible;

Figura 5: un método convencional para controlar una turbina de gas con combustión secuencial;

Figura 6: un método para controlar una turbina de gas con combustión secuencial, donde durante la carga, durante el funcionamiento sólo con la primera cámara de combustión, se abre la hilera de álabes guía ajustables del compresor, hasta que se cierra a modo de un impacto al conectarse la segunda cámara de combustión;

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De forma alternante, pueden apagarse otros quemadores 9 de forma inversamente proporcional. La figura 10 muestra un corte transversal a través de la segunda cámara de combustión 15 de una turbina de gas con combustión secuencial, en donde tres quemadores 9 están apagados y el resto de los quemadores están en funcionamiento. Una configuración de esa clase puede escogerse por ejemplo cuando la influencia de las fugas en el plano de separación 38 es reducida en cuanto a las emisiones de CO y cuando además la influencia de los quemadores contiguos fríos, apagados, es reducida con respecto a las emisiones de CO de los quemadores 9

encendidos. La ventaja de esta disposición reside en un perfil de temperatura relativamente homogéneo en la salida de la cámara de combustión 15. La figura 11 muestra un corte transversal a través de la segunda cámara de combustión 15 de una turbina de gas

con combustión secuencial, en donde sólo un grupo de quemadores 9 están apagados y el resto de los quemadores 9 están en funcionamiento. Esta disposición es ventajosa cuando la influencia de los quemadores contiguos fríos, apagados, con respecto a las emisiones de CO de los quemadores 9 encendidos es muy grande y el perfil inconveniente de la temperatura de salida que se produce, de la cámara de combustión 15, puede ser tolerado por la segunda turbina 12 consecutiva o la refrigeración puede adecuarse al perfil de temperatura.

Todas las ventajas explicadas no sólo se limitan a las combinaciones respectivamente indicadas, sino que también pueden aplicarse solas o en otras combinaciones, sin abandonar el marco de la invención. Por ejemplo son posibles otras posibilidades de cualquier clase para apagar quemadores 9 individuales o grupos de quemadores 9.

Lista de referencias 1 compresor 2 aire de succión 3 aire comprimido 4 primera cámara de combustión 5 alimentación de combustible 6 gases calientes 7 primera turbina 8 gases calientes expandidos de forma parcial 9 quemador de la segunda cámara de combustión 10 alimentación de combustible 11 gases calientes 12 segunda turbina 13 gases de escape (hacia la caldera de recuperación) 14 hilera de álabes guía ajustables del compresor 15 segunda cámara de combustión 16 válvula de control del aire de refrigeración de baja presión 17 válvula de control del aire portador 18 árbol 19 generador 20 21 válvula de control del aire de refrigeración -de alta presión

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Claims (1)

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