IT201600127713A1 - BURNER GROUP FOR A GAS TURBINE SYSTEM, GAS TURBINE SYSTEM INCLUDING THE BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE THE PLANT - Google Patents
BURNER GROUP FOR A GAS TURBINE SYSTEM, GAS TURBINE SYSTEM INCLUDING THE BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE THE PLANTInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:
“GRUPPO BRUCIATORE PER UN IMPIANTO A TURBINA A GAS, IMPIANTO A TURBINA A GAS COMPRENDENTE DETTO GRUPPO BRUCIATORE E METODO PER OPERARE DETTO IMPIANTO” "BURNER GROUP FOR A GAS TURBINE PLANT, GAS TURBINE PLANT INCLUDING SAID BURNER GROUP AND METHOD FOR OPERATING SAID PLANT"
di ANSALDO ENERGIA S.P.A. by ANSALDO ENERGIA S.P.A.
di nazionalità italiana of Italian nationality
con sede: VIA NICOLA LORENZI, 8 with registered office: VIA NICOLA LORENZI, 8
GENOVA (GE) GENOA (GE)
Inventori: GOTTARDO Enrico, BERTOLOTTO Edoardo Inventors: GOTTARDO Enrico, BERTOLOTTO Edoardo
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La presente invenzione è relativa ad un gruppo bruciatore per un impianto a turbina a gas, ad un impianto a turbina a gas comprendente detto gruppo bruciatore e ad un metodo per operare detto impianto. The present invention relates to a burner assembly for a gas turbine plant, to a gas turbine plant comprising said burner assembly and to a method for operating said plant.
Gli impianti a turbina a gas di tipo noto comprendono generalmente un compressore, una turbina a gas ed una camera di combustione. Known gas turbine systems generally comprise a compressor, a gas turbine and a combustion chamber.
La camera di combustione comprende almeno un gruppo bruciatore alimentato con combustibile ed aria comburente. The combustion chamber comprises at least one burner unit fed with fuel and combustion air.
L’aria comburente è normalmente aria proveniente dal compressore. The combustion air is normally air coming from the compressor.
Il rapporto tra la quantità di combustibile e di comburente alimentato al gruppo bruciatore è un parametro molto importante perché influisce sia sulla stabilità della The ratio between the quantity of fuel and comburent supplied to the burner group is a very important parameter because it affects both the stability of the
1 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) combustione che sulle quantità di inquinanti emessi dall’impianto stesso. 1 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) combustion and on the quantities of pollutants emitted by the plant itself.
È pertanto fondamentale che tale rapporto venga controllato adeguatamente. It is therefore essential that this relationship is adequately monitored.
Solitamente negli impianti a turbina a gas viene controllata la sola quantità di combustibile alimentata al gruppo bruciatore. La portata di combustibile alimentata ai bruciatori viene infatti monitorata tramite tecniche di rilevamento note durante il funzionamento del gruppo bruciatore. Usually in gas turbine systems only the quantity of fuel fed to the burner unit is controlled. The flow rate of fuel supplied to the burners is in fact monitored by means of known detection techniques during the operation of the burner unit.
Tuttavia, le attuali tecniche a disposizione non consentono una misura affidabile della portata di aria comburente alimentata al gruppo bruciatore durante il funzionamento del gruppo bruciatore stesso. However, the current techniques available do not allow a reliable measurement of the combustion air flow rate supplied to the burner group during the operation of the burner group itself.
Di conseguenza, le tecniche note non sono in grado di controllare adeguatamente il rapporto tra la quantità di combustibile e di comburente alimentato al gruppo bruciatore. Consequently, the known techniques are not able to adequately control the ratio between the quantity of fuel and comburent supplied to the burner unit.
È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un gruppo bruciatore che consenta di superare gli inconvenienti sopra evidenziati in modo semplice ed economico, sia dal punto di vista funzionale, sia dal punto di vista costruttivo. In particolare, è uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un gruppo bruciatore che sia configurato in modo da consentire una It is therefore an object of the present invention to provide a burner unit which allows the above-mentioned drawbacks to be overcome in a simple and economical way, both from the functional point of view and from the construction point of view. In particular, it is an object of the present invention to provide a burner assembly which is configured in such a way as to allow one
2 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) misura affidabile della portata di aria comburente ad esso alimentata. 2 Angelo CICCHETTI (Registered Register nr. 1509 / B) reliable measurement of the flow of combustion air supplied to it.
In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un gruppo bruciatore per una camera di combustione di un impianto a turbina a gas estendentesi lungo un asse comprendente: In accordance with these purposes, the present invention relates to a burner assembly for a combustion chamber of a gas turbine plant extending along an axis comprising:
un bruciatore principale, il quale è alimentato con una portata di aria principale e con una portata di combustibile principale ed è configurato per generare una zona di combustione principale; a main burner, which is fed with a main air flow and a main fuel flow and is configured to generate a main combustion zone;
un bruciatore secondario, il quale è alimentato con una portata di aria secondaria e con una portata di combustibile secondaria ed è configurato per generare almeno una zona di combustione secondaria; a secondary burner, which is fed with a secondary air flow and with a secondary fuel flow and is configured to generate at least one secondary combustion zone;
il bruciatore secondario estendentesi sostanzialmente lungo l’asse ed il bruciatore principale estendentesi attorno al bruciatore secondario parallelamente all’asse; il bruciatore principale essendo provvisto di almeno un dispositivo di rilevamento principale configurato per rilevare la portata di aria principale attuale; the secondary burner extending substantially along the axis and the main burner extending around the secondary burner parallel to the axis; the main burner being provided with at least one main detection device configured to detect the current main air flow rate;
il bruciatore secondario essendo provvisto di almeno un dispositivo di rilevamento secondario configurato per rilevare la portata di aria secondaria attuale. the secondary burner being provided with at least one secondary detection device configured to detect the current secondary air flow rate.
Grazie alla presenza del dispositivo di rilevamento principale e del dispositivo di rilevamento secondario, è Thanks to the presence of the main sensing device and the secondary sensing device, it is
3 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) possibile rilevare la portata di aria complessiva alimentata al gruppo bruciatore ed anche la ripartizione della portata di aria tra bruciatore principale e bruciatore secondario. 3 Angelo CICCHETTI (Registered Register nr. 1509 / B) it is possible to detect the overall air flow fed to the burner unit and also the distribution of the air flow between the main burner and the secondary burner.
In questo modo, quindi, non solo è possibile controllare ed ottimizzare il rapporto tra combustibile e comburente alimentato al gruppo bruciatore, ma è possibile ottimizzare tale rapporto anche per ciascun singolo bruciatore del gruppo bruciatore. Ciò consente un controllo mirato della stabilità della zona di combustione principale e della zona di combustione secondaria. In this way, therefore, it is not only possible to control and optimize the ratio between fuel and comburent supplied to the burner group, but it is also possible to optimize this ratio for each individual burner of the burner group. This enables a targeted control of the stability of the main combustion zone and the secondary combustion zone.
È inoltre uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un impianto a turbina a gas in cui sia possibile ottimizzare la stabilità della combustione e al contempo garantire un livello di emissioni che non superi i limiti di legge. It is also an object of the present invention to provide a gas turbine plant in which it is possible to optimize the stability of combustion and at the same time guarantee a level of emissions that does not exceed the legal limits.
In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica comprendente un compressore, una turbina a gas, una camera di combustione provvista di almeno un gruppo bruciatore come rivendicato in una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 10. In accordance with these purposes, the present invention relates to a gas turbine plant for the production of electrical energy comprising a compressor, a gas turbine, a combustion chamber provided with at least one burner unit as claimed in any one of the claims from 1 to 10.
È infine un ulteriore scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per operare un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica che Finally, a further object of the present invention is to provide a method for operating a gas turbine plant for the production of electrical energy which
4 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) sia in grado di ottimizzare la stabilità della combustione e al contempo garantire un livello di emissioni che non superi i limiti di legge. 4 Angelo CICCHETTI (Registered at nr. 1509 / B) is able to optimize the stability of combustion and at the same time guarantee a level of emissions that does not exceed the legal limits.
In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un metodo per operare un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica provvisto di almeno un gruppo bruciatore comprendente un bruciatore principale ed un bruciatore secondario; il metodo comprendendo le fasi di: In accordance with these purposes, the present invention relates to a method for operating a gas turbine plant for the production of electrical energy provided with at least one burner unit comprising a main burner and a secondary burner; the method including the steps of:
• alimentare al bruciatore principale una portata di aria principale e una portata di combustibile principale per generare almeno una zona di combustione principale; • supply the main burner with a main air flow and a main fuel flow to generate at least one main combustion zone;
• alimentare al bruciatore secondario una portata di aria secondaria e una portata di combustibile secondaria per generare almeno una zona di combustione secondaria; • supply the secondary burner with a secondary air flow and a secondary fuel flow to generate at least one secondary combustion zone;
• rilevare la portata di aria principale attuale alimentata al bruciatore principale; • detect the current main air flow fed to the main burner;
• rilevare la portata di aria secondaria attuale alimentata al bruciatore secondario; • detect the current secondary air flow fed to the secondary burner;
• regolare la portata di combustibile principale e la portata di combustibile secondaria sulla base dei valori di portata di aria principale attuale e portata di aria secondaria attuale. • adjust the main fuel flow and the secondary fuel flow based on the current main air flow and current secondary air flow values.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue Further features and advantages of the present invention will become clear from the following description
5 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui: 5 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) of a non-limiting example of its implementation, with reference to the figures of the attached drawings, in which:
– la figura 1 è una rappresentazione schematica di un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica in accordo alla presente invenzione; Figure 1 is a schematic representation of a gas turbine plant for the production of electrical energy according to the present invention;
– la figura 2 è una vista schematica laterale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un gruppo bruciatore secondo la presente invenzione; Figure 2 is a schematic side view, with parts in section and parts removed for clarity, of a burner unit according to the present invention;
– la figura 3 è una vista schematica laterale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un gruppo bruciatore in accordo ad una variante secondo la presente invenzione. Figure 3 is a schematic side view, with parts in section and parts removed for clarity, of a burner unit according to a variant according to the present invention.
In figura 1 è indicato con il numero di riferimento 1 un impianto per la produzione di energia elettrica comprendente una turbina a gas 2 estendentesi lungo un asse A, un compressore 3, una camera di combustione 4, un gruppo per alimentare combustibile 6 alla camera di combustione 4, un generatore 8, il quale trasforma la potenza meccanica fornita dalla turbina a gas 2 in potenza elettrica, ed un dispositivo di controllo 9. In Figure 1, the reference number 1 indicates a plant for the production of electrical energy comprising a gas turbine 2 extending along an axis A, a compressor 3, a combustion chamber 4, a unit for feeding fuel 6 to the fuel chamber. combustion 4, a generator 8, which transforms the mechanical power supplied by the gas turbine 2 into electrical power, and a control device 9.
La camera di combustione 4 comprende una pluralità di sedi 10, ciascuna delle quali è atta ad essere impegnata da un rispettivo gruppo bruciatore 11. Le sedi 10 sono disposte lungo un percorso circolare in prossimità di un bordo periferico della camera di combustione 4. The combustion chamber 4 comprises a plurality of seats 10, each of which is adapted to be engaged by a respective burner assembly 11. The seats 10 are arranged along a circular path near a peripheral edge of the combustion chamber 4.
6 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la camera di combustione 4 è di tipo anulare e le sedi 10 ed i gruppi bruciatore 11 sono ventiquattro. 6 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) In the non-limiting example described and illustrated here, the combustion chamber 4 is of the annular type and the seats 10 and the burner units 11 are twenty-four.
Con riferimento alla figura 2, ciascun gruppo bruciatore 11 si estende lungo un asse B e comprende un bruciatore principale 13 ed un bruciatore secondario 14. With reference to Figure 2, each burner assembly 11 extends along an axis B and comprises a main burner 13 and a secondary burner 14.
Il bruciatore principale 13 ed il bruciatore secondario 14 sono alimentati con aria proveniente dal compressore 3 e con combustibile proveniente dal gruppo per alimentare combustibile 6. The main burner 13 and the secondary burner 14 are fed with air coming from the compressor 3 and with fuel coming from the group to feed fuel 6.
L’aria ed il combustibile sono alimentati lungo una direzione di alimentazione D1 diretta verso l’interno della camera di combustione 4. The air and fuel are fed along a feeding direction D1 directed towards the inside of the combustion chamber 4.
Il bruciatore secondario 14 si estende sostanzialmente lungo l’asse B, mentre il bruciatore principale 13 si estende attorno al bruciatore secondario 14 parallelamente all’asse B. The secondary burner 14 extends substantially along the axis B, while the main burner 13 extends around the secondary burner 14 parallel to the axis B.
Il bruciatore principale 13 è alimentato con una miscela aria/combustibile ed è configurato in modo da definire una zona principale di combustione, detta genericamente anche “fiamma principale” (non illustrata per semplicità nelle figure allegate). La struttura del bruciatore principale 13 è tale da generare una fiamma principale preferibilmente premiscelata. The main burner 13 is fed with an air / fuel mixture and is configured in such a way as to define a main combustion zone, generically also known as the "main flame" (not illustrated for simplicity in the attached figures). The structure of the main burner 13 is such as to generate a preferably premixed main flame.
In dettaglio, il bruciatore principale 13 è alimentato In detail, the main burner 13 is powered
7 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) con una portata di aria principale QAp e con una portata di combustibile principale QCp (figura 1). 7 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) with a main air flow QAp and a main fuel flow QCp (figure 1).
In particolare, il bruciatore principale 13 comprende un condotto principale di alimentazione aria 15 ed un condotto principale di alimentazione combustibile 16. In particular, the main burner 13 comprises a main air supply duct 15 and a main fuel supply duct 16.
Il condotto principale di alimentazione aria 15 è un condotto anulare estendentesi attorno all’asse B, il quale comprende una porzione radiale 18 ed una porzione assiale 19. The main air supply duct 15 is an annular duct extending around the axis B, which includes a radial portion 18 and an axial portion 19.
La porzione radiale 18 è in comunicazione con l’interno di una cassa (non illustrata), la quale è alimentata con aria proveniente dal compressore 3. The radial portion 18 is in communication with the inside of a case (not shown), which is fed with air from compressor 3.
La porzione radiale 18 è provvista di una griglia 20, la quale è preferibilmente disposta sostanzialmente all’ingresso della porzione radiale 18, e di un vorticatore principale 21 preferibilmente disposto a valle della griglia 20 lungo la direzione di flusso dell’aria. The radial portion 18 is provided with a grid 20, which is preferably arranged substantially at the entrance of the radial portion 18, and with a main vortex 21 preferably arranged downstream of the grid 20 along the direction of air flow.
Tra la griglia 20 e il vorticatore principale 21 è disposta una pluralità di ugelli 22 allineati ed alimentati dal condotto principale di alimentazione combustibile 16. A plurality of nozzles 22 aligned and fed by the main fuel supply duct 16 are arranged between the grate 20 and the main vortex 21.
La griglia 20 è configurata per uniformare il flusso di aria che la attraversa grazie alla perdita di carico che essa determina ed evitare asimmetrie nella distribuzione d’aria. The grille 20 is configured to uniform the flow of air that passes through it thanks to the pressure drop that it determines and to avoid asymmetries in the distribution of air.
Il vorticatore principale 21 è invece configurato per The main vortex 21 is instead configured for
8 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) favorire il mescolamento tra l’aria e il combustibile iniettato nel condotto principale di alimentazione aria 15 dagli ugelli 22. Il vorticatore principale 21 è infatti configurato per favorire la generazione di vortici in modo da facilitare il mescolamento tra aria e combustibile. In particolare, il vorticatore principale 21 è atto ad imprimere una rotazione alla miscela che lo attraversa al fine di ottenere una stabilizzazione della fiamma generata e di permettere un migliore controllo della posizione della fiamma all’interno della camera di combustione 4. 8 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) favor the mixing between the air and the fuel injected into the main air supply duct 15 by the nozzles 22. The main vortex 21 is in fact configured to favor the generation of vortices in order to facilitate mixing between air and fuel. In particular, the main vortex 21 is able to give a rotation to the mixture that passes through it in order to obtain a stabilization of the flame generated and to allow better control of the position of the flame inside the combustion chamber 4.
La porzione assiale 19 è definita sostanzialmente da un condotto di forma troncoconica convergente verso la camera di combustione 4. In altre parole, la porzione assiale 19 ha un’altezza radiale decrescente nella direzione di alimentazione D1. The axial portion 19 is substantially defined by a truncated conical shaped duct converging towards the combustion chamber 4. In other words, the axial portion 19 has a decreasing radial height in the direction of supply D1.
In corrispondenza di una porzione terminale 23 della porzione assiale 19, il condotto principale di alimentazione aria 15 è provvisto di un elemento cilindrico di uscita 24 (normalmente detto “CBO= cylindrical burner outlet”), il quale si estende assialmente e ha altezza radiale costante. At an end portion 23 of the axial portion 19, the main air supply duct 15 is provided with a cylindrical outlet element 24 (normally called "CBO = cylindrical burner outlet"), which extends axially and has a constant radial height .
Il condotto principale di alimentazione combustibile 16 si estende parallelamente all’asse B e termina con la pluralità di ugelli 22, i quali affacciano direttamente sul condotto principale di alimentazione aria 15 come descritto The main fuel supply duct 16 extends parallel to axis B and ends with the plurality of nozzles 22, which face directly onto the main air supply duct 15 as described
9 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) in precedenza. 9 Angelo CICCHETTI (Registered in the Register nr. 1509 / B) previously.
Il bruciatore principale 13 è provvisto di un dispositivo di rilevamento principale 25, il quale è configurato per rilevare la portata di aria principale QAp alimentata al bruciatore principale 13 attraverso il condotto principale di alimentazione aria 15. The main burner 13 is provided with a main detection device 25, which is configured to detect the flow rate of main air QAp supplied to the main burner 13 through the main air supply duct 15.
Il dispositivo di rilevamento principale 25 (schematicamente rappresentato nella figura 2) è un tubo di Pitot provvisto di una estremità di rilevamento principale 26. The main sensing device 25 (schematically represented in Figure 2) is a Pitot tube provided with a main sensing end 26.
L’estremità di rilevamento principale 25 è disposta a monte della pluralità di ugelli 22. In questo modo l’estremità di rilevamento principale 25 rileva la portata di fluido che attraversa il condotto principale di alimentazione aria 15 prima che vi venga iniettato il combustibile. The main sensing end 25 is arranged upstream of the plurality of nozzles 22. In this way the main sensing end 25 detects the flow of fluid that passes through the main air supply duct 15 before the fuel is injected.
Preferibilmente l’estremità di rilevamento principale 26 è disposta tra la griglia 20 e la pluralità di ugelli 22 di alimentazione combustibile. Preferably the main sensing end 26 is arranged between the grid 20 and the plurality of fuel feed nozzles 22.
In questo modo l’estremità di rilevamento principale 26, essendo disposta a valle della griglia 20, rileva la portata di aria principale QAp in un flusso d’aria sostanzialmente reso uniforme dalla griglia 20 e non asimmetrico. In this way, the main detection end 26, being arranged downstream of the grid 20, detects the main air flow QAp in an air flow substantially made uniform by the grid 20 and not asymmetrical.
Una variante non illustrata prevede che l’estremità di A variant not illustrated provides that the end of
10 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) rilevamento principale 26 sia disposta a valle del vorticatore principale 21. In tal caso alla portata rilevata dal dispositivo di rilevamento principale 25 dovrà essere sottratta la portata, nota, del combustibile alimentato al bruciatore principale 13. 10 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) main detection 26 is located downstream of the main vortex 21. In this case, the known flow rate of the fuel fed to the main burner must be subtracted from the flow rate detected by the main detection device 25 13.
Preferibilmente l’estremità di rilevamento principale 26 è rivolta contro corrente in modo che il flusso d’aria impatti direttamente contro l’estremità di rilevamento principale 26. Preferably the main sensing end 26 faces against the current so that the air flow impacts directly against the main sensing end 26.
Preferibilmente il tubo di Pitot impiegato è del tipo multiforo. Preferably the Pitot tube used is of the multi-hole type.
Più preferibilmente il tubo di Pitot impiegato è del tipo a cinque fori. Un foro (non illustrato nelle figure allegate) è disposto sull’estremità di rilevamento principale 26 in modo da rilevare la pressione sostanzialmente lungo la traiettoria del flusso e in direzione contraria al flusso, mentre quattro fori (non illustrati nelle figure allegate) sono disposti in successione lungo la parete laterale del tubo per prelevare il segnale di pressione sostanzialmente in direzione ortogonale al flusso. I segnali di pressione prelevati dai quattro fori in successione vengono mediati in modo da minimizzare le oscillazioni dovute a fenomeni di turbolenza. La pressione differenziale tra il valore di pressione rilevato dal primo foro ed il valore mediato dei More preferably, the Pitot tube used is of the five-hole type. A hole (not shown in the accompanying figures) is arranged on the main sensing end 26 so as to sense the pressure substantially along the flow trajectory and in the opposite direction to the flow, while four holes (not shown in the accompanying figures) are arranged in succession along the side wall of the tube to pick up the pressure signal substantially in a direction orthogonal to the flow. The pressure signals taken from the four holes in succession are averaged in order to minimize the oscillations due to turbulence phenomena. The differential pressure between the pressure value detected by the first hole and the average value of the
11 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) valori rilevati dai fori in successione è proporzionale alla portata. 11 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) values measured by the holes in succession are proportional to the flow rate.
Il bruciatore secondario 14 è alimentato con una miscela aria/combustibile ed è configurato in modo da definire una zona secondaria di combustione, detta genericamente anche “fiamma secondaria” (non illustrata per semplicità nelle figure allegate). The secondary burner 14 is fed with an air / fuel mixture and is configured in such a way as to define a secondary combustion zone, generically also called "secondary flame" (not illustrated for simplicity in the attached figures).
La struttura del bruciatore secondario 14 è tale da generare una fiamma secondaria preferibilmente diffusiva o parzialmente premiscelata, la quale ha un ruolo stabilizzatore per la fiamma principale. The structure of the secondary burner 14 is such as to generate a preferably diffusive or partially premixed secondary flame, which has a stabilizing role for the main flame.
In dettaglio, il bruciatore secondario 14 è alimentato con una portata di aria secondaria QAs e con una portata di combustibile secondaria QCs (figura 1). In detail, the secondary burner 14 is supplied with a secondary air flow QAs and with a secondary fuel flow QCs (Figure 1).
In particolare, il bruciatore secondario 14 comprende un condotto secondario di alimentazione aria 28 ed un condotto secondario di alimentazione combustibile 29. In particular, the secondary burner 14 comprises a secondary air supply duct 28 and a secondary fuel supply duct 29.
Il condotto secondario di alimentazione aria 28 è un condotto anulare estendentesi attorno all’asse B in comunicazione con l’interno della cassa (non illustrata) alimentata con aria proveniente dal compressore 3. The secondary air supply duct 28 is an annular duct extending around the axis B in communication with the interior of the case (not shown) fed with air from compressor 3.
Il condotto secondario di alimentazione aria 28 è un condotto anulare provvisto di un ingresso 30 in comunicazione con l’interno della cassa, e di un’uscita 31 che sfocia nella camera di combustione 4. The secondary air supply duct 28 is an annular duct provided with an inlet 30 in communication with the inside of the case, and an outlet 31 which flows into the combustion chamber 4.
12 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Il condotto secondario di alimentazione aria 28 è provvisto, inoltre, di un restringimento di sezione 33 disposto sostanzialmente in prossimità dell’ingresso 30, e di un vorticatore secondario 34, disposto a valle del restringimento di sezione 33 lungo la direzione D1. Preferibilmente, il vorticatore secondario 34 è disposto in corrispondenza dell’uscita 31. 12 Angelo CICCHETTI (Registered Register nr. 1509 / B) The secondary air supply duct 28 is also provided with a section restriction 33 arranged substantially near the inlet 30, and with a secondary vortex 34, arranged downstream of the narrowing of section 33 along the direction D1. Preferably, the secondary vortex 34 is arranged at the outlet 31.
Preferibilmente, il restringimento di sezione 33 è definito da un anello 35 accoppiato alla superficie interna della parete cilindrica 36 che definisce il condotto secondario di alimentazione aria 28 e che è disposta prossimale all’asse B. Preferably, the narrow section 33 is defined by a ring 35 coupled to the internal surface of the cylindrical wall 36 which defines the secondary air supply duct 28 and which is arranged proximal to the B axis.
Una variante prevede che il gruppo bruciatore sia configurato in modo tale che il restringimento di sezione sia definito da un anello accoppiato alla superficie interna della parete cilindrica che definisce il condotto secondario di alimentazione aria e che è disposta distale rispetto all’asse B. A variant provides that the burner unit is configured in such a way that the narrowing of the section is defined by a ring coupled to the internal surface of the cylindrical wall that defines the secondary air supply duct and which is arranged distal to the B axis.
Il restringimento di sezione 33 ha la funzione di generare un disturbo nel flusso d’aria che possa determinare un determinato profilo di velocità in corrispondenza del vorticatore. Oltretutto, il dimensionamento del restringimento di sezione 33 sostanzialmente regola la quantità d’aria che può essere alimentata al condotto secondario di alimentazione aria 28. The narrowing of section 33 has the function of generating a disturbance in the air flow that can determine a certain speed profile at the vortex. Moreover, the sizing of the narrowing of section 33 substantially regulates the amount of air that can be fed to the secondary air supply duct 28.
13 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Il condotto secondario di alimentazione combustibile 29 è un condotto anulare che si estende parallelamente all’asse B ed è circondato dal condotto secondario di alimentazione aria 28. 13 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) The secondary fuel supply duct 29 is an annular duct that extends parallel to axis B and is surrounded by the secondary air supply duct 28.
Il condotto secondario di alimentazione combustibile 29 è provvisto di un’uscita 37, la quale sfocia direttamente nel condotto secondario di alimentazione aria 28. In particolare l’uscita 37 sfocia in prossimità dell’uscita 31 del condotto secondario di alimentazione aria 28 a monte del vorticatore secondario 34. In questo modo, il combustibile alimentato viene opportunamente miscelato con l’aria grazie al vorticatore secondario 34. The secondary fuel supply duct 29 is provided with an outlet 37, which flows directly into the secondary air supply duct 28. In particular, the outlet 37 opens near the outlet 31 of the secondary air supply duct 28 upstream of the secondary vortex 34. In this way, the fuel fed is suitably mixed with the air thanks to the secondary vortex 34.
Il bruciatore secondario 14 è inoltre provvisto di un dispositivo di rilevamento secondario 40, il quale è configurato per rilevare la portata di aria secondaria QAs alimentata al bruciatore secondario 14 attraverso il condotto secondario di alimentazione aria 28. The secondary burner 14 is also provided with a secondary detection device 40, which is configured to detect the flow rate of secondary air QAs supplied to the secondary burner 14 through the secondary air supply duct 28.
Il dispositivo di rilevamento secondario 40 è un tubo di Pitot (schematicamente rappresentato nella figura 2) provvisto di una estremità di rilevamento secondaria 41. The secondary sensing device 40 is a Pitot tube (schematically represented in Figure 2) provided with a secondary sensing end 41.
L’estremità di rilevamento secondaria 41 è disposta a monte del vorticatore 34. Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato l’estremità di rilevamento secondaria 41 è disposta anche a monte dell’uscita 37. The secondary sensing end 41 is arranged upstream of the vortex 34. In the non-limiting example described and illustrated here, the secondary sensing end 41 is also arranged upstream of the output 37.
Preferibilmente l’estremità di rilevamento secondaria Preferably the secondary sensing end
14 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) 41 è disposta anche a valle del restringimento di sezione 33. 14 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) 41 is also located downstream of the narrowing of section 33.
In altre parole, l’estremità di rilevamento secondaria 41 è disposta lungo il condotto secondario di alimentazione aria 28 tra il restringimento di sezione 33 e il vorticatore secondario 34 del condotto secondario di alimentazione combustibile 29. In other words, the secondary sensing end 41 is arranged along the secondary air supply duct 28 between the narrow section 33 and the secondary vortex 34 of the secondary fuel supply duct 29.
Preferibilmente l’estremità di rilevamento secondaria 41 è disposta lungo il condotto secondario di alimentazione aria 28 tra il restringimento di sezione 33 e il vorticatore secondario 34 in una posizione in cui il flusso ha sostanzialmente perso la propria componente vorticosa dovuta al restringimento di sezione 33 ed ha un profilo sostanzialmente uniforme e simmetrico. Preferably, the secondary sensing end 41 is arranged along the secondary air supply conduit 28 between the section restriction 33 and the secondary swirl 34 in a position where the flow has substantially lost its swirling component due to the section restriction 33 and it has a substantially uniform and symmetrical profile.
Preferibilmente, l’estremità di rilevamento secondaria 41 è disposta in una posizione sostanzialmente mediana tra il restringimento di sezione 33 e il vorticatore secondario 34. Preferably, the secondary sensing end 41 is arranged in a substantially median position between the narrowing of the section 33 and the secondary vortex 34.
In questo modo l’estremità di rilevamento secondaria 41 rileva la portata di aria secondaria QAs in un flusso d’aria sostanzialmente uniforme e non asimmetrico. In this way the secondary sensing end 41 detects the secondary air flow QAs in a substantially uniform and not asymmetrical air flow.
Preferibilmente l’estremità di rilevamento secondaria 41 è rivolta contro corrente in modo che il flusso d’aria impatti direttamente contro l’estremità di rilevamento secondaria 41. Preferably the secondary sensing end 41 faces against the current so that the air flow impacts directly against the secondary sensing end 41.
15 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Preferibilmente il tubo di Pitot impiegato è del tipo multiforo. 15 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) Preferably the Pitot tube used is of the multi-hole type.
Più preferibilmente il tubo di Pitot è del tipo a cinque fori dello stesso tipo descritto per il dispositivo di rilevamento principale 25. More preferably, the Pitot tube is of the five-hole type of the same type described for the main sensing device 25.
Il gruppo bruciatore 11 è inoltre provvisto di almeno un sensore di temperatura (non illustrato nelle figure allegate), il quale è disposto in prossimità dell’ingresso del condotto principale di alimentazione aria 15 e/o dell’ingresso del condotto secondario di alimentazione aria 28 per rilevare la temperatura dell’aria alimentata al bruciatore principale 13 e al bruciatore secondario 14. The burner unit 11 is also provided with at least one temperature sensor (not illustrated in the attached figures), which is arranged near the inlet of the main air supply duct 15 and / or the inlet of the secondary air supply duct 28 to detect the temperature of the air supplied to the main burner 13 and to the secondary burner 14.
I valori di portata di aria principale QAp e di portata di aria secondaria QAs rilevati rispettivamente dal dispositivo di rilevamento principale 25 e dal dispositivo di rilevamento secondario 40 sono alimentati al dispositivo di controllo 9. The main air flow QAp and secondary air flow QAs values detected by the main detection device 25 and by the secondary detection device 40 respectively are fed to the control device 9.
Preferibilmente, anche il valore di temperatura dell’aria alimentata al bruciatore principale 13 e al bruciatore secondario 14 viene inviato al dispositivo di controllo 9. Preferably, the temperature value of the air fed to the main burner 13 and to the secondary burner 14 is also sent to the control device 9.
Il dispositivo di controllo 9 è configurato per regolare la portata di combustibile principale QCp e la portata di combustibile secondaria QCs alimentata rispettivamente al bruciatore principale 13 e al bruciatore The control device 9 is configured to regulate the main fuel flow QCp and the secondary fuel flow QCs supplied to the main burner 13 and to the burner respectively.
16 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) secondario 14 sulla base dei valori di portata di aria principale QAp e di portata di aria secondaria QAs rilevati in modo da ottimizzare parametri legati alla combustione. 16 Angelo CICCHETTI (Registered Register nr. 1509 / B) secondary 14 on the basis of the main air flow QAp and secondary air flow QAs values measured in order to optimize parameters related to combustion.
Ad esempio, il dispositivo di controllo 9 può regolare la portata di combustibile principale QCp e la portata di combustibile secondaria QCs in modo da ottenere un andamento specifico del rapporto aria/combustibile per il bruciatore principale 13 e per il bruciatore secondario 14 del gruppo bruciatore 11. For example, the control device 9 can adjust the main fuel flow QCp and the secondary fuel flow QCs so as to obtain a specific trend of the air / fuel ratio for the main burner 13 and for the secondary burner 14 of the burner group 11. .
Una combustione più ricca (rapporto combustibile/comburente maggiore di un valore di riferimento ottimale) comporta una maggiore stabilità della fiamma, ma emissioni elevate di sostanze inquinanti. Viceversa, una combustione più povera (rapporto combustibile/comburente minore del valore di riferimento ottimale) comporta una minore stabilità della fiamma, ma basse emissioni di sostanze inquinanti. A richer combustion (fuel / comburent ratio higher than an optimal reference value) leads to greater flame stability, but high emissions of pollutants. Conversely, a poorer combustion (fuel / comburent ratio lower than the optimal reference value) leads to lower flame stability, but low emissions of pollutants.
Oltretutto, nel gruppo bruciatore 11 la fiamma principale di tipo premiscelato è supportata dalla fiamma secondaria di tipo diffusivo o parzialmente premiscelato. Pertanto, un corretto bilanciamento tra questi tipi di fiamma consente di mantenere una combustione priva di instabilità termoacustiche e con una produzione limitata di agenti inquinanti quali CO e NOx. Furthermore, in the burner unit 11 the main flame of the premixed type is supported by the secondary flame of the diffusive or partially premixed type. Therefore, a correct balance between these types of flame allows to maintain a combustion free from thermoacoustic instability and with a limited production of pollutants such as CO and NOx.
Inoltre, tale bilanciamento può dipendere anche dal Furthermore, this balance may also depend on the
17 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) carico termico dell’impianto 1. Quando l’impianto 1 opera a bassi carichi occorre tenere in particolar modo sotto controllo le emissioni di CO, mentre ad alti carichi occorre tenere in particolar modo sotto controllo le emissioni di NOx. 17 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) thermal load of plant 1. When plant 1 operates at low loads, it is necessary to keep CO emissions under control in particular, while at high loads it is necessary to keep in particular under I control NOx emissions.
Il dispositivo di controllo 9 secondo la presente invenzione è configurato per regolare la portata di combustibile principale QCp e la portata di combustibile secondaria QCs durante il funzionamento dell’impianto 1 in modo tale che il rapporto aria combustibile sia sempre ottimizzato in modo da rendere stabile la combustione e, al contempo, mantenere i livelli di emissione degli inquinanti al di sotto delle soglie di legge in qualsiasi condizione di carico dell’impianto 1. The control device 9 according to the present invention is configured to regulate the main fuel flow rate QCp and the secondary fuel flow rate QCs during the operation of the plant 1 in such a way that the air-fuel ratio is always optimized so as to make the combustion and, at the same time, keep the emission levels of pollutants below the legal thresholds in any load condition of the plant 1.
Ciò è reso possibile grazie al rilevamento on-line della portata di aria principale QAp e della portata di aria secondaria QAs per il gruppo bruciatore 11 durante il funzionamento dell’impianto 1. This is made possible thanks to the online detection of the main air flow QAp and the secondary air flow QAs for the burner group 11 during the operation of the system 1.
È possibile, infatti, che errori di realizzazione durante la fase costruttiva, errori di lavorazione, variazioni di sezione dei condotti di alimentazione aria principale 15 e di alimentazione aria secondaria 28 dovute ad accumuli di sporcizia, etc. determinino una variazione inaspettata della portata di aria principale QAp e della portata di aria secondaria QAs stabilita in fase di It is possible, in fact, that manufacturing errors during the construction phase, processing errors, cross-sectional variations of the main air supply 15 and secondary air supply ducts 28 due to accumulation of dirt, etc. cause an unexpected variation in the main air flow QAp and the secondary air flow QAs established during the
18 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) progetto. 18 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) project.
Tali variazioni possono influenzare negativamente e inaspettatamente la stabilità della combustione e le emissioni di inquinanti. These variations can negatively and unexpectedly affect combustion stability and pollutant emissions.
Il monitoraggio continuo della portata di aria principale QAp e della portata di aria secondaria QAs consente di rilevare tali variazioni e di correggere i parametri della combustione in modo da ottimizzarne la resa. The continuous monitoring of the main air flow QAp and the secondary air flow QAs allows to detect these variations and to correct the combustion parameters in order to optimize the yield.
Nota la ripartizione di aria comburente tra il condotto principale di alimentazione aria 15, che genera la fiamma principale di tipo premiscelato, e il condotto secondario di alimentazione aria 28, che genera la parte di fiamma più stabile e maggiormente inquinante, il dispositivo di controllo 9 può regolare la portata di combustibile principale QCp e la portata di combustibile secondario QCs per avere, a seconda del carico, il corretto rapporto stechiometrico nella fiamma principale e nella fiamma secondaria. Ciò consente di gestire la combustione tenendo sotto controllo le emissioni e le instabilità termoacustiche. Note the distribution of combustion air between the main air supply duct 15, which generates the premixed main flame, and the secondary air supply duct 28, which generates the most stable and most polluting part of the flame, the control device 9 it can adjust the main fuel flow rate QCp and the secondary fuel flow rate QCs to have, according to the load, the correct stoichiometric ratio in the main flame and in the secondary flame. This allows combustion to be managed by keeping emissions and thermoacoustic instabilities under control.
Preferibilmente, tutti i gruppi bruciatore 11 della camera di combustione 4 sono provvisti del dispositivo di rilevamento principale 25 e del dispositivo di rilevamento secondario 40. Preferably, all the burner units 11 of the combustion chamber 4 are provided with the main detection device 25 and with the secondary detection device 40.
19 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) In questo modo è possibile monitorare eventuali differenze di portata di aria principale QAp e di portata di aria secondaria QAs tra i gruppi bruciatore 11. 19 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) In this way it is possible to monitor any differences in the main air flow QAp and the secondary air flow QAs between the burner groups 11.
L’applicazione dei dispositivi di rilevamento su tutti i gruppi bruciatori 11 della camera di combustione 4 consente al dispositivo di controllo 9 di variare il rapporto aria/combustibile solo per alcuni gruppi bruciatore 11 in modo da modificare l’uniformità della stechiometria in camera di combustione 4 al fine di intervenire su specifiche instabilità termoacustiche che si creano all’interno della stessa. The application of the detection devices on all the burner groups 11 of the combustion chamber 4 allows the control device 9 to vary the air / fuel ratio only for some burner groups 11 in order to modify the uniformity of the stoichiometry in the combustion chamber 4 in order to intervene on specific thermoacoustic instabilities that are created inside it.
In figura 3 è illustrato un gruppo bruciatore 111 in accordo ad una variante della presente invenzione. Figure 3 illustrates a burner assembly 111 according to a variant of the present invention.
Il gruppo bruciatore 111 differisce dal gruppo bruciatore 11 esclusivamente per il fatto di aver adottato una tipologia diversa di dispositivo rilevatore della portata. The burner unit 111 differs from the burner unit 11 exclusively in that it has adopted a different type of flow rate detector device.
Nel seguito manterremo gli stessi numeri di riferimento utilizzati in precedenza per indicare parti del gruppo bruciatore 111 sostanzialmente identiche alle rispettive parti del gruppo bruciatore 11 illustrato nelle figure 1 e 2. In the following we will keep the same reference numbers used previously to indicate parts of the burner group 111 substantially identical to the respective parts of the burner group 11 illustrated in Figures 1 and 2.
Il gruppo bruciatore 111 comprende un dispositivo di rilevamento principale 124, il quale è configurato per rilevare la portata di aria principale QAp alimentata al The burner assembly 111 comprises a main detection device 124, which is configured to detect the flow of main air QAp supplied to the
20 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) bruciatore principale 13 attraverso il canale principale di alimentazione aria 15. 20 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) main burner 13 through the main air supply channel 15.
Il dispositivo di rilevamento principale 124 è definito da una prima presa di pressione principale 125 e da una seconda presa di pressione principale 126. The main sensing device 124 is defined by a first main pressure tap 125 and a second main pressure tap 126.
La prima presa di pressione principale 125 è disposta nel condotto di alimentazione aria principale 15 a monte della pluralità di ugelli 22 e comprende uno o più fori 125a. The first main pressure tap 125 is arranged in the main air supply duct 15 upstream of the plurality of nozzles 22 and comprises one or more holes 125a.
Preferibilmente i fori 125a sono disposti ortogonali alla direzione del flusso. Preferably the holes 125a are arranged orthogonal to the flow direction.
Preferibilmente la prima presa di pressione principale 125 è disposta tra la griglia 20 e la pluralità di ugelli 22 di alimentazione combustibile. Preferably, the first main pressure tap 125 is arranged between the grill 20 and the plurality of fuel supply nozzles 22.
La seconda presa di pressione principale 126 è disposta a monte della griglia 20 lungo la direzione del flusso d’aria. The second main pressure outlet 126 is arranged upstream of the grid 20 along the direction of the air flow.
Preferibilmente la seconda presa di pressione principale 126 è disposta a monte della griglia 20 al di fuori del condotto di alimentazione aria 15. In sostanza la seconda presa di pressione principale 126 è alloggiata all’interno della cassa (non illustrata) alimentata con aria proveniente dal compressore 3. Preferably, the second main pressure tap 126 is arranged upstream of the grille 20 outside the air supply duct 15. Basically, the second main pressure tap 126 is housed inside the casing (not shown) fed with air coming from the compressor 3.
Preferibilmente la seconda presa di pressione principale 126 è realizzata tramite un anello 127 Preferably, the second main pressure tap 126 is made by means of a ring 127
21 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) (schematicamente rappresentato in figura 3) fornito di una pluralità di fori 126a disposti in successione per prelevare il segnale di pressione. I segnali di pressione prelevati pluralità di fori 126a vengono mediati in modo da minimizzare le oscillazioni dovute a fenomeni di turbolenza. La pressione differenziale tra il valore di pressione rilevato dal foro 125a ed il valore mediato dei valori rilevati dai fori 126a è proporzionale alla portata. 21 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) (schematically represented in figure 3) provided with a plurality of holes 126a arranged in succession to pick up the pressure signal. The pressure signals taken from the plurality of holes 126a are averaged in such a way as to minimize the oscillations due to turbulence phenomena. The differential pressure between the pressure value detected by the hole 125a and the average value of the values detected by the holes 126a is proportional to the flow rate.
Il gruppo bruciatore 111 comprende inoltre un dispositivo di rilevamento secondario 130, il quale è configurato per rilevare la portata di aria secondaria QAp alimentata al bruciatore secondario 14 attraverso il canale secondario di alimentazione aria 28. The burner assembly 111 further comprises a secondary detection device 130, which is configured to detect the secondary air flow QAp supplied to the secondary burner 14 through the secondary air supply channel 28.
Il dispositivo di rilevamento secondario 130 è definito da una prima presa di pressione secondaria 131 e da una seconda presa di pressione secondaria 132. The secondary sensing device 130 is defined by a first secondary pressure tap 131 and a second secondary pressure tap 132.
La prima presa di pressione secondaria 131 è disposta a valle del restringimento di sezione 33, mentre la seconda presa di pressione è disposta a monte del restringimento di sezione 33. The first secondary pressure tap 131 is arranged downstream of the section restriction 33, while the second pressure tap is arranged upstream of the section restriction 33.
Preferibilmente la prima presa di pressione secondaria 131 comprende uno o più fori 131a disposti ortogonalmente alla direzione di flusso. Preferably, the first secondary pressure tap 131 comprises one or more holes 131a arranged orthogonally to the flow direction.
Preferibilmente la prima presa di pressione secondaria 131 è disposta a monte dell’uscita 37. Preferably the first secondary pressure point 131 is arranged upstream of the outlet 37.
22 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) In altre parole, la prima presa di pressione secondaria 131 è disposta lungo il condotto secondario di alimentazione aria 28 tra il restringimento di sezione 33 e l’uscita 37 del condotto secondario di alimentazione combustibile 29. 22 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) In other words, the first secondary pressure take-off 131 is arranged along the secondary air supply duct 28 between the narrowing section 33 and the outlet 37 of the secondary fuel supply duct 29.
Preferibilmente la prima presa di pressione secondaria 131 è disposta lungo il condotto secondario di alimentazione aria 28 tra il restringimento di sezione 33 e l’ingresso del vorticatore secondario 34 in una posizione in cui il flusso ha sostanzialmente perso la propria componente vorticosa dovuta al restringimento di sezione 33 ed ha un profilo sostanzialmente uniforme e simmetrico. Preferibilmente, la prima presa di pressione secondaria 131 è disposta in una posizione sostanzialmente mediana tra il restringimento di sezione 33 e l’ingresso del vorticatore secondario 34. Preferably, the first secondary pressure tap 131 is arranged along the secondary air supply duct 28 between the section restriction 33 and the inlet of the secondary vortex 34 in a position in which the flow has substantially lost its vortex component due to the narrowing of section 33 and has a substantially uniform and symmetrical profile. Preferably, the first secondary pressure outlet 131 is arranged in a substantially median position between the narrowing of the section 33 and the inlet of the secondary vortex 34.
Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato la prima presa di pressione secondaria 131 è disposta lungo il condotto secondario di alimentazione aria 28 anche a monte dell’uscita 37 del condotto secondario di alimentazione combustibile 29 In the non-limiting example described and illustrated here, the first secondary pressure outlet 131 is arranged along the secondary air supply duct 28 also upstream of the outlet 37 of the secondary fuel supply duct 29
In questo modo la prima presa di pressione secondaria 131 rileva la portata di aria secondaria QAs in un flusso d’aria sostanzialmente uniforme e non asimmetrico. In this way, the first secondary pressure outlet 131 detects the secondary air flow QAs in a substantially uniform and not asymmetrical air flow.
La seconda presa di pressione secondaria 132 è The second secondary pressure tap 132 is
23 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) preferibilmente disposta all’interno del condotto secondario di alimentazione aria 28 a monte del restringimento di sezione 33. 23 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) preferably arranged inside the secondary air supply duct 28 upstream of the narrowing of section 33.
Preferibilmente la seconda presa di pressione secondaria 132 comprende un foro 132a disposto ortogonale alla direzione di flusso. Preferably the second secondary pressure tap 132 comprises a hole 132a arranged orthogonal to the flow direction.
Una variante non illustrata prevede che la seconda presa di pressione secondaria sia provvista di una pluralità di fori ortogonali al flusso e configurati per rilevare rispettivi valori che verranno mediati al fine di ridurre l’influenza di turbolenze e vortici. A variant not illustrated provides that the second secondary pressure outlet is provided with a plurality of holes orthogonal to the flow and configured to detect respective values that will be averaged in order to reduce the influence of turbulence and eddies.
Una variante non illustrata prevede che la seconda presa di pressione secondaria sia disposta al di fuori del condotto secondario di alimentazione aria 28 all’interno della cassa (non illustrata) alimentata con aria proveniente dal compressore 3. A variant not shown provides that the second secondary pressure outlet is arranged outside the secondary air supply duct 28 inside the case (not shown) fed with air from compressor 3.
La pressione differenziale tra il valore di pressione rilevato dal foro 131a ed il valore di pressione rilevato dal foro 132a è proporzionale alla portata di aria secondaria QAs che attraversa il condotto secondario di alimentazione aria 28. The differential pressure between the pressure value detected by the hole 131a and the pressure value detected by the hole 132a is proportional to the secondary air flow QAs that passes through the secondary air supply duct 28.
Il dispositivo di rilevamento principale 124 ed il dispositivo di rilevamento secondario 130 alimentano i rispettivi valori di portata di aria principale QAp e di portata di aria secondaria QAs rilevati al dispositivo di The main detection device 124 and the secondary detection device 130 feed the respective values of the main air flow QAp and the secondary air flow QAs detected to the
24 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) controllo 9, il quale, come già descritto in precedenza, li elabora per regolare la portata di combustibile principale QCp e la portata di combustibile secondario QCs. 24 Angelo CICCHETTI (Registered with the register nr. 1509 / B) control 9, which, as previously described, processes them to regulate the main fuel flow rate QCp and the secondary fuel flow rate QCs.
In figura 4 è illustrato un gruppo bruciatore 211 in accordo ad una ulteriore variante della presente invenzione. Figure 4 illustrates a burner assembly 211 according to a further variant of the present invention.
Il gruppo bruciatore 211 differisce dal gruppo bruciatore 111 esclusivamente per il fatto di aver adottato una tipologia diversa di dispositivo di rilevamento principale 224. The burner unit 211 differs from the burner unit 111 exclusively in that it has adopted a different type of main detection device 224.
Nel seguito manterremo gli stessi numeri di riferimento utilizzati in precedenza per indicare parti del gruppo bruciatore 211 sostanzialmente identiche alle rispettive parti del gruppo bruciatore 211 illustrato nella figura 3. In the following we will keep the same reference numbers used previously to indicate parts of the burner assembly 211 substantially identical to the respective parts of the burner assembly 211 illustrated in Figure 3.
Il gruppo bruciatore 211 comprende un dispositivo di rilevamento principale 224, il quale è configurato per rilevare la portata di aria principale QAp alimentata al bruciatore principale 13 attraverso il canale principale di alimentazione aria 15. The burner assembly 211 comprises a main detection device 224, which is configured to detect the flow rate of main air QAp supplied to the main burner 13 through the main air supply channel 15.
Il dispositivo di rilevamento principale 224 è definito da una prima presa di pressione principale 225 e da una seconda presa di pressione principale 226. The main sensing device 224 is defined by a first main pressure tap 225 and a second main pressure tap 226.
La prima presa di pressione principale 225 affaccia a valle del vorticatore principale 21. The first main pressure tap 225 faces downstream of the main vortex 21.
25 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Preferibilmente, la prima presa di pressione principale 225 affaccia nel condotto di alimentazione aria principale 15 supportata da una struttura alloggiata in un rispettivo canale 228 ricavato nel corpo del gruppo bruciatore 211, ed in particolare nel corpo del bruciatore secondario 14. 25 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) Preferably, the first main pressure take-off 225 faces the main air supply duct 15 supported by a structure housed in a respective channel 228 obtained in the body of the burner unit 211, and in particular in the secondary burner body 14.
In particolare, la prima presa di pressione principale 225 affaccia nel condotto di alimentazione aria principale 15 a valle del vorticatore principale 21 e a monte rispetto alla posizione assiale del vorticatore secondario 31. In particular, the first main pressure take-off 225 faces the main air supply duct 15 downstream of the main vortexer 21 and upstream with respect to the axial position of the secondary vortexer 31.
Preferibilmente, la prima presa di pressione principale 225 affaccia lungo la parete interna del condotto di alimentazione aria principale 15 a valle degli ugelli ausiliari 230 di alimentazione combustibile dell’uscita di alimentazione del combustibile. Preferably, the first main pressure outlet 225 faces along the internal wall of the main air supply duct 15 downstream of the fuel supply auxiliary nozzles 230 of the fuel supply outlet.
Gli ugelli ausiliari 230 sono alimentati da un rispettivo canale anulare 231 e sono disposti lungo la parete interna del condotto di alimentazione aria principale 15 in una posizione compresa tra il punto di iniezione della pluralità di ugelli 22 e l’elemento cilindrico di uscita 24. The auxiliary nozzles 230 are fed by a respective annular channel 231 and are arranged along the internal wall of the main air supply duct 15 in a position between the injection point of the plurality of nozzles 22 and the cylindrical outlet element 24.
Preferibilmente gli ugelli ausiliari 230 sono disposti a valle del vorticatore principale 21. Preferably the auxiliary nozzles 230 are arranged downstream of the main vortexer 21.
Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, gli ugelli ausiliari 230 sono disposti In the non-limiting example described and illustrated here, the auxiliary nozzles 230 are arranged
26 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) sostanzialmente equidistanti dal vorticatore principale 21 e dall’elemento cilindrico di uscita 24. 26 Angelo CICCHETTI (Registration No. 1509 / B) substantially equidistant from the main vortex 21 and from the cylindrical outlet element 24.
Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, gli ugelli ausiliari 230 hanno sezione circolare e sono uniformemente distribuiti lungo il condotto anulare di alimentazione aria 13 del bruciatore principale 10. In the non-limiting example described and illustrated here, the auxiliary nozzles 230 have a circular section and are uniformly distributed along the annular air supply duct 13 of the main burner 10.
La prima presa di pressione 225 comprende uno o più fori 225a. The first pressure tap 225 comprises one or more holes 225a.
Preferibilmente i fori 225a sono disposti ortogonali alla direzione del flusso. Preferably the holes 225a are arranged orthogonal to the flow direction.
La seconda presa di pressione principale 226 è sostanzialmente identica alla seconda presa di pressione 126 della figura 3 ed è pertanto disposta a monte della griglia 20 lungo la direzione del flusso d’aria. The second main pressure point 226 is substantially identical to the second pressure point 126 of Figure 3 and is therefore arranged upstream of the grid 20 along the direction of the air flow.
Preferibilmente la seconda presa di pressione principale 226 è disposta a monte della griglia 20 al di fuori del condotto di alimentazione aria 15. In sostanza la seconda presa di pressione principale 226 è alloggiata all’interno della cassa (non illustrata) alimentata con aria proveniente dal compressore 3. Preferably, the second main pressure tap 226 is arranged upstream of the grille 20 outside the air supply duct 15. In substance, the second main pressure tap 226 is housed inside the casing (not shown) fed with air coming from the compressor 3.
Preferibilmente la seconda presa di pressione principale 226 è realizzata tramite un anello 227 (schematicamente rappresentato in figura 4) fornito di una pluralità di fori 226a disposti in successione per Preferably, the second main pressure tap 226 is made by means of a ring 227 (schematically represented in Figure 4) provided with a plurality of holes 226a arranged in succession to
27 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) prelevare il segnale di pressione. I segnali di pressione prelevati pluralità di fori 226a vengono mediati in modo da minimizzare le oscillazioni dovute a fenomeni di turbolenza. La pressione differenziale tra il valore di pressione rilevato dal foro 225a ed il valore mediato dei valori rilevati dai fori 226a è proporzionale alla portata. 27 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) take the pressure signal. The pressure signals taken from the plurality of holes 226a are averaged in such a way as to minimize the oscillations due to turbulence phenomena. The differential pressure between the pressure value detected by the hole 225a and the average value of the values detected by the holes 226a is proportional to the flow rate.
Dato che la prima presa di pressione 225 è disposta a valle dei punti di iniezione di combustibile alla portata calcolata dal dispositivo di rilevamento principale 224 dovrà essere sottratta la portata, nota, di combustibile alimentato al bruciatore principale 13. Since the first pressure tap 225 is arranged downstream of the fuel injection points at the flow rate calculated by the main detection device 224, the known flow rate of fuel fed to the main burner 13 must be subtracted.
Vantaggiosamente, i dispositivi di rilevamento principale 25 124 224 e i dispositivi di rilevamento secondario 40 130 sono in grado di rilevare valori attuali della di aria principale QAp e della portata di aria secondaria QAs attraversano ciascun gruppo bruciatore 11, senza stime o simulazioni. Advantageously, the main detection devices 25 124 224 and the secondary detection devices 40 130 are able to detect current values of the main air QAp and the secondary air flow QAs pass through each burner group 11, without estimates or simulations.
La possibilità di misurare con esattezza la portata di aria comburente alimentata al bruciatore principale 13 e al bruciatore secondario 14 fornisce dei vantaggi in termini di validazione degli strumenti di sviluppo (ad esempio i modelli di calcolo), e anche in termini di miglioramento delle prestazioni dell’impianto 1 grazie alla possibilità di regolare l’alimentazione del combustione in modo da ottimizzare la combustione in camera di combustione 4. The possibility of accurately measuring the flow of combustion air fed to the main burner 13 and to the secondary burner 14 provides advantages in terms of validation of development tools (for example calculation models), and also in terms of improvement of the performance of the system 1 thanks to the possibility of regulating the combustion feed in order to optimize combustion in the combustion chamber 4.
28 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) Risulta infine evidente che al gruppo bruciatore, all’impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica e al metodo qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. 28 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B) Finally, it is clear that the burner unit, the gas turbine system for the production of electricity and the method described here can be subject to modifications and variations without departing from the scope of the claims attached.
29 Angelo CICCHETTI (Iscrizione Albo nr.1509/B) 29 Angelo CICCHETTI (Registration nr. 1509 / B)
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