ITMI20100942A1 - BURNER UNIT FOR A COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE SYSTEM, COMBUSTION CHAMBER INCLUDING THE BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE THE BURNER GROUP - Google Patents

BURNER UNIT FOR A COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE SYSTEM, COMBUSTION CHAMBER INCLUDING THE BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE THE BURNER GROUP Download PDF

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ITMI20100942A1
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IT
Italy
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burner
air
premixing
diffusion
valve
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IT000942A
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Pasquale Luigi Di
Rocco Galella
Pierpaolo Pastorino
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Ansaldo Energia Spa
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Description

“GRUPPO BRUCIATORE PER UNA CAMERA DI COMBUSTIONE DI UN IMPIANTO A TURBINA A GAS, CAMERA DI COMBUSTIONE COMPRENDENTE DETTO GRUPPO BRUCIATORE E METODO PER OPERARE DETTO GRUPPO BRUCIATORE†⠀ œBURNER UNIT FOR A COMBUSTION CHAMBER OF A GAS TURBINE PLANT, COMBUSTION CHAMBER INCLUDING SAID BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE SAID BURNER GROUPâ €

La presente invenzione à ̈ relativa ad un gruppo bruciatore per una camera di combustione di un impianto a turbina a gas, ad una camera di combustione comprendente detto gruppo bruciatore e ad un metodo per operare detto gruppo bruciatore. The present invention relates to a burner unit for a combustion chamber of a gas turbine plant, to a combustion chamber comprising said burner unit and to a method for operating said burner unit.

Sono noti gruppi bruciatore per camere di combustione comprendenti un bruciatore a gas ed un bruciatore a gasolio. Burner assemblies for combustion chambers comprising a gas burner and a diesel oil burner are known.

Il bruciatore a gasolio à ̈ composto da un elemento bruciatore a diffusione e da un elemento bruciatore a premiscelazione, normalmente detto elemento bruciatore premix. The oil burner consists of a diffusion burner element and a premix burner element, normally called the premix burner element.

L’elemento bruciatore a diffusione à ̈ collegato ad una linea di mandata gasolio ad alta pressione, ad una linea di ritorno gasolio per la regolazione della portata e ad una linea di mandata acqua di combustione. The diffusion burner element is connected to a high pressure diesel oil delivery line, a diesel oil return line for regulating the flow rate and a combustion water delivery line.

L’elemento bruciatore premix à ̈ collegato, invece, ad una sola linea di mandata gasolio premix. The premix burner element, on the other hand, is connected to a single premix diesel delivery line.

Durante il funzionamento a gas, l’elemento bruciatore a diffusione e l’elemento bruciatore premix sono alimentati con aria prelevata dallo scarico del compressore e opportunamente raffreddata attraverso uno scambiatore di calore. During gas operation, the diffusion burner element and the premix burner element are fed with air taken from the compressor discharge and suitably cooled through a heat exchanger.

Ogni linea (mandata gasolio diffusione, ritorno gasolio diffusione, mandata acqua di combustione e mandata gasolio premix) comprende un rispettivo collettore, preferibilmente toroidale, disposto circonferenzialmente attorno alla camera di combustione. La presenza di numerosi collettori e di tubi che collegano i gruppi bruciatore ai rispettivi collettori rende particolarmente difficile l’accesso all’area dei bruciatori, già particolarmente sacrificata. Each line (diffusion diesel delivery, diffusion diesel return, combustion water delivery and premix diesel delivery) comprises a respective manifold, preferably toroidal, arranged circumferentially around the combustion chamber. The presence of numerous manifolds and pipes that connect the burner groups to the respective manifolds makes access to the burner area particularly difficult, already particularly sacrificed.

È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un gruppo bruciatore che richieda un circuito di alimentazione avente ingombri ridotti. It is therefore an object of the present invention to provide a burner assembly which requires a power supply circuit with reduced overall dimensions.

In accordo con tali scopi la presente invenzione à ̈ relativa ad un gruppo bruciatore per una camera di combustione di una turbina a gas secondo la rivendicazione 1. In accordance with these purposes, the present invention relates to a burner assembly for a combustion chamber of a gas turbine according to claim 1.

È inoltre uno scopo della presente invenzione quello di realizzare una camera di combustione in cui l’accesso all’area dei bruciatori sia più agevole rispetto all’arte nota. It is also an object of the present invention to provide a combustion chamber in which access to the burner area is easier than in the known art.

In accordo con tali scopi la presente invenzione à ̈ relativa ad una camera di combustione secondo la rivendicazione 12. In accordance with these purposes, the present invention relates to a combustion chamber according to claim 12.

È infine uno scopo della presente invenzione quello di fornire un metodo per operare un gruppo bruciatore per una camera di combustione di una turbina a gas. Finally, it is an object of the present invention to provide a method for operating a burner assembly for a combustion chamber of a gas turbine.

In accordo con tali scopi la presente invenzione à ̈ relativa ad un metodo per operare un gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 13. In accordance with these purposes, the present invention relates to a method for operating a burner unit according to claim 13.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione che segue di un suo esempio non limitativo di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui: Further characteristics and advantages of the present invention will appear clear from the following description of a non-limiting example of its implementation, with reference to the figures of the annexed drawings, in which:

– la figura 1 à ̈ una rappresentazione schematica di un impianto a turbina a gas comprendente una camera di combustione secondo l’arte nota; - figure 1 is a schematic representation of a gas turbine plant comprising a combustion chamber according to the prior art;

– la figura 2 à ̈ una rappresentazione schematica di un impianto a turbina a gas comprendente una camera di combustione secondo la presente invenzione; Figure 2 is a schematic representation of a gas turbine plant comprising a combustion chamber according to the present invention;

– la figura 3 à ̈ una vista schematica laterale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un gruppo bruciatore per una camera di combustione di un impianto a turbina a gas secondo la presente invenzione; - figure 3 is a schematic side view, with parts in section and parts removed for clarity, of a burner assembly for a combustion chamber of a gas turbine plant according to the present invention;

– la figura 4 à ̈ una vista schematica laterale, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un dettaglio della figura 3. â € “figure 4 is a schematic side view, with parts in section and parts removed for clarity, of a detail of figure 3.

In figura 1 à ̈ indicato con il numero di riferimento 1 un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica in accordo all’arte nota. In figure 1 the reference number 1 indicates a gas turbine plant for the production of electricity in accordance with the prior art.

L’impianto 1 comprende un compressore 3, una camera di combustione 4, una turbina 6 a gas, un generatore 7, il quale trasforma la potenza meccanica fornita dalla turbina 6 in potenza elettrica, un circuito di alimentazione gas 9, un circuito di alimentazione gasolio 10, un circuito di alimentazione aria di raffreddamento 11 ed un circuito alimentazione acqua di combustione 12. La turbina a gas 6, il compressore 3 e la camera di combustione 4 si estendono attorno ad uno stesso asse A. The plant 1 comprises a compressor 3, a combustion chamber 4, a gas turbine 6, a generator 7, which transforms the mechanical power supplied by the turbine 6 into electrical power, a gas supply circuit 9, a diesel fuel supply 10, a cooling air supply circuit 11 and a combustion water supply circuit 12. The gas turbine 6, the compressor 3 and the combustion chamber 4 extend around the same axis A.

La camera di combustione 4 à ̈ preferibilmente del tipo anulare e comprende una pluralità di gruppi bruciatore 13 (schematicamente rappresentati in figura 1 con una scatola) disposti lungo un percorso circolare in prossimità di un bordo periferico 14 anulare della camera di combustione 4. The combustion chamber 4 is preferably of the annular type and comprises a plurality of burner units 13 (schematically represented in Figure 1 with a box) arranged along a circular path in proximity to an annular peripheral edge 14 of the combustion chamber 4.

Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato i gruppi bruciatore 13 sono ventiquattro. In the non-limiting example described and illustrated here, the burner groups 13 are twenty-four.

Ciascun gruppo bruciatore comprende un bruciatore a gas 15 collegato al circuito di alimentazione gas 9, ed un bruciatore a gasolio 16 collegato al circuito di alimentazione gasolio 10. Il bruciatore a gasolio 16 comprende un elemento bruciatore a diffusione 17 (schematizzata in figura 1 con una scatola) ed un elemento bruciatore premix 18 (schematizzato in figura con un’altra scatola). Each burner unit comprises a gas burner 15 connected to the gas supply circuit 9, and a light oil burner 16 connected to the light oil supply circuit 10. The oil burner 16 comprises a diffusion burner element 17 (schematized in figure 1 with a box) and a premix burner element 18 (schematized in the figure with another box).

Il circuito di alimentazione gasolio 10 comprende una sezione diffusione 19 collegata alla rispettiva elemento bruciatore a diffusione 17 ed una sezione premix 20 collegata al rispettivo elemento bruciatore premix 18 (schematizzato in figura con un rettangolo). The diesel fuel supply circuit 10 comprises a diffusion section 19 connected to the respective diffusion burner element 17 and a premix section 20 connected to the respective premix burner element 18 (schematized in the figure with a rectangle).

La sezione diffusione 19 comprende una linea di mandata gasolio ad alta pressione 21, la quale à ̈ provvista di un collettore 22 toroidale e di una pluralità di tubi mandata gasolio 23 per connettere il collettore 22 alle rispettive lance diffusione 17, ed una linea di ritorno gasolio 24, la quale à ̈ provvista di un rispettivo collettore 25 toroidale e di una pluralità di tubi ritorno gasolio 26 per connettere le lance diffusione 17 al collettore 25. The diffusion section 19 comprises a high pressure diesel delivery line 21, which is provided with a toroidal manifold 22 and a plurality of diesel delivery pipes 23 to connect the manifold 22 to the respective diffusion lances 17, and a return line diesel fuel 24, which is provided with a respective toroidal manifold 25 and with a plurality of fuel oil return pipes 26 for connecting the diffusion lances 17 to the manifold 25.

La sezione premix 20 comprende una linea di mandata premix 27, provvista di un rispettivo collettore 28 toroidale e di una pluralità di tubi 29 i quali connettono il collettore 28 all’elemento bruciatore premix 18. The premix section 20 comprises a premix delivery line 27, provided with a respective toroidal manifold 28 and with a plurality of tubes 29 which connect the manifold 28 to the premix burner element 18.

Durante il funzionamento a gas, la linea di mandata premix 27 e la linea di mandata gasolio ad alta pressione 21 sono alimentate con aria prelevata dallo scarico del compressore 3 e opportunamente raffreddata attraverso uno scambiatore di calore 32. In questo modo durante il funzionamento a gas, l’elemento bruciatore a diffusione 17 e l’elemento bruciatore premix 18 sono mantenuti a temperatura controllata. During gas operation, the premix delivery line 27 and the high pressure diesel delivery line 21 are supplied with air taken from the compressor 3 exhaust and suitably cooled through a heat exchanger 32. In this way, during gas operation , the diffusion burner element 17 and the premix burner element 18 are kept at a controlled temperature.

Il circuito di alimentazione acqua di combustione 12 comprende una linea di mandata acqua di combustione 33 provvista di una valvola di regolazione 34, di un collettore acqua di combustione 35 e di una pluralità di tubi acqua di combustione 36 per connettere il collettore acqua di combustione 35 ai rispettivi bruciatori a gasolio 16, ed in particolare all’elemento bruciatore a diffusione 117. The combustion water supply circuit 12 comprises a combustion water delivery line 33 equipped with a regulation valve 34, a combustion water manifold 35 and a plurality of combustion water pipes 36 for connecting the combustion water manifold 35 to the respective oil burners 16, and in particular to the diffusion burner element 117.

In figura 2 Ã ̈ indicato con il numero di riferimento 100 un impianto a turbina a gas per la produzione di energia elettrica comprendente una camera di combustione 102 secondo la presente invenzione. In Figure 2, the reference number 100 indicates a gas turbine plant for the production of electrical energy comprising a combustion chamber 102 according to the present invention.

L’impianto 100 comprende una camera di combustione 102, un compressore 103, una turbina 106 a gas, un generatore 107, il quale trasforma la potenza meccanica fornita dalla turbina 106 in potenza elettrica, un circuito di alimentazione gas 109, un circuito di alimentazione gasolio 110, un circuito di alimentazione aria 111 di raffreddamento ed un circuito di prelievo aria compressa 112. The plant 100 comprises a combustion chamber 102, a compressor 103, a gas turbine 106, a generator 107, which transforms the mechanical power supplied by the turbine 106 into electrical power, a gas supply circuit 109, a diesel fuel supply 110, a cooling air supply circuit 111 and a compressed air drawing circuit 112.

La turbina a gas 106, il compressore 103 e la camera di combustione 102 si estendono attorno ad uno stesso asse B. The gas turbine 106, the compressor 103 and the combustion chamber 102 extend around the same axis B.

La camera di combustione 102 à ̈ preferibilmente del tipo anulare e comprende una pluralità di gruppi bruciatore 113 (in figura 2 ne sono rappresentati solamente due per semplicità) disposti lungo un percorso circolare in prossimità di un bordo periferico 114 anulare della camera di combustione 102. The combustion chamber 102 is preferably of the annular type and comprises a plurality of burner assemblies 113 (in figure 2 only two are shown for simplicity) arranged along a circular path in proximity to an annular peripheral edge 114 of the combustion chamber 102.

Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato i gruppi bruciatore 113 sono ventiquattro. In the non-limiting example described and illustrated here, there are twenty-four burner groups 113.

Con riferimento alla figura 3, ciascun gruppo bruciatore 113 si estende lungo un asse C (preferibilmente inclinato rispetto all’asse B) e comprende un bruciatore a gas 115 collegato al circuito di alimentazione gas 109, ed un bruciatore a gasolio 116 collegato al circuito di alimentazione gasolio 110. With reference to Figure 3, each burner assembly 113 extends along an axis C (preferably inclined with respect to axis B) and comprises a gas burner 115 connected to the gas supply circuit 109, and a gas oil burner 116 connected to the circuit fuel supply 110.

Il bruciatore a gasolio 116 si estende lungo l’asse C e comprende un elemento bruciatore a diffusione 117 ed un elemento bruciatore premix 118. The oil burner 116 extends along the C axis and includes a diffusion burner element 117 and a premix burner element 118.

Il bruciatore a gas 115 si estende parallelamente all’asse C attorno al bruciatore a gasolio 116 e comprende un canale di premiscelazione 120, il quale à ̈ alimentato con aria proveniente dal compressore 103, in particolare con aria proveniente da una cassa aria 104 (indicata in figura 2 con una linea tratteggiata), la quale circonda la camera di combustione 102 ed à ̈ direttamente in comunicazione con lo scarico del compressore 103. The gas burner 115 extends parallel to the C axis around the oil burner 116 and comprises a premixing channel 120, which is fed with air coming from the compressor 103, in particular with air coming from an air box 104 ( indicated in figure 2 with a dashed line), which surrounds the combustion chamber 102 and is directly in communication with the discharge of compressor 103.

Di norma viene usato regolarmente il bruciatore a gas 115, mentre il bruciatore a gasolio 116 viene utilizzato solo occasionalmente in carenza di gas. È possibile, inoltre, che il bruciatore a gasolio 116 venga utilizzato regolarmente in impianti progettati per l’uso continuo di gasolio. Normally the gas burner 115 is used regularly, while the oil burner 116 is used only occasionally in case of gas shortage. It is also possible that the oil burner 116 is used regularly in systems designed for the continuous use of diesel oil.

Più in dettaglio, l’elemento bruciatore a diffusione 117 ed il bruciatore a gas 115 non vengono utilizzati contemporaneamente, tranne durante i transitori di passaggio dalla modalità di alimentazione a gas alla modalità di alimentazione a gasolio e viceversa. More in detail, the diffusion burner element 117 and the gas burner 115 are not used at the same time, except during the transients of transition from the gas supply mode to the diesel fuel mode and vice versa.

Con riferimento alla figura 4, ciascun elemento bruciatore a diffusione 117 comprende un condotto aria 121 ed un condotto gasolio 122. With reference to Figure 4, each diffusion burner element 117 comprises an air duct 121 and a diesel duct 122.

Il condotto aria 121 si estende lungo l’asse C e presenta un’estremità 125 collegata al circuito di prelievo aria compressa 112 ed un’estremità 126, opposta all’estremità 125 lungo l’asse C, provvista di una pluralità di aperture 128. The air duct 121 extends along the C axis and has an end 125 connected to the compressed air sampling circuit 112 and an end 126, opposite the end 125 along the C axis, equipped with a plurality of openings 128.

Nell’esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, le aperture 128 sono otto e sono disposte a coppie lungo la superficie laterale del condotto aria 121 in corrispondenza dell’estremità 126. Il condotto aria 121 à ̈, inoltre, provvisto di una valvola 129 di non ritorno, la quale à ̈ disposta a monte delle aperture 128 lungo l’asse C ed à ̈ configurata in modo da aprirsi quando la pressione nel condotto aria 121 a monte della valvola 129 à ̈ maggiore della pressione nel condotto aria 121 a valle della valvola 129 (sostanzialmente uguale alla pressione nel condotto gasolio 122) e chiudersi quando la pressione nel condotto aria 121 a monte della valvola 129 à ̈ inferiore alla pressione nel condotto aria 121 a valle della valvola 139 (sostanzialmente uguale alla pressione nel condotto gasolio 122). In the non-limiting example described and illustrated here, the openings 128 are eight and are arranged in pairs along the lateral surface of the air duct 121 at the end 126. The air duct 121 is also provided with a valve 129, which is arranged upstream of the openings 128 along the C axis and is configured to open when the pressure in the air duct 121 upstream of the valve 129 is greater than the pressure in the air duct 121 downstream of the valve 129 (substantially equal to the pressure in the diesel pipe 122) and close when the pressure in the air pipe 121 upstream of the valve 129 is lower than the pressure in the air pipe 121 downstream of the valve 139 (substantially equal to the pressure in the pipe diesel 122).

Il condotto gasolio 122 si estende parallelamente all’asse C attorno al condotto aria 121 e presenta un’estremità 130 collegata al circuito di alimentazione gasolio 110 ed un’estremità 131, opposta all’estremità 130, la quale à ̈ provvista di un vorticatore 132 e di un ugello 133. The diesel duct 122 extends parallel to the C axis around the air duct 121 and has an end 130 connected to the diesel supply circuit 110 and an end 131, opposite the end 130, which is provided a vortexer 132 and a nozzle 133.

Il vorticatore 132 à ̈ disposto in corrispondenza della zona di uscita dell’aria dal condotto aria 121 attraverso le aperture 128. The vortexer 132 is arranged in correspondence with the air outlet area from the air duct 121 through the openings 128.

La regione dell’elemento bruciatore a diffusione 117 in cui à ̈ presente il vorticatore 132 e su cui affacciano le aperture 128 di ingresso aria à ̈ una regione di premiscelazione 134. In particolare, la regione di premiscelazione 134 à ̈ compresa nel condotto gasolio 122. The region of the diffusion burner element 117 in which the vortex 132 is present and overlooked by the air inlet openings 128 is a premixing region 134. In particular, the premixing region 134 is included in the diesel duct 122.

In tale regione di premiscelazione 134, infatti, aria e gasolio vengono miscelati prima di uscire dall’elemento bruciatore a diffusione 117 attraverso l’ugello 133. In this premixing region 134, in fact, air and diesel are mixed before exiting the diffusion burner element 117 through the nozzle 133.

La regione di premiscelazione 134 à ̈ configurata in modo tale che l’aria (quando presente) proveniente dal condotto aria 121 venga adeguatamente miscelata al gasolio proveniente dal condotto gasolio 122 dal vorticatore 132. La premiscelazione con aria contribuisce alla nebulizzazione della miscela e all’abbassamento delle emissioni di sostanze inquinanti. The premixing region 134 is configured in such a way that the air (when present) coming from the air duct 121 is suitably mixed with the diesel coming from the diesel duct 122 from the vortex 132. The premixing with air contributes to the atomization of the mixture and to the € ™ lowering of emissions of pollutants.

Con riferimento alla figura 3, ciascun elemento bruciatore premix 118 comprende una pluralità di ugelli gasolio 135, i quali si affacciano sul canale di premiscelazione 120 del bruciatore a gas 115 alimentato con aria proveniente dalla cassa aria 104. With reference to Figure 3, each premix burner element 118 comprises a plurality of diesel nozzles 135, which face the premixing channel 120 of the gas burner 115 fed with air coming from the air box 104.

Con riferimento alla figura 2, il circuito di alimentazione gasolio 110 comprende una sezione diffusione 136a collegata alle rispettive lance diffusione 117 (schematizzate in figura 2 con un rettangolo) ed una sezione premix 136b collegata ai rispettivi elementi bruciatore premix 118 (schematizzati in figura 2 con un rettangolo). With reference to figure 2, the diesel fuel supply circuit 110 comprises a diffusion section 136a connected to the respective diffusion lances 117 (schematized in figure 2 with a rectangle) and a premix section 136b connected to the respective premix burner elements 118 (schematized in figure 2 with a rectangle).

La sezione diffusione 136a comprende una linea di mandata gasolio 137, la quale à ̈ provvista di una valvola di regolazione 138, di un collettore 139 toroidale e di una pluralità di tubi 140 per collegare il collettore 139 toroidale alle rispettive lance a diffusione 117. La sezione premix 136b comprende una linea di mandata premix 142, la quale à ̈ provvista di una valvola di regolazione 143, di un collettore 144 toroidale e di una pluralità di tubi 145 per collegare il collettore 144 toroidale ai rispettivi elementi bruciatore 118. The diffusion section 136a comprises a diesel delivery line 137, which is provided with a regulation valve 138, a toroidal manifold 139 and a plurality of tubes 140 to connect the toroidal manifold 139 to the respective diffusion lances 117. The premix section 136b comprises a premix delivery line 142, which is provided with a regulation valve 143, a toroidal manifold 144 and a plurality of tubes 145 to connect the toroidal manifold 144 to the respective burner elements 118.

Preferibilmente, i tubi 140 e 145 sono flessibili. Preferably, the tubes 140 and 145 are flexible.

Il circuito di alimentazione aria 111 di raffreddamento comprende un condotto di prelievo 148, che collega l’ultimo stadio del compressore 103 alla linea di mandata premix 142 ed à ̈ provvisto di uno scambiatore di calore 149 e di una valvola di regolazione 150. Durante il funzionamento a gas, la linea di mandata premix 142 à ̈ alimentata con aria proveniente dal condotto di prelievo 148 per mantenere la linea di mandata premix 142 a temperatura controllata. The cooling air supply circuit 111 comprises a sampling duct 148, which connects the last stage of the compressor 103 to the premix delivery line 142 and is provided with a heat exchanger 149 and a regulation valve 150. During operation with gas, the premix 142 delivery line is supplied with air coming from the sampling duct 148 to keep the premix 142 delivery line at a controlled temperature.

Il circuito di prelievo aria compressa 112 comprende una pluralità di condotti di prelievo 152, i quali collegano la cassa aria 104 con le rispettive lance diffusione 117, ed in particolare collegano la cassa aria 104 con il condotto aria 121. Nei condotti di prelievo 152 l’aria ha una pressione uguale a quella dell’aria allo scarico del compressore 103. The compressed air sampling circuit 112 comprises a plurality of sampling ducts 152, which connect the air box 104 with the respective diffusion lances 117, and in particular connect the air box 104 with the air duct 121. In the sampling ducts 152 the The air has a pressure equal to that of the air at the discharge of compressor 103.

Con riferimento alle figure 3 e 4, il bruciatore a gasolio 116 viene operato in accordo ad un metodo, il quale prevede sostanzialmente di alimentare all’elemento bruciatore a diffusione 117 una portata di gasolio e di aria variabili in base al carico richiesto dall’impianto a turbina a gas 1. With reference to figures 3 and 4, the gas oil burner 116 is operated according to a method, which basically provides for supplying the diffusion burner element 117 with a flow rate of gas oil and air which varies according to the load required by the ™ gas turbine plant 1.

In particolare, il metodo prevede di utilizzare l’elemento bruciatore a diffusione 117 quando il carico richiesto dall’impianto 100 à ̈ inferiore ad un determinato valore di soglia, e di utilizzare prevalentemente l’elemento bruciatore premix 118 quando il carico richiesto dall’impianto 100 à ̈ superiore a detto valore di soglia. Tuttavia, per garantire un adeguato supporto all’elemento bruciatore premix 118 à ̈ necessario mantenere in funzione anche l’elemento bruciatore a diffusione 117. L’elemento bruciatore premix 118 genera, infatti, basse emissioni inquinanti, ma ha poca stabilità di fiamma, mentre l’elemento bruciatore a diffusione 117 à ̈ caratterizzato da alta stabilità di fiamma ma anche da alte emissioni inquinanti. In particular, the method foresees to use the diffusion burner element 117 when the load required by the system 100 is lower than a certain threshold value, and to use mainly the premix burner element 118 when the required load from plant 100 is higher than said threshold value. However, to ensure adequate support for the premix burner element 118 it is also necessary to keep the diffusion burner element 117 in operation. The premix burner element 118 generates low polluting emissions, but has little stability of flame, while the diffusion burner element 117 is characterized by high flame stability but also by high polluting emissions.

Pertanto, il metodo prevede che la portata di gasolio che fluisce nell’elemento bruciatore a diffusione 117 aumenti all’aumentare del carico di potenza richiesto fino all’accensione dell’elemento bruciatore premix 118. Da questo punto in poi la portata di gasolio nell’elemento bruciatore a diffusione 117 viene mantenuta più o meno costante e pari al valore minimo. Therefore, the method provides that the flow rate of diesel fuel flowing into the diffusion burner element 117 increases with the increase in the power load required until the premix burner element 118 is ignited. From this point on, the flow rate of diesel fuel in the diffusion burner element 117 is kept more or less constant and equal to the minimum value.

Più dettaglio, le fasi di funzionamento del bruciatore a gasolio 116 sono sostanzialmente quattro e possono essere così sintetizzate: More in detail, the operating phases of the oil burner 116 are essentially four and can be summarized as follows:

- Fase di accensione del bruciatore a gasolio 116 e fase di funzionamento a basso carico (per carichi inferiori al 5% del carico base, anche detto “Base Load†; qui e nel seguito per carico base si intende la massima potenza erogabile dall’impianto 100 in condizioni di sicurezza): in questa fase i condotti di prelievo 152 alimentano le rispettiva lance a diffusione 117 con aria avente una pressione superiore a quella del gasolio proveniente dalla linea di mandata gasolio 137. La valvola 139 à ̈ pertanto aperta e, grazie al vorticatore 132, il gasolio si miscela con l’aria che fuoriesce dai fori 128 prima di attraversare l’ugello 133 e raggiungere la camera di combustione 102. La premiscelazione del gasolio con l’aria garantisce la corretta atomizzazione e favorisce l’abbattimento delle emissioni inquinanti. - Ignition phase of the oil burner 116 and operation phase at low load (for loads lower than 5% of the base load, also called `` Base Load ''; here and in the following, the base load means the maximum power that can be supplied by the ™ system 100 in safe conditions): in this phase the sampling ducts 152 supply the respective diffusion lances 117 with air having a pressure higher than that of the diesel oil coming from the diesel delivery line 137. The valve 139 is therefore open and , thanks to the vortex 132, the diesel oil mixes with the air that comes out of the holes 128 before passing through the nozzle 133 and reaching the combustion chamber 102. The premixing of the diesel oil with the air guarantees correct atomization and it favors the abatement of polluting emissions.

- Fase di funzionamento a carichi medi (compresi tra circa il 5% e circa il 30-40% del carico base): con l’aumentare del carico richiesto aumenta la pressione del gasolio proveniente dalla linea di mandata gasolio 137; quando la pressione del gasolio supera quella dell’aria proveniente dai condotti di prelievo 152, la valvola 139 si chiude. Il gasolio passa nel vorticatore 132 e viene iniettato in camera di combustione 102 attraverso l’ugello 133 con una componente tangenziale data dal vorticatore 132. Nel mentre, l’elemento bruciatore premix 118 viene alimentato con gasolio mediante la linea di mandata premix 142 e inietta gasolio nel canale di premiscelazione 120 dove viene miscelato con l’aria proveniente dalla cassa aria 104. - Operating phase at medium loads (between about 5% and about 30-40% of the base load): with the increase of the required load, the pressure of the diesel oil coming from the diesel delivery line 137 increases; when the pressure of the diesel oil exceeds that of the air coming from the sampling pipes 152, the valve 139 closes. The diesel oil passes into the vortex 132 and is injected into the combustion chamber 102 through the nozzle 133 with a tangential component given by the vortex 132. Meanwhile, the premix burner element 118 is fed with diesel through the premix 142 delivery line and injects diesel into the premixing channel 120 where it is mixed with the air coming from the air box 104.

- Fase di funzionamento a carichi alti (compresi tra circo il 30-40% e il 100% del carico base): a carichi alti il gasolio viene principalmente alimentato all’elemento bruciatore premix 118, mentre l’elemento bruciatore a diffusione 117 viene alimentata con una portata minima di gasolio pari a quella prevista per l’elemento bruciatore a diffusione 117 quando il carico richiesto à ̈ pari a circa il 5% del carico base. La pressione del gasolio nel condotto gasolio 122 dell’elemento bruciatore a diffusione à ̈ inferiore alla pressione del condotto aria 121 e la valvola 129 à ̈ aperta in modo che l’aria si premisceli con il gasolio prima di fuoriuscire attraverso l’ugello 133. - Operating phase at high loads (between about 30-40% and 100% of the base load): at high loads the diesel oil is mainly fed to the premix burner element 118, while the diffusion burner element 117 it is fed with a minimum flow rate of diesel oil equal to that envisaged for the diffusion burner element 117 when the required load is equal to approximately 5% of the base load. The pressure of the light oil in the light oil duct 122 of the diffusion burner element is lower than the pressure of the air duct 121 and the valve 129 is open so that the air premixes with the light oil before escaping through the nozzle 133.

- Fase di funzionamento a gas: quando il bruciatore a gas 115 à ̈ operativo, la pressione dell’aria nel condotto aria 121 dell’elemento bruciatore a diffusione 117 à ̈ maggiore della pressione della camera di combustione 102, e la valvola 129 rimane sempre aperta garantendo il corretto flusso di aria di raffreddamento dell’elemento bruciatore a diffusione 117 rendendo superfluo un circuito di raffreddamento dedicato. - Gas operation phase: when the gas burner 115 is operational, the air pressure in the air duct 121 of the diffusion burner element 117 is greater than the pressure of the combustion chamber 102, and the valve 129 it remains always open, ensuring the correct flow of cooling air from the diffusion burner element 117, making a dedicated cooling circuit superfluous.

Vantaggiosamente, grazie al gruppo bruciatore 113 e al metodo per operare detto gruppo bruciatore 113 secondo la presente invenzione, le emissioni inquinanti generate durante il funzionamento a gasolio sono inferiori rispetto alle emissioni generate dai gruppi bruciatore dell’arte nota. Advantageously, thanks to the burner group 113 and to the method for operating said burner group 113 according to the present invention, the polluting emissions generated during operation with diesel oil are lower than the emissions generated by the burner groups of the known art.

La premiscelazione di aria e gasolio nell’elemento bruciatore a diffusione 117 contribuisce alla nebulizzazione del gasolio, abbassando le emissioni inquinanti specialmente ai bassi carichi. Questo rende superfluo l’utilizzo del sistema di iniezione di acqua per abbassare il livello di emissioni che comporta la presenza di un ulteriore collettore nel zona di accesso ai gruppi bruciatore. Oltretutto, il sistema di apertura automatico della valvola 129 garantisce un aumento della sicurezza in quanto non esistono valvole da comandare in apertura e chiusura. The premixing of air and diesel in the diffusion burner element 117 contributes to the nebulization of the diesel fuel, lowering polluting emissions especially at low loads. This makes it unnecessary to use the water injection system to lower the level of emissions which involves the presence of an additional manifold in the access area to the burner units. Moreover, the automatic opening system of the valve 129 guarantees an increase in safety as there are no valves to be controlled in opening and closing.

Oltretutto, l’elemento bruciatore a diffusione 117 secondo la presente invenzione non prevede l’impiego di una linea di ritorno gasolio per la regolazione della portata del gasolio e per ottenere una corretta atomizzazione del gasolio. La premiscelazione con aria nell’elemento bruciatore a diffusione 117 garantisce la corretta atomizzazione del gasolio ai bassi carichi. Moreover, the diffusion burner element 117 according to the present invention does not provide for the use of a diesel oil return line for regulating the flow rate of the diesel oil and to obtain a correct atomisation of the diesel. The premixing with air in the diffusion burner element 117 guarantees the correct atomization of the diesel fuel at low loads.

Inoltre, l’aria alimentata all’elemento bruciatore a diffusione 117 à ̈ aria proveniente dal compressore 103 dell’impianto 100 e non richiede l’impiego di un compressore appositamente dedicato o di uno scambiatore di calore. Furthermore, the air fed to the diffusion burner element 117 is air coming from compressor 103 of system 100 and does not require the use of a specially dedicated compressor or heat exchanger.

Infine, grazie al gruppo bruciatore 113 e al metodo per operare detto gruppo bruciatore secondo la presente invenzione, si ha una riduzione di un terzo delle tubazioni presenti nell’area dei gruppi bruciatori e, di conseguenza, un innegabile vantaggio di accessibilità in un’area particolarmente sacrificata. Oltretutto, la riduzione del numero di tubazioni semplifica le operazioni di manutenzione e comporta un’evidente riduzione dei costi di primo equipaggiamento dell’impianto 100. Finally, thanks to the burner group 113 and the method for operating said burner group according to the present invention, there is a reduction of a third of the pipes present in the area of the burner groups and, consequently, an undeniable advantage of accessibility in a ™ especially sacrificed area. Moreover, the reduction in the number of pipes simplifies maintenance operations and entails a clear reduction in the original equipment costs of the 100 system.

Risulta infine evidente che al gruppo bruciatore 113, alla camera di combustione 102 e al metodo per operare un gruppo bruciatore 113 qui descritti possono essere apportate modifiche e varianti senza uscire dall’ambito delle rivendicazioni allegate. Finally, it is evident that modifications and variations can be made to the burner assembly 113, the combustion chamber 102 and the method for operating a burner assembly 113 described here without departing from the scope of the attached claims.

Claims (22)

RIVENDICAZIONI 1. Gruppo bruciatore (113) per una camera di combustione (102) di un impianto (100) a turbina a gas comprendente: un bruciatore a gas (115); un bruciatore a gasolio (116) comprendente un elemento bruciatore a diffusione (117) ed un elemento bruciatore premix (118); il gruppo bruciatore (113) essendo caratterizzato dal fatto che l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende un ugello di scarico (133) ed una regione di premiscelazione (134), la quale à ̈ disposta a monte dell’ugello (133) di scarico ed à ̈ selettivamente alimentata con aria. CLAIMS 1. Burner assembly (113) for a combustion chamber (102) of a gas turbine plant (100) comprising: a gas burner (115); a gas oil burner (116) comprising a diffusion burner element (117) and a premix burner element (118); the burner unit (113) being characterized by the fact that the diffusion burner element (117) comprises an exhaust nozzle (133) and a premixing region (134), which is arranged upstream of the nozzle ( 133) exhaust and is selectively fed with air. 2. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 1, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende una valvola (129) di alimentazione dell’aria; la regione di premiscelazione (134) essendo disposta tra la valvola (129) e l’ugello (133). 2. Burner assembly according to claim 1, wherein the diffusion burner element (117) comprises an air supply valve (129); the premixing region (134) being arranged between the valve (129) and the nozzle (133). 3. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 2, in cui la valvola (129) à ̈ configurata in modo tale da aprirsi quando la differenza di pressione tra un punto a monte della valvola (129) ed un punto a valle della valvola (129) à ̈ positiva e chiudersi quando detta differenza di pressione à ̈ negativa. 3. Burner assembly according to claim 2, wherein the valve (129) is configured in such a way as to open when the pressure difference between a point upstream of the valve (129) and a point downstream of the valve (129) is It is positive and close when said pressure difference is negative. 4. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui la valvola (129) à ̈ una valvola di non ritorno. 4. Burner assembly according to claim 2 or 3, wherein the valve (129) is a non-return valve. 5. Gruppo bruciatore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende un vorticatore (132) disposto sostanzialmente in corrispondenza della regione di premiscelazione (134). 5. Burner assembly according to any one of the preceding claims, wherein the diffusion burner element (117) comprises a vortexer (132) arranged substantially in correspondence with the premixing region (134). 6. Gruppo bruciatore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l’aria con cui à ̈ alimentata la regione di premiscelazione (134) dell’elemento bruciatore a diffusione (117) proviene da un compressore (103) dell’impianto a turbina a gas (100). 6. Burner unit according to any one of the preceding claims, in which the air with which the premixing region (134) of the diffusion burner element (117) is fed comes from a compressor (103) of the plant gas turbine (100). 7. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 6, in cui l’aria con cui à ̈ alimentata l’elemento bruciatore a diffusione (117) à ̈ prelevata da un cassa aria (104), la quale circonda la camera di combustione (102) ed à ̈ direttamente collegata allo scarico del compressore (103). 7. Burner unit according to claim 6, in which the air with which the diffusion burner element (117) is fed is taken from an air box (104), which surrounds the combustion chamber (102 ) and is directly connected to the compressor discharge (103). 8. Gruppo bruciatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 2 a 7, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende un condotto aria (121) ed un condotto gasolio (122) in comunicazione tra loro. 8. Burner assembly according to any one of claims 2 to 7, wherein the diffusion burner element (117) comprises an air duct (121) and a diesel duct (122) in communication with each other. 9. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 8, in cui il condotto gasolio (122) comprende la regione di premiscelazione (134). Burner assembly according to claim 8, wherein the oil duct (122) comprises the premixing region (134). 10. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende un condotto aria (121) ed un condotto gasolio (122), il quale à ̈ disposto sostanzialmente attorno al condotto aria (121); il condotto aria (121) essendo provvisto di aperture (128) laterali per il passaggio dell’aria dal condotto aria (121) al condotto gasolio (122); le aperture (128) essendo sostanzialmente disposte in corrispondenza della regione di premiscelazione (134). 10. Burner assembly according to claim 8 or 9, wherein the diffusion burner element (117) comprises an air duct (121) and a diesel duct (122), which is substantially arranged around the air duct (121 ); the air duct (121) being provided with side openings (128) for the passage of air from the air duct (121) to the diesel duct (122); the openings (128) being substantially arranged in correspondence with the premixing region (134). 11. Gruppo bruciatore secondo la rivendicazione 10, in cui il condotto aria (121) comprende la valvola (129); la valvola (129) essendo disposta a monte delle aperture (128). 11. Burner assembly according to claim 10, wherein the air duct (121) comprises the valve (129); the valve (129) being arranged upstream of the openings (128). 12. Camera di combustione (102) per un impianto a turbina a gas (100) comprendente almeno un gruppo bruciatore (113) secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni. Combustion chamber (102) for a gas turbine plant (100) comprising at least one burner assembly (113) according to any one of the preceding claims. 13. Metodo per operare un gruppo bruciatore (113) per una camera di combustione (102) per un impianto a turbina a gas (100); il gruppo bruciatore (113) comprendendo un bruciatore a gas (115) ed un bruciatore a gasolio (116), il quale à ̈ provvisto di un elemento bruciatore a diffusione (117) e di un elemento bruciatore premix (118); l’elemento bruciatore a diffusione (117) essendo provvista di un ugello (133) di scarico; il metodo essendo caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria in una regione di premiscelazione (134) dell’elemento bruciatore a diffusione (117) disposta a monte dell’ugello (133) di uscita. 13. Method of operating a burner assembly (113) for a combustion chamber (102) for a gas turbine plant (100); the burner assembly (113) comprising a gas burner (115) and a gas oil burner (116), which is provided with a diffusion burner element (117) and a premix burner element (118); the diffusion burner element (117) being provided with a discharge nozzle (133); the method being characterized in that it comprises the step of selectively premixing gas oil and air in a premixing region (134) of the diffusion burner element (117) arranged upstream of the outlet nozzle (133). 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende una valvola (129) di alimentazione dell’aria; la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria nell’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende la fase di alimentare aria nella regione di premiscelazione (134) quando la differenza di pressione tra un punto a monte della valvola (129) ed un punto a valle della valvola (129) à ̈ positiva e non alimentare aria quando detta differenza di pressione à ̈ negativa. Method according to claim 13, wherein the diffusion burner element (117) comprises an air supply valve (129); the step of selectively premixing diesel oil and air in the diffusion burner element (117) comprises the step of feeding air into the premixing region (134) when the pressure difference between a point upstream of the valve (129) and a point at downstream of the valve (129) is positive and do not supply air when said pressure difference is negative. 15. Metodo secondo la rivendicazione 12, in cui la valvola (129) à ̈ una valvola di non ritorno. Method according to claim 12, wherein the valve (129) is a non-return valve. 16. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 15, in cui l’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende un vorticatore (132) disposto sostanzialmente in corrispondenza della regione di premiscelazione (134). Method according to any one of claims 13 to 15, wherein the diffusion burner element (117) comprises a vortexer (132) arranged substantially in correspondence with the premix region (134). 17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 13 a 16, in cui la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria nell’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende la fase di alimentare nella regione di premiscelazione (134) aria proveniente da un compressore (103) dell’impianto a turbina a gas (100). Method according to any one of claims 13 to 16, wherein the step of selectively premixing diesel oil and air in the diffusion burner element (117) comprises the step of feeding air from a compressor into the premixing region (134) (103) of the gas turbine plant (100). 18. Metodo secondo la rivendicazione 17, in cui la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria nell’elemento bruciatore a diffusione (117) comprende la fase di alimentare nella regione di premiscelazione (134) aria prelevata da una cassa aria (104), la quale circonda la camera di combustione (102) ed à ̈ direttamente collegata allo scarico del compressore (103). 18. Method according to claim 17, wherein the step of selectively premixing diesel oil and air in the diffusion burner element (117) comprises the step of feeding into the premixing region (134) air taken from an air box (104), which surrounds the combustion chamber (102) and is directly connected to the compressor discharge (103). 19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 14 a 18, in cui la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria comprende alimentare aria nella regione di premiscelazione (134) selettivamente sulla base della potenza richiesta dall’impianto (100). Method according to any one of claims 14 to 18, wherein the step of selectively premixing diesel oil and air comprises feeding air into the premixing region (134) selectively on the basis of the power required by the plant (100). 20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria comprende alimentare aria nella regione di premiscelazione (134) quando la potenza richiesta dall’impianto (100) à ̈ inferiore ad un valore di soglia. Method according to claim 19, wherein the step of selectively premixing diesel oil and air comprises feeding air into the premixing region (134) when the power required by the plant (100) is lower than a threshold value. 21. Metodo secondo la rivendicazione 19 o 20, in cui la fase di selettivamente premiscelare gasolio ed aria comprende non alimentare aria nella regione di premiscelazione (134) quando la potenza richiesta dall’impianto (100) à ̈ superiore ad un valore di soglia. 21. Method according to claim 19 or 20, in which the step of selectively premixing diesel and air comprises not feeding air into the premixing region (134) when the power required by the plant (100) is higher than a threshold value . 22. Metodo secondo la rivendicazione 20 o 21, in cui il valore di soglia à ̈ pari a circa il 5% del carico base.A method according to claim 20 or 21, wherein the threshold value is approximately 5% of the base load.
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