ITMI20131816A1 - INJECTOR WITH A DOUBLE NOZZLE SPEAR GAS TURBINE SYSTEM, GAS TURBINE SYSTEM AND A GAS TURBINE FEEDING METHOD - Google Patents
INJECTOR WITH A DOUBLE NOZZLE SPEAR GAS TURBINE SYSTEM, GAS TURBINE SYSTEM AND A GAS TURBINE FEEDING METHODInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
“INIETTORE A LANCIA A DOPPIO UGELLO PER TURBINA A GAS, IMPIANTO A TURBINA A GAS E METODO DI ALIMENTAZIONE DI UNA TURBINA A GAS” "DOUBLE NOZZLE LANCE INJECTOR FOR GAS TURBINE, GAS TURBINE SYSTEM AND METHOD OF POWERING A GAS TURBINE"
La presente invenzione è relativa a un iniettore a lancia a doppio ugello per iniezione di olio combustibile in una camera di combustione di una turbina a gas, a un impianto a turbina a gas e a un metodo di alimentazione di una turbina a gas. The present invention relates to a double nozzle lance injector for injecting fuel oil into a combustion chamber of a gas turbine, to a gas turbine system and to a method of powering a gas turbine.
Come è noto, le turbine a gas, specialmente se utilizzate in impianti per la produzione di energia elettrica, possono essere alimentate con diversi tipi di combustibile. In particolare, è noto esercire le turbine a gas con combustibili gassosi di diverse natura e caratteristiche (gas naturale, syngas) oppure con oli combustibili, come gasolio. Per questo motivo, le turbine a gas sono dotate di gruppi bruciatori che comprendono iniettori, normalmente del tipo a lancia, specificamente progettati per alimentare una portata controllata di olio combustibile a diffusione. As is known, gas turbines, especially if used in plants for the production of electricity, can be powered with different types of fuel. In particular, it is known to operate gas turbines with gaseous fuels of different nature and characteristics (natural gas, syngas) or with fuel oils, such as diesel oil. For this reason, gas turbines are equipped with burner groups which include injectors, usually of the lance type, specifically designed to supply a controlled flow of diffusion fuel oil.
Gli iniettori a lancia comprendono generalmente una pluralità di corpi tubolari coassiali, a un’estremità dei quali è montato un terminale munito di un ugello. I corpi tubolari definiscono fra loro almeno una linea di mandata fra un ingresso e l’ugello, e una linea di ritorno, che permette il recupero del combustibile fornito all’ugello in eccesso. Eventualmente, può essere prevista anche una linea per l’alimentazione di acqua. Lance injectors generally comprise a plurality of coaxial tubular bodies, at one end of which a terminal equipped with a nozzle is mounted. The tubular bodies define between them at least one delivery line between an inlet and the nozzle, and a return line, which allows the recovery of the excess fuel supplied to the nozzle. Eventually, a water supply line can also be provided.
L’impiego della linea di ritorno permette di alimentare in modo coretto gli iniettori su una gamma di portate molto ampia, come è richiesto nel normale funzionamento delle turbine a gas. In pratica, la linea di mandata riceve una portata di olio combustibile a pressione molto superiore rispetto alla camera di combustione e la portata iniettata viene imposta agendo su una valvola di regolazione della linea di ritorno. Quando la valvola di regolazione è completamente chiusa, la portata iniettata in camera di combustione è massima. Viceversa, quando la valvola di regolazione è completamente aperta si ha il massimo recupero di combustibile attraverso la linea di ritorno e la portata iniettata in camera di combustione è minima. The use of the return line allows the injectors to be correctly fed over a very wide range of flow rates, as required in the normal operation of gas turbines. In practice, the delivery line receives a fuel oil flow rate at a much higher pressure than the combustion chamber and the injected flow rate is set by acting on a return line regulation valve. When the control valve is completely closed, the flow rate injected into the combustion chamber is maximum. Conversely, when the regulating valve is completely open, there is maximum recovery of fuel through the return line and the flow rate injected into the combustion chamber is minimal.
Questo tipo di soluzioni, come si è detto, permette di ottenere condizioni di alimentazione accettabili, per quanto riguarda sia la pressione, sia la nebulizzazione del combustibile, su una gamma di portate ampia abbastanza da soddisfare la richiesta della macchina in tutte le condizioni di carico. La portata di olio combustibile a diffusione cresce infatti in modo sostanzialmente lineare ai bassi carichi, presenta un picco elevato ai carichi intermedi, durante la transizione verso l’alimentazione in modalità premiscelata, e quindi si riduce agli alti carichi, dove modalità di alimentazione premiscelata è prevalente. La differenza di portata fra il picco ai carichi intermedi e le portate minime è notevole e necessita di accorgimenti quale appunto l’alimentazione in forte sovrapressione e l’impiego di una linea di ritorno. This type of solution, as mentioned, allows to obtain acceptable supply conditions, as regards both the pressure and the atomization of the fuel, over a range of flow rates wide enough to satisfy the machine's request in all load conditions. . In fact, the diffusion fuel oil flow rate increases substantially linearly at low loads, has a high peak at intermediate loads, during the transition to feeding in premix mode, and therefore decreases at high loads, where premix feeding mode is prevalent. The difference in flow rate between the peak at intermediate loads and the minimum flow rates is considerable and requires precautions such as the power supply in strong overpressure and the use of a return line.
Dal punto di vista costruttivo, tuttavia, una linea aggiuntiva rappresenta una notevole complicazione, poiché occorre prevedere tubazioni a bordo macchina, un collettore di distribuzione e tubazioni di interconnessione. From the construction point of view, however, an additional line represents a considerable complication, since it is necessary to provide piping on the machine, a distribution manifold and interconnection pipes.
Altre soluzioni prevedono complessi sistemi di atomizzazione con aria. Other solutions involve complex systems of atomization with air.
In ogni caso, la struttura del sistema di alimentazione dell’olio combustibile negli impianti noti è complessa, richiede un elevato numero di componenti e incide negativamente sui tempi e costi sia di progetto, sia di realizzazione e manutenzione. In any case, the structure of the fuel oil supply system in known plants is complex, requires a large number of components and negatively affects both project and construction and maintenance times and costs.
Scopo della presente invenzione è quindi fornire un iniettore a lancia per iniezione di olio combustibile in una camera di combustione di una turbina a gas, un impianto a turbina a gas e un metodo di alimentazione di una turbina a gas che permettano di superare o almeno attenuare le limitazioni descritte. The object of the present invention is therefore to provide a lance injector for injecting fuel oil into a combustion chamber of a gas turbine, a gas turbine system and a method of feeding a gas turbine which allow to overcome or at least mitigate the limitations described.
Secondo la presente invenzione, vengono forniti un iniettore a lancia per iniezione di olio combustibile in una camera di combustione di una turbina a gas, un impianto a turbina a gas e un metodo di alimentazione di una camera di combustione di una turbina a gas come definiti rispettivamente nelle rivendicazioni 1, 10 e 18. According to the present invention, a lance injector for injecting fuel oil into a combustion chamber of a gas turbine, a gas turbine system and a method of feeding a combustion chamber of a gas turbine are provided as defined in claims 1, 10 and 18 respectively.
La presente invenzione verrà ora descritta con riferimento ai disegni annessi, che ne illustrano alcuni esempi di attuazione non limitativi, in cui: The present invention will now be described with reference to the attached drawings, which illustrate some non-limiting examples of implementation, in which:
- la figura 1 è uno schema a blocchi semplificato di un impianto per la produzione di energia elettrica; - figure 1 is a simplified block diagram of a plant for the production of electrical energy;
- la figura 2 è una vista laterale, sezionata secondo un piano longitudinale assiale e con parti asportate per chiarezza, di un bruciatore di una turbina a gas incorporante un iniettore a lancia in accordo a una forma di realizzazione della presente invenzione, incorporato nell’impianto di figura 1; Figure 2 is a side view, sectioned along an axial longitudinal plane and with parts removed for clarity, of a gas turbine burner incorporating a lance injector according to an embodiment of the present invention, incorporated in the plant of figure 1;
- la figura 3 mostra un dettaglio ingrandito dell’iniettore a lancia di figura 1; - figure 3 shows an enlarged detail of the lance injector of figure 1;
- la figura 4 è uno schema a blocchi più dettagliato di una parte dell’impianto di figura 1; - figure 4 is a more detailed block diagram of a part of the plant in figure 1;
- la figura 5 è uno schema a blocchi più dettagliato di una parte dell’impianto di figura 1, in accordo a una diversa forma di realizzazione della presente invenzione; e - la figura 6 è un grafico che mostra grandezze relative all’impianto di figura 1. - figure 5 is a more detailed block diagram of a part of the plant of figure 1, according to a different embodiment of the present invention; and - Figure 6 is a graph showing quantities relating to the plant in Figure 1.
In figura 1, il numero di riferimento 1 indica nel suo complesso un impianto 1 a turbina a gas, nella fattispecie un impianto per la produzione di energia elettri1ca. L’impianto 1 è selettivamente collegabile a una rete di distribuzione 2 nota e comprende un gruppo turbogas 3 e un dispositivo di controllo 5. L’impianto 1 comprende inoltre un alternatore 4 di tipo noto, che è meccanicamente connesso a un albero 7 del gruppo turbogas 3 e da esso azionato. In Figure 1, the reference number 1 indicates as a whole a gas turbine plant 1, in this case a plant for the production of electrical energy. The plant 1 can be selectively connected to a known distribution network 2 and comprises a gas turbine group 3 and a control device 5. The plant 1 also comprises a known type alternator 4, which is mechanically connected to a shaft 7 of the group gas turbine 3 and driven by it.
Il dispositivo di controllo 5 utilizza grandezze di impianto misurate (qui non mostrate in dettaglio) e valori di riferimento impostati per generare segnali di controllo, allo scopo di controllare il funzionamento dell’impianto 1. The control device 5 uses measured system quantities (not shown in detail here) and set reference values to generate control signals, in order to control the operation of the system 1.
Il gruppo turbogas 3 comprende un compressore 8, una camera di combustione 9 e una turbina a gas 10. The gas turbine unit 3 comprises a compressor 8, a combustion chamber 9 and a gas turbine 10.
Il compressore 8 è del tipo assiale multistadio ed è provvisto di uno stadio di pale orientabili di ingresso o stadio IGV 11 (Inlet Guide Vane”), azionato mediante un attuatore IGV 12 e rispettivi segnali di controllo (non mostrati) forniti dal dispositivo di controllo 5. The compressor 8 is of the multistage axial type and is equipped with a stage of adjustable input blades or IGV 11 stage (Inlet Guide Vane "), operated by means of an IGV 12 actuator and respective control signals (not shown) provided by the control device 5.
La camera di combustione 9 riceve il combustibile da un sistema di alimentazione 15, il quale è controllato dal dispositivo di controllo 5, come spiegato in dettaglio più avanti. The combustion chamber 9 receives the fuel from a feeding system 15, which is controlled by the control device 5, as explained in detail below.
La camera di combustione 9 comprende una pluralità di gruppi bruciatori 20, uno dei quali è mostrato in figura 2, intendendo che gli altri presentano identica struttura. The combustion chamber 9 comprises a plurality of burner units 20, one of which is shown in Figure 2, meaning that the others have the same structure.
Il gruppo bruciatore 20 si estende lungo un asse principale A e comprende un bruciatore principale 21 periferico, un bruciatore pilota 22 centrale e un iniettore a lancia 23 per l’iniezione di olio combustibile nella camera di combustione 9. The burner group 20 extends along a main axis A and includes a peripheral main burner 21, a central pilot burner 22 and a lance injector 23 for injecting fuel oil into the combustion chamber 9.
Il bruciatore principale 21 è del tipo a premiscelazione, è disposto attorno al bruciatore pilota 22 ed è provvisto di un vorticatore diagonale 25, il quale comprende una pluralità di palette 26, definenti tra loro rispettivi canali di flusso per convogliare, con andamento obliquo rispetto all’asse principale A, un flusso d’aria comburente e di gas combustibile verso la camera di combustione 9. In una forma di realizzazione, il combustibile è fornito attraverso ugelli 27 posti sulle palette 26. The main burner 21 is of the pre-mixing type, is arranged around the pilot burner 22 and is provided with a diagonal vortex 25, which comprises a plurality of vanes 26, defining respective flow channels to convey, with an oblique course with respect to the main axis A, a flow of combustion air and fuel gas towards the combustion chamber 9. In one embodiment, the fuel is supplied through nozzles 27 located on the vanes 26.
Il bruciatore pilota 22 è disposto coassiale al bruciatore principale 21 ed è provvisto di un vorticatore assiale 30, che comprende una pluralità di palette 31, definenti tra loro rispettivi canali di flusso per convogliare, sostanzialmente lungo l’asse principale A, un ulteriore flusso d’aria comburente verso la camera di combustione 9. The pilot burner 22 is arranged coaxial with the main burner 21 and is provided with an axial vortexer 30, which comprises a plurality of vanes 31, defining respective flow channels to convey, substantially along the main axis A, a further flow of water. combustion air to the combustion chamber 9.
L’iniettore a lancia 23 si estende lungo l’asse principale A e ha un’estremità inserita all’interno del bruciatore pilota 22. The lance injector 23 extends along the main axis A and has one end inserted inside the pilot burner 22.
L’iniettore a lancia 23 comprende un involucro tubolare 33, un primo condotto di alimentazione interno 35, un secondo condotto di alimentazione interno 36 e un elemento terminale 38 provvisto di un primo ugello 40 e di un secondo ugello 41, rispettivamente per il primo condotto di alimentazione interno 35 e per il secondo condotto di alimentazione interno 36. Inoltre, l’iniettore a lancia 23 è provvisto di una flangia di montaggio 42. The lance injector 23 comprises a tubular casing 33, a first internal supply duct 35, a second internal supply duct 36 and a terminal element 38 provided with a first nozzle 40 and a second nozzle 41, respectively for the first duct internal supply pipe 35 and for the second internal supply duct 36. Furthermore, the lance injector 23 is provided with a mounting flange 42.
L’involucro tubolare 33 si estende dalla flangia di montaggio 42 lungo l’asse principale A dell’iniettore e alloggia al proprio interno il primo condotto di alimentazione interno 35 e il secondo condotto di alimentazione interno 36. The tubular casing 33 extends from the mounting flange 42 along the main axis A of the injector and houses the first internal supply duct 35 and the second internal supply duct 36.
Il primo condotto di alimentazione interno 35 e il secondo condotto di alimentazione interno 36 si estendono a loro volta lungo l’asse principale A, attorno al quale sono avvolti. In una forma di realizzazione, in particolare, il primo condotto di alimentazione interno 35 e il secondo condotto di alimentazione interno 36 si estendono lungo rispettivi percorsi a elica aventi l’asse principale A come asse di elica e hanno uguale lunghezza e uguale sezione trasversale di passaggio. The first internal supply duct 35 and the second internal supply duct 36 extend in turn along the main axis A, around which they are wrapped. In one embodiment, in particular, the first internal supply duct 35 and the second internal supply duct 36 extend along respective helix paths having the main axis A as the helix axis and have the same length and cross section of ride.
Un’estremità di alimentazione 35a del primo condotto di alimentazione interno 35 è accoppiata a un primo passaggio di ingresso 44 ricavato nella flangia di montaggio 42, mentre un’estremità di iniezione 35b è accoppiata al primo ugello 40. A feed end 35a of the first internal feed duct 35 is coupled to a first inlet passage 44 obtained in the mounting flange 42, while an injection end 35b is coupled to the first nozzle 40.
Analogamente, un’estremità di alimentazione 36a del secondo condotto di alimentazione interno 36 è accoppiata a un secondo passaggio di ingresso 45 ricavato nella flangia di montaggio 42, mentre un’estremità di iniezione 36b è accoppiata al secondo ugello 41. Il secondo passaggio di ingresso 45 è accessibile dall’esterno indipendentemente dal primo passaggio di ingresso 44. I due condotti di alimentazione interni 35, 36 e i relativi ugelli 40, 41 possono essere così alimentati in modo indipendente, poiché non ci sono accoppiamenti fluidici reciproci all’interno dell’iniettore a lancia 23. Similarly, a supply end 36a of the second internal supply conduit 36 is coupled to a second inlet passage 45 formed in the mounting flange 42, while an injection end 36b is coupled to the second nozzle 41. The second inlet passage 45 is accessible from the outside independently of the first inlet passage 44. The two internal supply ducts 35, 36 and the relative nozzles 40, 41 can thus be fed independently, since there are no reciprocal fluidic couplings inside the injector lance 23.
Come mostrato più in dettaglio in figura 3, l’elemento terminale 38, in cui sono ricavati il primo ugello 40 e il secondo ugello 41, è calzato sulle estremità di iniezione 35b, 36b del primo condotto di alimentazione interno 35 e del secondo condotto di alimentazione interno 36 ed è unito a un’estremità dell’involucro terminale mediante una boccola di fissaggio 47. Il fissaggio è ottenuto mediante accoppiamento filettato o per calettamento a caldo sul lato dell’involucro tubolare 33 e mediante risalti circonferenziali contrapposti 48, 49 sul lato dell’elemento terminale 33. Una boccola di guida 50, inserita per un tratto all’interno dell’involucro tubolare 33 e qui saldata, alloggia in rispettive sedi e mantiene in posizione le estremità di iniezione 35b, 36b del primo condotto di alimentazione interno 35 e del secondo condotto di alimentazione interno 36. Inoltre, la boccola di guida 50 funge da elemento distanziale fra l’estremità dell’involucro tubolare 33 e l’elemento terminale 38. Quest’ultimo è trattenuto in battuta contro la boccola di guida 50 dalla boccola di fissaggio 47. As shown in more detail in Figure 3, the terminal element 38, in which the first nozzle 40 and the second nozzle 41 are formed, is fitted on the injection ends 35b, 36b of the first internal supply duct 35 and of the second delivery duct. internal power supply 36 and is joined to one end of the terminal casing by means of a fixing bush 47. The fixing is obtained by means of a threaded coupling or by hot shrinking on the side of the tubular casing 33 and by means of opposite circumferential projections 48, 49 on the side of the terminal element 33. A guide bushing 50, inserted for a length inside the tubular casing 33 and welded here, accommodates in respective seats and keeps in position the injection ends 35b, 36b of the first internal supply duct 35 and of the second internal supply duct 36. Furthermore, the guide bushing 50 acts as a spacer element between the end of the tubular casing 33 and the terminal element 38. The latter is held in abutment against the guide bushing 50 by the fixing bushing 47.
Le estremità di iniezione 35b, 36b del primo condotto di alimentazione interno 35 e del secondo condotto di alimentazione interno 36 comunicano con il primo ugello 40 e con il secondo ugello 41 attraverso rispettivamente un primo passaggio di uscita 51 e un secondo passaggio di uscita 52 sostanzialmente rettilinei, che si estendono all’interno dell’elemento terminale 38 paralleli e disposti simmetricamente rispetto all’asse principale A. The injection ends 35b, 36b of the first internal supply duct 35 and of the second internal supply duct 36 communicate with the first nozzle 40 and with the second nozzle 41 through a first outlet passage 51 and a second outlet passage 52, respectively. rectilinear, which extend inside the terminal element 38 parallel and symmetrically arranged with respect to the main axis A.
Il primo ugello 40 e il secondo ugello 41 sono uguali fra loro e disposti simmetricamente rispetto all’asse principale A e, inoltre, hanno rispettivi assi di iniezione B1, B2paralleli all’asse principale A. The first nozzle 40 and the second nozzle 41 are equal to each other and symmetrically arranged with respect to the main axis A and, in addition, have respective injection axes B1, B2 parallel to the main axis A.
Un primo turbolatore 51a e un secondo turbolatore 52a sono disposti all’interno rispettivamente del primo passaggio di uscita 51 e del secondo passaggio di uscita 52. Il primo turbolatore 51a e un secondo turbolatore 52a sono configurati in modo da generare una forte turbolenza e porre i flussi in transito in rotazione attorno agli assi di iniezione B1, B2degli ugelli 40, 41. A first turbulator 51a and a second turbulator 52a are arranged inside the first outlet passage 51 and the second outlet passage 52, respectively. The first turbulator 51a and a second turbulator 52a are configured to generate strong turbulence and place the flows in transit in rotation around the injection axes B1, B2 of the nozzles 40, 41.
La figura 4 illustra schematicamente il sistema di alimentazione 15, alcuni dei gruppi bruciatori 20 e il dispositivo di controllo 5. Inoltre, è illustrata una linea di alimentazione acqua 53 con una rispettiva pompa di alimento 54, utilizzabile in determinate condizioni operative per lavaggio o raffreddamento. Figure 4 schematically illustrates the feed system 15, some of the burner groups 20 and the control device 5. Furthermore, a water feed line 53 with a respective feed pump 54, which can be used under certain operating conditions for washing or cooling, is shown. .
Il sistema di alimentazione 15 comprende una linea di alimentazione a premiscelazione 55 e una linea di alimentazione a diffusione 56, entrambe collegate a un gruppo pompe combustibile 57 per ricevere rispettive portate di olio combustibile. The feed system 15 comprises a premix feed line 55 and a diffusion feed line 56, both connected to a fuel pump assembly 57 to receive respective fuel oil flow rates.
La linea di alimentazione a premiscelazione 55 è inoltre collegata alla porzione a premiscelazione del gruppo bruciatore 20, ossia al bruciatore principale 21 e al bruciatore pilota 22, attraverso un collettore di premiscelazione 58 e raccordi di premiscelazione 59. Una valvola di arresto 60 e una valvola di regolazione premiscelazione 61 permettono di regolare una portata di combustibile QFPal bruciatore principale 21 e al bruciatore pilota 22. La valvola di arresto 60 e la valvola di regolazione premiscelazione 61 sono provviste di rispettivi attuatori 60a, 61a, i quali sono comandati dal dispositivo di controllo 5 mediante rispettivamente un segnale di arresto premiscelazione SSPe un segnale di regolazione premiscelazione SRP. Per semplicità, la linea di alimentazione a premiscelazione 55 è qui rappresentata come una linea singola. Resta tuttavia inteso che possono essere previste linee e/o organi di regolazione indipendenti per il bruciatore principale 21 e il bruciatore pilota 22. In una diversa forma di realizzazione, qui non illustrata, la porzione a premiscelazione del gruppo bruciatore 20 riceve gas combustibile invece dell’olio combustibile ed è quindi alimentata da linee separate e indipendenti rispetto alla linea di alimentazione a diffusione 56. The premix feed line 55 is also connected to the premix portion of the burner assembly 20, i.e. to the main burner 21 and the pilot burner 22, through a premix manifold 58 and premix fittings 59. A stop valve 60 and a valve pre-mixing regulating valves 61 allow to regulate a flow rate of fuel QFPal main burner 21 and to the pilot burner 22. The stop valve 60 and the pre-mixing regulating valve 61 are provided with respective actuators 60a, 61a, which are controlled by the control device 5 by means of a premix stop signal SSP and a premix control signal SRP respectively. For simplicity, the premix feed line 55 is shown here as a single line. However, it is understood that independent lines and / or regulating members may be provided for the main burner 21 and the pilot burner 22. In a different embodiment, not shown here, the premixing portion of the burner assembly 20 receives fuel gas instead of the fuel oil and is therefore fed by separate and independent lines with respect to the diffusion feed line 56.
La linea di alimentazione a diffusione 56 ha un primo ramo 56a, che alimenta i primi ugelli 40 attraverso un primo collettore di diffusione 63, rispettivi primi raccordi di diffusione 64 e i rispettivi primi condotti di alimentazione interni 35, e un secondo ramo 56b, che alimenta i secondi ugelli 41 attraverso un secondo collettore di diffusione 65, rispettivi secondi raccordi di diffusione 66 e i rispettivi secondi condotti di alimentazione interni 36. The diffusion feed line 56 has a first branch 56a, which feeds the first nozzles 40 through a first diffusion manifold 63, respective first diffusion fittings 64 and the respective first internal feed ducts 35, and a second branch 56b, which feeds the second nozzles 41 through a second diffusion manifold 65, respective second diffusion fittings 66 and the respective second internal supply ducts 36.
Una valvola di arresto 68, una prima valvola di regolazione diffusione 69 e una seconda valvola di regolazione diffusione 70, comandate dal dispositivo di controllo 5 come descritto più avanti, permettono di regolare una prima portata di olio combustibile QFD1al primo ugello 40 e una seconda portata di olio combustibile QFD2al secondo ugello 41 di ciascun iniettori a lancia 23 in funzione delle condizioni operative. La regolazione della prima portata di olio combustibile QFD1al primo ugello 40 è indipendente dalla regolazione della seconda portata di olio combustibile QFD2. A stop valve 68, a first diffusion regulating valve 69 and a second diffusion regulating valve 70, controlled by the control device 5 as described below, allow to regulate a first flow rate of fuel oil QFD1 to the first nozzle 40 and a second flow rate of fuel oil QFD2 to the second nozzle 41 of each lance injector 23 according to the operating conditions. The regulation of the first flow rate of fuel oil QFD1 to the first nozzle 40 is independent of the regulation of the second flow rate of fuel oil QFD2.
La valvola di arresto 68 e la prima valvola di regolazione diffusione 69 sono disposte lungo la linea di alimentazione a diffusione 56 a monte della biforcazione fra il primo ramo 56a e il secondo ramo 56b, mentre la seconda valvola di regolazione diffusione 70 è disposta lungo il secondo ramo 56b. The stop valve 68 and the first diffusion regulating valve 69 are arranged along the diffusion supply line 56 upstream of the bifurcation between the first branch 56a and the second branch 56b, while the second diffusion regulating valve 70 is arranged along the second branch 56b.
In una diversa forma di realizzazione, mostrata in figura 5, la prima valvola di regolazione diffusione 69 è disposta lungo il primo ramo 56a e la seconda valvola di regolazione diffusione 70 è disposta lungo il secondo ramo 56b. In a different embodiment, shown in Figure 5, the first diffusion regulating valve 69 is arranged along the first branch 56a and the second diffusion regulating valve 70 is arranged along the second branch 56b.
La valvola di arresto 68, la prima valvola di regolazione diffusione 69 e la seconda valvola di regolazione diffusione 70 sono provviste di rispettivi attuatori 68a, 69a, 70a, i quali sono comandati dal dispositivo di controllo 5 mediante rispettivamente un segnale di arresto diffusione SSD, un primo segnale di regolazione diffusione SRD1e un secondo segnale di regolazione diffusione SRD2. The stop valve 68, the first diffusion regulating valve 69 and the second diffusion regulating valve 70 are provided with respective actuators 68a, 69a, 70a, which are controlled by the control device 5 by means of a diffusion stop signal SSD, respectively, a first diffusion control signal SRD1 and a second diffusion control signal SRD2.
In particolare, il dispositivo di controllo 5 è configurato per alimentare continuativamente i primi ugelli 40 degli iniettori a lancia 23 durante tutto il periodo di funzionamento della turbina a gas 10 e per alimentare i secondi ugelli 41 selettivamente in una condizione di carico intermedio fra una condizione di basso carico, ad esempio in fase di avvio o in funzionamento premiscelato, e una fase di alto carico, in cui la turbina a gas 10 eroga sostanzialmente la potenza nominale. La condizione di carico intermedio corrisponde ad esempio a un intervallo di carico compreso fra il 30% e il 55% del carico massimo erogabile dalla turbina a gas 10. In particular, the control device 5 is configured to continuously supply the first nozzles 40 of the lance injectors 23 during the entire period of operation of the gas turbine 10 and to supply the second nozzles 41 selectively in a condition of intermediate load between a condition of low load, for example in the start-up phase or in premixed operation, and a high load phase, in which the gas turbine 10 substantially delivers the rated power. The intermediate load condition corresponds, for example, to a load range between 30% and 55% of the maximum load that can be delivered by the gas turbine 10.
I grafici di figura 6 illustrano le portate di combustibile fornite agli iniettori a lancia 23 in funzione del carico. La porzione superiore della figura 6 mostra la portata di combustibile complessiva QFD1+QFD2; la porzione inferiore illustra separatamente la prima portata di olio combustibile QFD1fornita ai primi ugelli 40 e la seconda portata di olio combustibile QFD2fornita ai secondi ugelli 41. Come si osserva, il dispositivo di controllo 5 interrompe l’alimentazione di olio combustibile ai secondi ugelli 41 in condizioni di basso carico e in condizioni di alto carico, quando è in funzione il sistema a premiscelazione. The graphs of Figure 6 illustrate the fuel flow rates supplied to the lance injectors 23 as a function of the load. The upper portion of figure 6 shows the overall fuel flow rate QFD1 + QFD2; the lower portion separately illustrates the first fuel oil flow rate QFD1 supplied to the first nozzles 40 and the second fuel oil flow rate QFD2 supplied to the second nozzles 41. As can be seen, the control device 5 interrupts the fuel oil supply to the second nozzles 41 in under low load conditions and under high load conditions, when the premix system is in operation.
In questo modo, le condizioni di iniezione sono sempre ottimali sia per i primi ugelli 40, sia per i secondi ugelli 41, quando vengono utilizzati, e le portate richieste possono essere nebulizzate correttamente anche in assenza di un linea di ritorno o di aria di atomizzazione. Gli iniettori a lancia 23 lavorano sempre in modo efficace, permettendo comunque di ottenere un intervallo di portate complessivo abbastanza ampio da poter soddisfare tutte le condizioni di carico. L’impianto risulta semplificato grazie alla struttura degli iniettori a lancia 23, in quanto non occorre prevedere un collettore e raccordi appositi. In this way, the injection conditions are always optimal for both the first nozzles 40 and the second nozzles 41, when they are used, and the required flow rates can be sprayed correctly even in the absence of a return line or atomization air. . The lance injectors 23 always work effectively, allowing in any case to obtain an overall range of flow rates that is wide enough to be able to satisfy all load conditions. The system is simplified thanks to the structure of the lance injectors 23, as it is not necessary to provide a manifold and special fittings.
Con riferimento nuovamente alla figura 4, in una forma di realizzazione la linea di alimentazione acqua 53 è collegata al secondo ramo 56a della linea di alimentazione a diffusione 56, ad esempio al secondo collettore di diffusione 65. Una valvola di arresto 71 e una valvola di regolazione acqua 72, disposte lungo la linea di alimentazione acqua e provviste di rispettivi attuatori 71a, 72a, consentono di alimentare una portata d’acqua ai secondi ugelli 41 dei bruciatori. Gli attuatori 71a, 72a sono controllati dal dispositivo di controllo 5 mediante un segnale di arresto acqua SSWe un segnale di regolazione acqua SRW. In particolare, la portata di acqua viene fornita quando l’alimentazione di olio combustibile ai secondi ugelli 41 è disattivata, ossia nella condizione di basso carico o nella condizione di alto carico. Referring again to Figure 4, in one embodiment the water supply line 53 is connected to the second branch 56a of the diffusion supply line 56, for example to the second diffusion manifold 65. A stop valve 71 and a stop valve water regulation 72, arranged along the water supply line and provided with respective actuators 71a, 72a, allow to feed a water flow to the second nozzles 41 of the burners. The actuators 71a, 72a are controlled by the control device 5 by means of a water stop signal SSW and a water regulation signal SRW. In particular, the water flow is provided when the fuel oil supply to the second nozzles 41 is deactivated, ie in the low load condition or in the high load condition.
Risulta infine evidente che all’iniettore a lancia, all’impianto e al metodo descritti possono essere apportate modifiche e varianti, senza uscire dall’ambito della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Finally, it is clear that modifications and variations can be made to the lance injector, the system and the method described, without departing from the scope of the present invention, as defined in the attached claims.
Claims (22)
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