ITPD950079A1 - Condotto per un combustore addizionale esterno per turbina a gas - Google Patents

Condotto per un combustore addizionale esterno per turbina a gas Download PDF

Info

Publication number
ITPD950079A1
ITPD950079A1 IT95PD000079A ITPD950079A ITPD950079A1 IT PD950079 A1 ITPD950079 A1 IT PD950079A1 IT 95PD000079 A IT95PD000079 A IT 95PD000079A IT PD950079 A ITPD950079 A IT PD950079A IT PD950079 A1 ITPD950079 A1 IT PD950079A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
combustor
gas
power plant
gas turbine
water
Prior art date
Application number
IT95PD000079A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas E Dowdy
Original Assignee
Westinghouse Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Westinghouse Electric Corp filed Critical Westinghouse Electric Corp
Publication of ITPD950079A0 publication Critical patent/ITPD950079A0/it
Publication of ITPD950079A1 publication Critical patent/ITPD950079A1/it
Application granted granted Critical
Publication of IT1281868B1 publication Critical patent/IT1281868B1/it

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/205Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products in a fluidised-bed combustor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/061Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with combustion in a fluidised bed
    • F01K23/062Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with combustion in a fluidised bed the combustion bed being pressurised
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/14Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid characterised by the arrangement of the combustion chamber in the plant
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/18Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Centrale elettrica a turbina a gas avente un combustore a letto fluidizzato pressurizzato e un combustore addizionale esterno. Un condotto cilindrico e un condotto toroidale dirigono il flusso del gas caldo del combustore addizionale lo distribuiscono attorno alla circonferenza dell'ingresso della turbina. Le pareti del condotto sono raffreddate con acqua o vapore. Le pareti sono formate mediante tubi che hanno formati in essi passaggi di fluido refrigeranti, che si estendono fra il collettore di ingresso e di uscita. Sezioni a piastra allungate collegano ciascun tubo ad un tubo adiacente così da formare una barriera continua ai gas. Se le pareti sono raffreddate ad acqua, l'acqua che scorre attraverso i tubi per il raffreddamento viene successivamente inviata ad un generatore di vapore di recupero di calore, in cui viene convertita in vapore da espandere in una turbina a vapore. Se le pareti sono raffreddate a vapore, il vapore viene dapprima generato nel generatore di vapore di recupero di calore e quindi almeno parzialmente surriscaldato scorrendo attraverso le pareti.

Description

D E S C R IZ IO N E
La presente invenzione riguarda condutture per un combustore addizionale esterno in una centrale elettrica a turbina a gas. Più specificatamente, la presente invenzione riguarda la conduttura per dirigere gas caldo da un combustore esterno ad una turbina che impiega pareti raffreddate ad acqua/vapore.
L'efficienza elevata, il baso costo di capitali e il breve tempo di consegna di sistemi basati su turbine a gas li rendono particolarmente attraenti per installazioni elettriche come mezzi per produrre energia elettrica. Tuttavia, tradizionalmente, il funzionamento delle turbine a gas è limitato a combustibili costosi, talvolta scarsi - principalmente olio distillato e gas naturale. Come risultato della facile disponibilità e del basso costo di carbone, uno sforzo considerevole è stato speso nello sviluppo di un sistema a turbina a gas per generare energia elettrica che possa impiegare carbone come combustibile principale. Una zona su cui si sono focalizzati questi sforzi riguarda sistemi in cui la combustione del carbone viene svolta in un combustore pressurizzato a letto fluidizzato, successivamente indicato con PFBC.
In una delle più semplici disposizioni di centrale elettrica a turbina a gas/PFBC, l’aria ambientale, compressa nella sezione del compressore della turbina a gas, serve a fluidizzare il letto e fornisce l'aria di combustione per il PFBC. Dopo la combustione nel PFBC, l'aria, ora a temperatura elevata e viziata dai prodotti della combustione e dalla materia in particelle trascinate, viene scaricata dal PFBC. L'aria scorre quindi attraverso un sistema di purificazione del gas in cui viene rimosso la maggior parte del materiale in particelle. L'aria viene quindi diretta ad una sezione di turbina della turbina a gas ove viene espansa, producendo così potenza all'asse utile. Dopo l'espansione l'aria viziata scaricata dalla turbina viene sfiatata all'atmosfera.
Tuttavia, l'efficienza termodinamica di un tale sistema è scarsa a causa della necessità di limitare la temperatura del letto, e quindi la temperatura dell'aria che entra nella sezione di turbina ad approssimativamente 870"C (1600*F) al fine di ottimizzare la cattura dello zolfo nel carbone ed evitare trasporto di vapore alcalini dannosi nella turbina. Ciò è in contrasto con le moderne turbine a gas convenzionali o con le turbine a gas riscaldate da combustibile liquido, che possono funzionare con temperature del gas in ingresso nella turbina fino a 1425’C (2600’F). Come è noto nella tecnica, aumentando la temperatura del gas che entra nella sezione della turbina, si aumenta la resa della potenza e l'efficienza della turbina a gas. Pertanto, per ottenere un'efficienza massima, si è proposto di impiegare un combustore addizionale separato - cioè un combustore esterno alla turbina a gas - per aumentare la temperatura dell'aria che lascia il PFBC alla temperatura richiesta per l'efficienza massima nella turbina.
Sebbene il sistema discusso sopra offra la possibilità di utilizzare in modo efficiente il carbone in un sistema basato su una turbina a gas, alcune considerazioni rendono estremamente difficile impiegare un tale combustore addizionale separato. La difficoltà principale sorge a causa della necessità di trasportare gas a temperatura molto elevata dal combustore addizionale alla sezione di turbina della turbina a gas. Condotti in grado di portare tale gas caldo sarebbero soggetti a temperatura elevata e sollecitazioni termiche, particolarmente se, come è ottimale dal punto di vista termodinamico, il gas viene riscaldato nel combustore addizionale fino ad una temperatura adatta all'impiego in una moderna turbina a gas ad alta efficienza (cioè approssimativamente 1425“C (2600‘F)). Un approccio per risolvere questo problema implica formare il condotto da una lega ad alta temperatura. Tuttavia, tali leghe sono costose e difficili da saldare. Inoltre, la loro durata alle condizioni alle quali sono sottoposte in un tale condotto probabilmente influenzano negativamente la disponibilità della centrale elettrica.
Di conseguenza, sarebbe auspicabile fornire un condotto duraturo in grado di trasportare gas caldo da un combustore addizionale esterno alla sezione di turbina di una turbina a gas.
Di conseguenza, lo scopo generale della presente invenzione è di fornire un condotto duraturo in grado di trasportare gas caldo dal combustore addizionale esterno alla sezione della turbina di una turbina a gas.
In breve, questo scopo nonché altri scopi della presente invenzione, viene realizzato in una centrale elettrica a turbina a gas comprendente (i) un compressore per produrre aria compressa, (ii) un combustore per bruciare un combustibile nell'aria compressa così da produrre un gas compresso caldo, (ili) una turbina per espandere il gas compresso caldo così da generare potenza in un suo albero rotante, producendo così un gas espanso, e (iv) un condotto disposto fra il combustore e la turbina per dirigere il flusso del gas compresso caldo fra di loro. Il condotto ha una parete per contenere il gas compresso caldo, e vi sono una pluralità di passaggi di flusso di acqua formati entro la parete.
La figura 1 è uno schema di massima di una centrale elettrica a turbina a gas che impiega i condotti della presente invenzione;
la figura 2 è una vista in sezione longitudinale parziale presa attraverso la turbina a gas mostrata in figura 1;
la figura 3 è una vista laterale del condotto cilindrico che collega il condotto toroidale al combustore addizionale, il condotto toroidale essendo mostrato in trasparenza;
la figura 4 è una vista che guarda nella direzione di flusso presa lungo la linea IV-IV mostrata nella figura 3 e che mostra una metà superiore del condotto toroidale, con il condotto cilìndrico mostrato in trasparenza;
la figura 5 è una sezione trasversale presa lungo la linea V-V mostrato in figura 4;
la figura 6 è una vista in sezione trasversale presa lungo la linea VI-VI mostrata in figura 3;
la figura 7 è una vista in sezione trasversale presa lungo la linea VII-VII mostrata in figura 5;
la figura 8 è una vista ingrandita di una porzione della testata del collettore di ingresso racchiusa da un cerchio indicato con Vili in figura 5;
la figura 9 è una vista ingrandita di una porzione della parete del condotto racchiusa dall'ovale indicato con IX in figura 6; e
la figura 10 è uno schema di massima di una forma di realizzazione alternativa della centrale elettrica a turbina a gas che impiega i condotti della presente invenzione.
Facendo riferimento ai disegni, si mostra in figura 1 una centrale elettrica a turbina a gas in conformità con la presente invenzione. I componenti principali della centrale elettrica comprendono un compressore 1, una turbina 2, un combustore 3 a letto fluidizzato pressurizzato (nel seguito PFBC), un sistema di depurazione del gas 4, una turbina a vapore 5, un generatore di vapore 6 a recupero di calore (nel seguito indicato con HRSG), un combustore addizionale 8, generatori elettrici 14 e 15, condotti 16 e 17 e un condensatore 18.
Il compressore 1, che comprende file di palette stazionarie e di pale rotanti 80, mostrate in figura 2, immette aria ambiente 20 e produce aria compressa 21 che viene diretta al PFBC 3. Il PFBC 3 comprende una camera di combustione in cui un combustibile solido 30, come ad esempio carbone, viene mantenuto in un letto fluidizzato pressurizzato per favorire la combustione. L'aria compressa 21 fluidizza il letto e fornisce l'ossigeno necessario alla combustione del combustibile solido 30 nel PFBC 3. La quantità di combustibile solido 30 bruciato nel PFBC 3 dipende dalla temperatura desiderata del gas 22 scaricato dal PFBC ma, come discusso in precedenza, è limitata in generale ad approssimativamente 870°C (1600"F).
Il gas caldo 22 dal PFBC 3, ora viziato dai prodotti della combustione, scorre attraverso un sistema 4 di depurazione del gas in cui vengono rimosse la particelle, principalmente scorie di carbone e cenere, nonché specie dello zolfo e specie alcaline. Il gas caldo depurato 24viene quindi bruciato in un combustore addizionale 8 alimentato con combustibile supplementare 44 che può essere gas naturale oppure combustibile derivato dal carbone. Nella forma di realizzazione preferita, combustibile sufficiente 44 viene bruciato nel combustore addizionale 8 per aumentare la temperatura del gas caldo 25 che si scarica dal combustore addizionale ad una temperatura ottimale per la turbina 2 che, in una moderna turbina a gas, può essere persino di 1390’C (2540*F) o più.
Il gas caldo 25 dal combustore addizionale 8 viene quindi diretto dai condotti 16 e 17 all'ingresso della turbina 2. Nella turbina 4, il gas caldo viene espanso e produce potenza di rotazione nell'albero 12. Questa potenza all'albero o all'asse non solo aziona il compressore 1 ma aziona anche il generatore elettrico 14, così da produrre energia elettrica. Il gas espanso 26 scaricato dalla turbina 2 viene inviato all'HRSG 6.
L'HRSG 6 comprende un condotto 59 che racchiude varie sezioni di trasferimento del calore, come ad esempio un surriscaldatore 46, un evaporatore 47 e un economizzatore 48. Dopo aver trasferito il calore dal gas espanso 26 all'acqua di alimentazione 65 così da generare vapore surriscaldato 73, come discusso nel seguito, il gas espanso 27, ora considerevolmente raffreddato, viene sfiatato all'atmosfera.
Il vapore surriscaldato 73 prodotto nell'HRSG 6 viene espanso nella turbina a vapore 5, così da produrre ulteriore energia o potenza elettrica nel generatore elettrico 15. Il vapore espanso 74 scaricato dalla turbina a vapore 5 viene condensato in un condensatore 18. L'acqua di alimentazione 50 dal condensatore 18, ora ad una pressione relativamente bassa, viene diretto dalla pompa 33 ai condotti 16 e 17 dopo essere stato diviso in due correnti 51 e 52. La corrente di acqua di alimentazione 51 viene diretta ad un condotto toroidale 16, dopodiché viene ancora divisa in due correnti 53 e 54. La corrente di acqua d'alimentazione 53 viene diretta al condotto cilindrico 17. Le correnti di acqua di alimentazione 52 e 53 e 54 servono per assorbire il calore del gas caldo 25 scorrendo attraverso un grande numero di passaggi in tubi che formano le pareti dei condotti, raffreddando così le pareti dei condotti, come è discusso ulteriormente nel seguito.
Le correnti di acqua di alimentazione riscaldata 55 e 56 scaricate dai condotti 16 e 17 vengono ricombinate e pressurizzate dalla pompa 32. La pompa 32 dirige l'acqua riscaldata 65 all'HRSG 6, così da formare l'acqua d'alimentazione che viene ulteriormente riscaldata nell'economizzatore 48. Dall'economizzatore 48, l'acqua di alimentazione 66 ulteriormente riscaldata viene diretta ad un tamburo di vapore 49 da cui viene fatta circolare attraverso l'evaporatore 47 e convertita in vapore 72. Il vapore saturo 72 dal tamburo 49 viene quindi surriscaldato nel surriscaldatore 46 e viene rimandato alla turbina a vapore 5 per l'espansione realizzando un sistema a circuito essenzialmente chiuso.
Come è mostrato nella figura 2, il combustore addizionale 8 è disposto esternamente dai gusci 87 e 88 che racchiudono rispettivamente il compressore 1 e la turbina 2. Il combustore addizionale 8 è formato da un recipiente 86 che racchiude una camera 90 in cui sono disposti una pluralità di canestri combustori 93. Preferibilmente, i canestri combustori 93 sono di tipo a vortici anulari multipli, come quelli descritti nel brevetto statunitense 4.845.940 (Beer), qui incorporato completamente a titolo di riferimento.
Condotti concentrici interno ed esterno 17 e 85 sono collegati al recipiente 86 e formano un passaggio anulare 91. Il passaggio anulare 91 dirige l'aria compressa 21 da una camera 98, in cui si scarica il compressore 1, al combustore addizionale 8. Nel combustore addizionale 8, l'aria compressa 21 scorre attraverso la camera 90 e quindi entro un secondo passaggio anulare 88 formato da un secondo gruppo di condotti concentrici interni ed esterni 82 e 83 che sono collegati al recipiente 86. Dal passaggio 88, l'aria compressa 21 viene diretta al PFBC 3 come è mostrato in figura 1. Come risultato di questa disposizione, l'aria compressa 21 serve a raffreddare i componenti del combustore addizionale 8.
Il gas caldo 24 dal PFBC 3 viene diretto al combustore addizionale 8 mediante il tubo interno 82. Dal tubo interno 82, il gas caldo 24 scorre entro uno spazione 96 all'interno della camera 90 che è separata dall'aria compressa 21 mediante un rivestimento o camicia 92. Dallo spazio 96, il gas caldo 24 scorre entro i canestri combustori 93. Il combustibile supplementare 44 viene diretto da tubi 95 agli ugelli di combustibile 94 che lo iniettano nei canestri di combustori 93. Nei canestri combustori 93, il combustibile 44 viene bruciato nel gas caldo 24 che ancora contiene considerevole ossigeno, producendo così il gas 25 ulteriormente riscaldato. Nella forma di realizzazione preferita, combustibile supplementare sufficiente 44 viene alimentato al combustore addizionale per riscaldare il gas 25 fino ad un temperatura superiore a 1200°C (2200'F) e preferibilmente fino ad approssimativamente 1390*C (2540"F) o più, a seconda delle limitazioni dei componenti nella sezione di turbina 2.
Il condotto 17, che è essenzialmente cilindrico, invia quindi il gas caldo 25 ad un collettore toroidale 97 formato dal condotto toroidale 16. Il condotto toroidale 16 ha una apertura formata nella sua circonferenza esterna che corrisponde all'uscita del condotto cilindrico 17, formando così un ingresso 38 per il collettore toroidale 97. Il condotto toroidale 16, che separa il gas caldo 25 dall'aria compressa 21 che scorre attraverso la camera 98, racchiude l'albero o asse 12 del rotore. In aggiunta, il condotto toroidale 16 forma un'uscita anulare 39 che distribuisce il gas caldo 25 circonferenzialmente attorno all'ingresso 75 della turbina 2. Come è convenzionale, la turbina 2 contiene file di palette stazionarie e di pale rotanti 81 che fanno sì che il gas caldo 25 si espanda, producendo così potenza per azionare il rotore 12.
Come è mostrato nelle figure 3, 6 e 9, il condotto cilindrico 17 ha pareti che sono formate da una matrice circolare di tubi paralleli 34 estendentisi longitudinalmente, ciascuno dei tubi essendo alternato ad una piastra allungata 40. Come è mostrato nella figura 9, ciascun tubo 34 ha un passaggio 84 formato in esso che consente alla corrente di acqua di alimentazione 52 di scorrere attraverso il tubo.
Come è mostrato nella figura 3, i tubi 34 si estendono fra una testata 61 del collettore di ingresso e una testata 62 del collettore di uscita. Queste testate di collettore servono a distribuire e raccogliere l'acqua che scorre attraverso i tubi (la distribuzione dell'acqua di alimentazione in molte piccole correnti che scorrono attraverso ciascun tubo e la loro successiva raccolta è meglio illustrata nella figura 4 che, sebbene volta al condotto toroidale 16, può essere ugualmente applicabile al condotto cilindrico 17 riguardo a ciò). La testata 61 del collettore di ingresso racchiude l'uscita del gas del condotto cilindrico 17 lungo l'intersezione fra il condotto cilindrico 17 e il condotto toroidale 16, cosicché la testata 61 del collettore di ingresso ha approssimativamente una forma a sella. Il tubo di ingresso 72 collegato alla testata 61 del collettore di ingresso consente alla pompa 33 di dirigere l'acqua di alimentazione 52 dalla testata del collettore di ingresso attraverso i tubi 34 fino alla testata 62 del collettore di uscita.
La testata 62 del collettore di uscita è circolare e racchiude l'ingresso del gas del condotto cilindrico 17, come è mostrato in figura 6. Un tubo di uscita 71 collegato alla testata 62 del collettore di uscita dirige l'acqua di alimentazione 55 ora riscaldata alla pompa 32 ove viene inviata all'HRSG 6, come discusso in precedenza.
Come è meglio illustrato nella figura 9, ciascun tubo 34 è collegato ad un tubo adiacente mediante una sezione di piastra allungata 40 che è saldata fra i tubi. Pertanto, la matrice o disposizione di tubi 34 e di piastre 40 formano una parete cilindrica raffreddata ad acqua che contiene il gas caldo 25 e lo dirige dal combustore addizionale 8 al condotto toroidale 16.
Sebbene il calore trasferito dal gas caldo 25 all'acqua di alimentazione 52 che scorre attraverso il condotto cilindrico 17 venga rimandato in circolo aiutando la generazione di vapore nell'HRSG 6, è tuttavia auspicabile minimizzare tale trasferimento termico così da prelevare la quantità minore possibile di calore dal gas caldo 25 prima della sua espansione nella turbina 2. Di conseguenza, un rivestimento 34 di barriera termica, come ad esempio un tipo di ceramica ben noto nella tecnica, può essere utilizzato sulle superfici dei tubi 34 e delle sezioni di piastra 40 per ritardare il trasferimento di calore, come è mostrato nella figura 9.
Analogamente, come è mostrato nelle figure 4 e 5, il condotto toroidale 17 ha pareti raffreddate ad acqua che sono formate da un disposizione circolare di tubo 35 e 36, ciascuno dei quali è alternato con una piastra allungata 41. I tubi 35 e 36 e le piastre 41 sono unite nello stesso modo mostrato in figura 9 per il condotto circolare 17 e possono anche essere rivestite con la barriera termica 34. In aggiunta, come per il condotto circolare 17, i tubi 35 hanno passaggi formati in essi che consentono alle correnti di acqua di alimentazione 53 e 54 di scorrere attraverso i tubi.
Come è mostrato nella figura 5, la parete anteriore del condotto toroidale 16 è formata da tubi 36 che si estendono radialmente verso l'esterno e indietro in un percorso arcuato fra una testata 64 del collettore di ingresso interno e una testata 63 di collettore di uscita. Queste testate di collettori servono a distribuire e raccogliere l'acqua che scorre attraverso i tubi 36. La testata 64 del collettore di ingresso interno è circolare, come è meglio mostrato nella figura 4, ed è racchiusa dall'uscita anulare 39 del condotto toroidale 16. I tubi di ingresso 69 sono collegati alla testata 64 di collettore ingresso interno e consentono alla pompa 33 di dirigere l'acqua di alimentazione 54 attraverso i tubi 36.
Come è pure mostrato in figura 5, la parete posteriore del condotto toroidale 16 è formato dai tubi 35, che si estendono radialmente verso l'esterno e in avanti in un percorso arcuato fra una testa di collettore di ingresso esterno 60 e la testa del collettore di uscita 63. Queste testate di collettore servono a distribuire e raccogliere l'acqua che scorre attraverso i tubi 35. La testata 60 di collettore di ingresso esterno è circolare, come è meglio illustrato in figura 4, e racchiude l'uscita anulare 39 del condotto toroidale 16. I tubi di ingresso 70 sono collegati alla testata 60 di collettore di ingresso esterno e consentono alla pompa 33 di dirigere l'acqua di alimentazione 53 attraverso i tubi 35. Come è mostrato in figura 4, il collettore di ingresso esterno 60 distribuisce l'acqua di alimentazione entrante 53 in una pluralità di piccole correnti 57, ciascuna delle quali scorre attraverso uno dei tubi 35.
Come è mostrato in figura 8, aperture 45 formate nella testata 60 di collettore di ingresso esterno scaricano l'acqua di alimentazione 53 ai tubi 35. Come sui può vedere, l'apertura 45 è più piccola del diametro interno del tubo 35 cosicché l'apertura forma un orifizio che impartisce una sufficiente caduta di pressione per garantire che l'acqua di alimentazione 53 venga distribuita uniformemente ai tubi 35. Un approccio analogo viene utilizzato rispetto alla testata 64 di collettore di ingresso interno del condotto toroidale 16, come pure alla testata 61 di collettore di ingresso del condotto cilindrico 17.
Come è mostrato nelle figure 4 e 7, la testata 63 del collettore di uscita è circolare e racchiude il condotto toroidale 16 in corrispondenza del suo punto di diametro massimo. Una breve sezione di tubatura 37 collega ciascuno dei tubi 35 e 36, in corrispondenza del loro punto di intersezione, con la testata 63 del collettore di uscita. La testata 63 del collettore di uscita raccoglie le correnti 58 dell'acqua di alimentazione ora riscaldata da ciascuno dei tubi 35 nella parete posteriore, come è mostrato in figura 4, nonché le correnti da ciascuno dei tubi 36 nella parete anteriore. La testata 63 del collettore di uscita scarica quindi queste correnti attraverso i tubi di uscita 68 alla pompa 32, dove vengono inviate all'HRSG 6, come discusso in precedenza.
Pertanto, come nel condotto circolare 17, la matrice a disposizione di tubi 35 e 36 e le piastre 41 formano pareti toroidali raffreddate ad acqua che (i) contengono il gas caldo 25, (ii) lo separano dall'aria compressa 21 che scorre attraverso la camera 98, e (iii) lo dirigono dal condotto circolare 17 all'ingresso 75 della turbina.
Come risultato dell'impiego delle pareti raffreddate ad acqua nei condotti 16 e 17, la temperatura alla quale viene riscaldato il gas caldo 25 mediante il combustore addizionale 8, può essere impostato in modo da ottimizzare la resa della turbina 2 e non deve essere necessariamente limitata da considerazioni dell'effetto del gas caldo su tali condotti. In aggiunta, come risultato del raffreddamento ad acqua, le pareti dei condotti saranno sufficientemente fredde da consentire ai tubi e alle piastre di essere fatte da lega a basso contenuto d'acciaio cosicché non è necessario l'utilizzo di leghe esotiche ad alta temperatura.
La figura 10 mostra una forma di realizzazione alternativa della presente invenzione in cui le pareti dei condotti 16 e 17 sono raffreddate a vapore piuttosto che ad acqua. Il percorso di flusso di aria compressa e di gas in questa forma di realizzazione è uguale a quello mostrato nella figura 1. Tuttavia, dal condensatore 18, l'acqua di alimentazione 50 viene pressurizzata dalla pompa 32 ed inviata direttamente all'HRSG 6. L'acqua di alimentazione riscaldata 66 dall'economizzatore 48 circola attraverso l'evaporatore 47 dal tamburo a vapore 49 come prima. Tuttavia, il vapore saturo 72 proveniente dal tamburo 49 viene suddiviso nelle correnti 100 e 101. La corrente di vapore 100 viene diretta alla testata di collettore di ingresso 61 del condotto cilindrico 17. Il vapore 100 scorre attraverso le pareti del condotto cilindrico 17, nel modo precedentemente discusso rispetto alla corrente di acqua di alimentazione 52, e viene scaricato dall'attestato del collettore di uscita 62 come vapore surriscaldato 102. La corrente di vapore 101 avviene diretta alle testate di collettore di ingresso interno ed esterno 60 e 64 del condotto toroidale 16. Il vapore 101 scorre attraverso le pareti del condotto toroidale 16 nel modo precedentemente discusso rispetto alle correnti di acqua di alimentazione 53 e 54, e viene scaricato dalla testata del collettore di uscita 63 come vapore surriscaldato 103.
Le correnti di vapore surriscaldato 102 e 103 vengono quindi combinate e il vapore 104 diretto attraverso la sezione di surriscaldamento 46 dell’HRSG 6 per ulteriore surriscaldamento. Il vapore 73 ulteriormente surriscaldato viene quindi espanso nella turbina a vapore 5 come prima. Sebbene il vapore non raffreddi le pareti dei condotti 16 e 17 altrettanto efficacemente del'acqua di alimentazione, si avrà come risultato trasferimento di calore ridotto dal gas caldo 25.

Claims (12)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Centrale elettrica a turbina a gas comprendente: a) un compressore (1) per produrre aria compressa (21); b) un combustore (8) per bruciare un combustibile (44) in detta aria compressa così da produrre un gas compresso caldo (25); c) una turbina (2) per espandere detto gas compresso caldo così da generare potenza in un albero o asse rotante (12) di essa, così da produrre un gas espanso (26); e d) un condotto (16, 17) disposto fra detto combustore e detta turbina per dirigere il flusso di detto gas compresso caldo fra di loro, detto condotta avendo una parete per contenere detto gas compresso caldo, una pluralità di passaggi di flusso di acqua (84) formati entro detta parete.
  2. 2. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 1, in cui detta parete di condotto (16, 17) comprende una pluralità di tubi (34-36), detti tubi avendo passaggi (84) in essi che formano almeno una parte di detti passaggi di flusso di acqua.
  3. 3. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 2, in cui detta parete di condotto comprende inoltre una pluralità di sezione di piastra (40, 41), ciascuna di dette sezioni di piastra estendendosi fra e collegando una coppia di tubi (34-36).
  4. 4. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 3, in cui almeno una parte delle superfici di ciascuna di dette sezioni di piastra (40, 41) e di detti tubi (34-36) è esposta direttamente a detto gas compresso caldo (25).
  5. 5. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 3, in cui detta parete di condotto comprende inoltre uno strato di materiale (43) che riveste almeno una parte delle superfici di ciascuno di detti tubi (34-36), detto rivestimento formando una barriera termica che separa detti tubi da detto gas compresso caldo (25).
  6. 6. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 1, in cui detto condotto (16, 17) comprende inoltre collettori di ingresso e di uscita dell'acqua (60-64), detti passaggi dell'acqua (84) ponendo detto collettore di ingresso di acqua in comunicazione di flusso con detto collettore di uscita di acqua.
  7. 7. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre: a) una sorgente (18) di acqua di alimentazione (50); b) un generatore di vapore (6) avente mezzi (46-48) per generare vapore trasferendo calore da detto gas espanso (26) a detta acqua di alimentazione; e c) mezzi (32, 33) per far scorrere almeno una parte di detta acqua di alimentazione attraverso detti passaggi di flusso di acqua (84) in detta parete di condotto.
  8. 8. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi (6) di generazione di vapore comprendono un economizzatore (48), e in cui detti mezzi per far scorrere almeno una parte di detta acqua di alimentazione attraverso detti passaggi di flusso di acqua (84) in detta parete di condotto comprendono mezzi (32) per far scorrere detta acqua di alimentazione (50) attraverso detto economizzatore dopo che detta acqua di alimentazione ha affluito attraverso detti passaggi per l'acqua.
  9. 9. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 1, in cui detto compressore (1) e detta turbina (5) sono racchiusi da un guscio o involucro (87, 88), e in cui detto combustore (8) è disposto esternamente a detto guscio.
  10. 10.'Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 9, in cui detta parete del condotto forma una camera toroidale (97) che racchiude detto asse di rotazione (12) della turbina.
  11. 11. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 10, in cui detto combustore (8) è un primo combustore, e comprendente inoltre un secondo combustore (3), detto secondo combustore essendo un combustore a letto fluidizzato pressurizzato.
  12. 12. Centrale elettrica a turbina a gas secondo la rivendicazione 11, in cui detto primo (8) e detto secondo (3) combustore sono in comunicazione di flusso di gas caldo, detto primo combustore essendo disposto a valle da detto secondo combustore rispetto a detto flusso di gas caldo.
IT95PD000079A 1994-04-28 1995-04-21 Condotto per un combustore addizionale esterno per turbina a gas IT1281868B1 (it)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/235,001 US5555723A (en) 1994-04-28 1994-04-28 Ducting for an external gas turbine topping combustor

Publications (3)

Publication Number Publication Date
ITPD950079A0 ITPD950079A0 (it) 1995-04-21
ITPD950079A1 true ITPD950079A1 (it) 1996-10-21
IT1281868B1 IT1281868B1 (it) 1998-03-03

Family

ID=22883646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT95PD000079A IT1281868B1 (it) 1994-04-28 1995-04-21 Condotto per un combustore addizionale esterno per turbina a gas

Country Status (4)

Country Link
US (1) US5555723A (it)
JP (1) JP2808527B2 (it)
CA (1) CA2148060A1 (it)
IT (1) IT1281868B1 (it)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7284362B2 (en) * 2002-02-11 2007-10-23 L'Air Liquide, Société Anonyme à Directoire et Conseil de Surveillance pour l'Étude et l'Exploitation des Procedes Georges Claude Integrated air separation and oxygen fired power generation system
WO2006111608A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Andritz Oy Apparatus and method for producing energy at a pulp mill
WO2007098239A2 (en) * 2006-02-21 2007-08-30 Clean Energy Systems, Inc. Hybrid oxy-fuel combustion power process
JP5187732B2 (ja) * 2007-11-16 2013-04-24 独立行政法人土木研究所 加圧流動焼却設備及び加圧流動焼却設備の運転方法
JP6265535B2 (ja) * 2014-03-24 2018-01-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 給水予熱装置、これを備えているガスタービンプラント、及び給水予熱方法
JP2019044678A (ja) * 2017-08-31 2019-03-22 三菱重工業株式会社 蒸気タービンシステム及びコンバインドサイクルプラント

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH54021A (de) * 1910-09-20 1912-04-16 Georges Walter Einrichtung für Kraftantrieb
GB142515A (en) * 1917-01-11 1920-05-13 Michael Connolly Improvements in or relating to steam turbines
DE909268C (de) * 1942-02-14 1954-04-15 Ernst Schmidt Dr Ing Gasturbine mit Innenkuehlung der umlaufenden Teile
US3208132A (en) * 1962-04-13 1965-09-28 William J D Escher Method of making a multi-walled chamber
GB1585157A (en) * 1976-07-17 1981-02-25 Stone Platt Fluid Fire Ltd Gas turbine engine
CH633347A5 (de) * 1978-08-03 1982-11-30 Bbc Brown Boveri & Cie Gasturbine.
US4314442A (en) * 1978-10-26 1982-02-09 Rice Ivan G Steam-cooled blading with steam thermal barrier for reheat gas turbine combined with steam turbine
US4333309A (en) * 1980-01-30 1982-06-08 Coronel Paul D Steam assisted gas turbine engine
US4369624A (en) * 1981-01-02 1983-01-25 Westinghouse Electric Corp. High temperature gas turbine systems
US4845940A (en) * 1981-02-27 1989-07-11 Westinghouse Electric Corp. Low NOx rich-lean combustor especially useful in gas turbines
JPS62111131A (ja) * 1985-11-07 1987-05-22 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 低カロリ−ガス焚ガスタ−ビン用燃焼器
JPH0816455B2 (ja) * 1986-09-02 1996-02-21 三井造船株式会社 ガスタ−ビン用燃焼器の冷却方法
JPS6410417U (it) * 1987-07-10 1989-01-19
JP2857691B2 (ja) * 1987-12-18 1999-02-17 バブコツク日立株式会社 コージェネレーションシステム
JP2896522B2 (ja) * 1990-01-10 1999-05-31 バブコツク日立株式会社 石炭ガス化複合発電プラント
JP2954972B2 (ja) * 1990-04-18 1999-09-27 三菱重工業株式会社 ガス化ガス燃焼ガスタービン発電プラント
JP2870232B2 (ja) * 1991-07-15 1999-03-17 株式会社日立製作所 石炭ガス化発電プラント
JP2984427B2 (ja) * 1991-08-13 1999-11-29 三菱重工業株式会社 ガスタービン高温部の冷却方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPH07301126A (ja) 1995-11-14
IT1281868B1 (it) 1998-03-03
JP2808527B2 (ja) 1998-10-08
ITPD950079A0 (it) 1995-04-21
US5555723A (en) 1996-09-17
CA2148060A1 (en) 1995-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0895030B1 (en) Steam cooling method for gas turbine combustor and apparatus therefor
AU2003288240B2 (en) Steam generator
US5161367A (en) Coal fired gas turbine system with integral topping combustor
US11543129B2 (en) Combustion chamber and heat exchanger
JP7114764B2 (ja) 放射合成ガス冷却器
ITPD950079A1 (it) Condotto per un combustore addizionale esterno per turbina a gas
GB2126323A (en) Steam generaters
US5303544A (en) Gas turbine system with a tube-nested combustion chamber type combustor
JP3310900B2 (ja) 燃焼器尾筒の冷却構造
CN103361124B (zh) 具有对流合成气冷却器和骤冷室的气化器冷却系统
KR20120027021A (ko) 연속 흐름식 증발기
US4294200A (en) Variable pressure vapor generator utilizing crossover circuitry for the furnace boundary wall fluid flow tubes
US20120024241A1 (en) Continuous evaporator
JP2007091512A (ja) セメント製造設備における熱エネルギーの利用方法及びセメント製造設備
WO2017170661A1 (ja) 排熱回収ボイラが設けられたストーカ式ごみ焼却炉
KR102462735B1 (ko) 압력 용기 내의 열 응력을 감소시키는 시스템 및 방법
JP2003518220A (ja) 蒸気タービン設備の運転方法およびこの方法で運転される蒸気タービン設備
US20180066548A1 (en) Combined cycle power plant having an integrated recuperator
US5497613A (en) Hot gas manifold system for a dual topping combustor gas turbine system
US5845591A (en) Branch pipe for a rotary combustor
US6298657B1 (en) Combined cycle power plant generation plant with steam cooling
CA1311395C (en) Fluidized bed steam generating system including a steam cooled cyclone separator
AU2010223502A1 (en) Continuous evaporator
Jericha et al. Multiple evaporation steam bottoming cycle
JPS5941797A (ja) 熱交換器の組立方法

Legal Events

Date Code Title Description
0001 Granted