ITTO20101093A1

ITTO20101093A1 - BURNER UNIT, PLANT FOR THE PRODUCTION OF GAS-TURBINE ENERGY INCLUDING THE BURNER GROUP AND METHOD TO OPERATE THE BURNER GROUP

Info

Publication number: ITTO20101093A1
Application number: IT001093A
Authority: IT
Inventors: Alessia Bulli; Valerio Pistone; Riccardo Traverso; Domenico Zito
Original assignee: Ansaldo Energia Spa
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-01
Also published as: EP2472179A1

Description

DESCRIZIONE DESCRIPTION

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: of the patent for industrial invention entitled:

"GRUPPO BRUCIATORE, IMPIANTO PER LA PRODUZIONE DI ENERGIA A TURBINA A GAS COMPRENDENTE DETTO GRUPPO BRUCIATORE E METODO PER OPERARE DETTO GRUPPO BRUCIATORE" "BURNER GROUP, GAS TURBINE ENERGY PRODUCTION PLANT INCLUDING SAID BURNER GROUP AND METHOD FOR OPERATING SAID BURNER GROUP"

La presente invenzione è relativa ad un gruppo bruciatore, ad un impianto per la produzione di energia a turbina a gas comprendente detto gruppo bruciatore e ad un metodo per operare detto gruppo bruciatore. The present invention relates to a burner unit, a gas turbine energy production plant comprising said burner unit and a method for operating said burner unit.

Negli ultimi anni, il settore delle turbine a gas per la produzione di energia elettrica ha subito un incremento dell'utilizzo di miscele di gas combustibili alternativi al gas naturale. In particolare, tra le miscele di gas alternative al gas naturale sono preferite le miscele di gas a basso potere calorifico, come ad esempio i syngas (synthetic gas) derivanti dai processi di gassificazione del carbone. In recent years, the gas turbine sector for the production of electricity has undergone an increase in the use of alternative fuel gas mixtures to natural gas. In particular, gas mixtures with low calorific value, such as syngas (synthetic gas) deriving from coal gasification processes, are preferred among gas mixtures alternatives to natural gas.

I syngas derivanti dai processi di gassificazione del carbone sono caratterizzati da un alto contenuto di idrogeno e di monossido di carbonio. The syngas deriving from coal gasification processes are characterized by a high content of hydrogen and carbon monoxide.

Negli ultimi anni, la gassificazione di combustibile solido, come ad esempio il carbone, ha assunto un ruolo fondamentale per la riduzione delle emissioni di anidride carbonica. In recent years, the gasification of solid fuels, such as coal, has taken on a fundamental role in reducing carbon dioxide emissions.

Durante la gassificazione, infatti, si svolge il cosiddetto processo di "pre-combustion capture" il quale rimuove l'anidride carbonica (CO2) prima della combustione per produrre idrogeno. During gasification, in fact, the so-called "pre-combustion capture" process takes place which removes carbon dioxide (CO2) before combustion to produce hydrogen.

In particolare, il processo di "pre-combustion capture" prevede di rimuovere il monossido di carbonio presente nel syngas convertendo il CO in C02(processo comunemente denominato "shift CO"). La C02può essere compressa in forma liquida e trasportata in un sito di stoccaggio. Il syngas risultante da tale processo ha un contenuto di idrogeno notevolmente incrementato (fino all'80% di concentrazione di idrogeno in volume). In particular, the "pre-combustion capture" process involves removing the carbon monoxide present in the syngas by converting the CO into C02 (process commonly called "shift CO"). C02 can be compressed in liquid form and transported to a storage site. The syngas resulting from this process has a significantly increased hydrogen content (up to 80% hydrogen concentration by volume).

I gruppi bruciatore di tipo noto, in cui si utilizza la modalità di combustione a diffusione per bruciare syngas, sono caratterizzati da elevate temperature di fiamma e, di conseguenza, da elevate emissioni di NOx. Al fine di ridurre la temperatura di fiamma la tecnica nota prevede di diluire il syngas con un inerte (azoto, vapore o anidride carbonica). Tuttavia, questa tecnica comporta una drastica riduzione del rendimento del ciclo. Known burner units, in which the diffusion combustion mode is used to burn syngas, are characterized by high flame temperatures and, consequently, by high NOx emissions. In order to reduce the flame temperature, the known technique provides for diluting the syngas with an inert material (nitrogen, steam or carbon dioxide). However, this technique results in a drastic reduction in cycle yield.

Sono noti inoltre gruppi bruciatore che utilizzano la tecnologia "lean premix" con syngas, la quale prevede la premiscelazione dell'aria e del combustibile prima dell'ingresso nella zona di combustione primaria. Burner units are also known which use "lean premix" technology with syngas, which provides for the premixing of the air and fuel before entering the primary combustion zone.

L'impiego di tale tecnologia con combustibili ad elevato tenore di idrogeno (molto reattivi e aventi elevata velocità di fiamma) è però estremamente difficile in quanto il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma è molto alto. Il ritorno di fiamma è generalmente determinato da un'accensione della miscela all'arrivo nella zona di combustione primaria e da una successiva propagazione della fiamma a monte della zona di combustione primaria con conseguente danneggiamento del bruciatore stesso. Il ritorno di fiamma è, infatti, molto pericoloso e può provocare danni irreversibili al gruppo bruciatore. The use of this technology with fuels with a high hydrogen content (very reactive and having a high flame rate) is however extremely difficult as the risk of backfire phenomena is very high. The backfire is generally determined by ignition of the mixture upon arrival in the primary combustion zone and by a subsequent propagation of the flame upstream of the primary combustion zone with consequent damage to the burner itself. The backfire is, in fact, very dangerous and can cause irreversible damage to the burner unit.

Ad esempio, il documento EP2161502 divulga un gruppo bruciatore per syngas comprendente un bruciatore premix provvisto di un canale di passaggio aria e di un vorticatore disposto lungo il canale di passaggio aria. Il vorticatore è provvisto di una pluralità di ugelli per l'alimentazione del gas naturale e di una pluralità di ugelli per l'alimentazione del syngas. La posizione degli ugelli per l'alimentazione del syngas tuttavia non si rivela adatta per l'applicazione con syngas ad alto contenuto di idrogeno. La posizione degli ugelli per l'alimentazione del syngas, infatti, garantisce una buona premiscelazione ed un buon abbassamento della temperatura di fiamma e, di conseguenza, del livello degli N0X; tuttavia, questa configurazione favorisce i cosiddetti fenomeni di ritorno di fiamma con syngas ad alto contenuto di idrogeno. For example, document EP2161502 discloses a burner unit for syngas comprising a premix burner provided with an air passage channel and a vortex disposed along the air passage channel. The vortexer is provided with a plurality of nozzles for feeding the natural gas and with a plurality of nozzles for feeding the syngas. However, the position of the nozzles for feeding the syngas is not suitable for the application with high hydrogen content syngas. The position of the nozzles for feeding the syngas, in fact, guarantees a good premixing and a good lowering of the flame temperature and, consequently, of the N0X level; however, this configuration favors the so-called backfire phenomena with high hydrogen content syngas.

Inoltre, in gruppi bruciatore di questo tipo, per mantenere le emissioni di N0Xal di sotto dei limiti di legge è spesso necessario diluire i syngas ad alto contenuto di idrogeno con un elevato flusso di gas inerti (solitamente azoto o vapore). Il consumo di tali diluenti, oltre a costituire un costo operativo, rappresenta un'importante complicazione impiantistica. Furthermore, in burner groups of this type, to keep the NOX emissions below the legal limits it is often necessary to dilute the high hydrogen content syngas with a high flow of inert gases (usually nitrogen or steam). The consumption of these diluents, in addition to constituting an operating cost, represents an important system complication.

Il documento US 20070275337 divulga, invece, un gruppo bruciatore per syngas comprendente un bruciatore premix provvisto di un canale di passaggio aria, di un vorticatore disposto lungo il canale di passaggio aria, di una pluralità di ugelli per l'alimentazione del gas naturale, e di una pluralità di ugelli per l'alimentazione del syngas. Document US 20070275337, on the other hand, discloses a burner unit for syngas comprising a premix burner provided with an air passage channel, a vortex disposed along the air passage channel, a plurality of nozzles for feeding natural gas, and of a plurality of nozzles for feeding the syngas.

Gli ugelli per l'alimentazione del gas naturale sono realizzati nel vorticatore, mentre gli ugelli per l'alimentazione del syngas sono realizzati sulla parete esterna del canale di passaggio aria sostanzialmente in corrispondenza dell'uscita del canale di passaggio dell'aria. Questa configurazione si rivela vantaggiosa perché riduce sensibilmente il rischio del ritorno di fiamma per syngas ad alto contenuto di idrogeno, tuttavia non garantisce un'adeguata premiscelazione del syngas con l'aria. Il contatto dell'aria con il syngas avviene sostanzialmente a ridosso della zona di combustione primaria e pertanto si raggiungono altissime temperature di fiamma che danno luogo ad elevate emissioni di N0X. The nozzles for feeding the natural gas are made in the vortex, while the nozzles for feeding the syngas are made on the outer wall of the air passage channel substantially in correspondence with the outlet of the air passage channel. This configuration is advantageous because it significantly reduces the risk of backfire for syngas with a high hydrogen content, however it does not guarantee adequate premixing of the syngas with air. The contact of the air with the syngas occurs substantially close to the primary combustion zone and therefore very high flame temperatures are reached which give rise to high N0X emissions.

Anche per questa tipologia di gruppi bruciatore è spesso necessario diluire i syngas ad alto contenuto di idrogeno con un elevato flusso di gas inerti (solitamente azoto o vapore) per mantenere le emissioni di N0Xal di sotto dei limiti di legge è spesso necessario diluire i syngas ad alto contenuto di idrogeno con un elevato flusso di gas inerti (solitamente azoto o vapore). Also for this type of burner groups it is often necessary to dilute the high hydrogen content syngas with a high flow of inert gases (usually nitrogen or steam) to keep the NOXal emissions below the legal limits it is often necessary to dilute the syngas to high hydrogen content with a high flow of inert gases (usually nitrogen or steam).

È pertanto uno scopo della presente invenzione quello di realizzare un gruppo bruciatore per un impianto a turbina a gas che sia privo degli inconvenienti qui evidenziati dell'arte nota; in particolare, è uno scopo della presente invenzione quello di assicurare l'integrità e l'affidabilità del gruppo bruciatore garantendo emissioni di inquinanti al di sotto dei limiti di legge e, al contempo, minimizzando la quantità di diluenti da alimentare al gruppo bruciatore. It is therefore an object of the present invention to provide a burner assembly for a gas turbine plant which is free from the drawbacks highlighted here in the prior art; in particular, it is an object of the present invention to ensure the integrity and reliability of the burner unit by guaranteeing emissions of pollutants below the legal limits and, at the same time, minimizing the quantity of diluents to be fed to the burner unit.

In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un gruppo bruciatore per un impianto di produzione di energia a turbina a gas secondo la rivendicazione 1. In accordance with these purposes, the present invention relates to a burner assembly for a gas turbine energy production plant according to claim 1.

È un ulteriore scopo della presente invenzione quello di realizzare un impianto per la produzione di energia affidabile, in cui le emissioni di inquinanti sono al di sotto dei limiti di legge e, al contempo, l'apporto di diluenti è minimizzato. It is a further object of the present invention that of realizing a plant for the production of reliable energy, in which the emissions of pollutants are below the legal limits and, at the same time, the supply of diluents is minimized.

In accordo con tali scopi la presente invenzione è relativa ad un impianto per la produzione di energia elettrica a turbina a gas in accordo alla rivendicazione 15. In accordance with these purposes, the present invention relates to a gas turbine electricity production plant according to claim 15.

È un ulteriore scopo del trovato quello di fornire un metodo per operare un gruppo bruciatore per un impianto di produzione di energia a turbina a gas che renda affidabile il gruppo bruciatore e che minimizzi l'utilizzo dei diluenti. It is a further object of the invention to provide a method for operating a burner unit for a gas turbine energy production plant which makes the burner unit reliable and which minimizes the use of diluents.

In accordo con tali scopi, la presente invenzione è relativa ad un metodo per operare un gruppo bruciatore per un impianto a turbina a gas in accordo alla rivendicazione 16. In accordance with these purposes, the present invention relates to a method for operating a burner unit for a gas turbine plant in accordance with claim 16.

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 è una vista schematica, con parti asportate per chiarezza, di un impianto per la produzione di energia in accordo alla presente invenzione; Figure 1 is a schematic view, with parts removed for clarity, of a plant for the production of energy according to the present invention;

- la figura 2 è una vista in sezione, con parti asportate per chiarezza, di un gruppo bruciatore secondo la presente invenzione; Figure 2 is a sectional view, with parts removed for clarity, of a burner unit according to the present invention;

- la figura 3 è una vista prospettica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, di un dettaglio del gruppo bruciatore di figura 2 in accordo ad una prima forma di realizzazione; Figure 3 is a perspective view, with parts in section and parts removed for clarity, of a detail of the burner assembly of Figure 2 according to a first embodiment;

- la figura 4 è una vista prospettica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, del dettaglio del gruppo bruciatore di figura 2 in accordo ad una seconda forma di realizzazione; Figure 4 is a perspective view, with parts in section and parts removed for clarity, of the detail of the burner assembly of Figure 2 according to a second embodiment;

- la figura 5 è una vista prospettica, con parti in sezione e parti asportate per chiarezza, del dettaglio del gruppo bruciatore di figura 2 in accordo ad una terza forma di realizzazione. figure 5 is a perspective view, with parts in section and parts removed for clarity, of the detail of the burner assembly of figure 2 according to a third embodiment.

In figura 1 è indicato con il numero di riferimento 1 un impianto per la produzione di energia elettrica comprendente una turbina a gas 2 estendentesi lungo un asse A, un compressore 3, una camera di combustione 4, un gruppo per alimentare combustibile 6 alla camera di combustione 4 ed un generatore 7, il quale trasforma la potenza meccanica fornita dalla turbina a gas 2 in potenza elettrica emessa. La camera di combustione 4 è di tipo anulare e comprende una pluralità di sedi 8, ciascuna delle quali è atta ad essere impegnata da un gruppo bruciatore 9 (meglio illustrato nelle figure 2-5). In Figure 1, the reference number 1 indicates a plant for the production of electrical energy comprising a gas turbine 2 extending along an axis A, a compressor 3, a combustion chamber 4, a unit for feeding fuel 6 to the fuel chamber. combustion 4 and a generator 7, which transforms the mechanical power supplied by the gas turbine 2 into electrical power emitted. The combustion chamber 4 is of the annular type and comprises a plurality of seats 8, each of which is adapted to be engaged by a burner assembly 9 (better illustrated in Figures 2-5).

Le sedi 8 sono disposte lungo un percorso circolare in prossimità di un bordo periferico della camera di combustione 4. Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato le sedi 8 e gli assiemi bruciatore 9 sono ventiquattro. The seats 8 are arranged along a circular path near a peripheral edge of the combustion chamber 4. In the non-limiting example described and illustrated here, the seats 8 and the burner assemblies 9 are twenty-four.

Con riferimento alla figura 2, ciascun gruppo bruciatore 9 si estende lungo un asse B ed è configurato per definire una zona di combustione primaria 10. With reference to Figure 2, each burner assembly 9 extends along an axis B and is configured to define a primary combustion zone 10.

Ciascun gruppo bruciatore 9 è alimentato con aria, con una prima miscela di gas e con una seconda miscela di gas. Each burner unit 9 is fed with air, with a first gas mixture and with a second gas mixture.

L'aria, la prima miscela e la seconda miscela sono alimentati all'gruppo bruciatore 9 lungo una direzione di alimentazione DI diretta verso l'interno della camera di combustione 4. The air, the first mixture and the second mixture are fed to the burner assembly 9 along a feed direction DI directed towards the interior of the combustion chamber 4.

Preferibilmente, la prima miscela di gas ha un primo potere calorifico e la seconda miscela di gas ha un secondo potere calorifico inferiore al primo potere calorifico. Preferably, the first gas mixture has a first calorific value and the second gas mixture has a second calorific value lower than the first calorific value.

In particolare, la prima miscela è preferibilmente gas naturale. In particular, the first mixture is preferably natural gas.

La seconda miscela di gas ha un potere calorifico compreso tra circa 18 e circa 20 MJ/kg ed una concentrazione in volume di idrogeno superiore all'80% circa. Preferibilmente, la concentrazione in volume di idrogeno della seconda miscela è pari a circa l'83%. The second gas mixture has a calorific value comprised between about 18 and about 20 MJ / kg and a volume concentration of hydrogen higher than about 80%. Preferably, the volume concentration of hydrogen of the second mixture is equal to about 83%.

La seconda miscela è ad esempio un syngas ottenuto da processi di gassificazione del carbone. The second mixture is for example a syngas obtained from coal gasification processes.

Ciascun gruppo bruciatore 9 comprende un bruciatore premix 11 ed un bruciatore pilota (non rappresentato per semplicità nelle figure allegate). Il bruciatore pilota si estende sostanzialmente lungo l'asse B, mentre il bruciatore premix 11 è coassiale al bruciatore pilota e circonda il bruciatore pilota. Each burner unit 9 comprises a premix burner 11 and a pilot burner (not shown for simplicity in the attached figures). The pilot burner extends substantially along axis B, while the premix burner 11 is coaxial with the pilot burner and surrounds the pilot burner.

In particolare, il bruciatore premix 11 comprende un corpo principale 12, sostanzialmente di forma troncoconica, un elemento anulare esterno 13, il quale si estende attorno al corpo principale 12 per definire un canale di passaggio aria 14, ed un vorticatore 15, disposto lungo il canale di passaggio aria 14 e provvisto di una pluralità di palette 16. In particular, the premix burner 11 comprises a main body 12, substantially of a truncated cone shape, an external annular element 13, which extends around the main body 12 to define an air passage channel 14, and a vortex 15, arranged along the air passage channel 14 and provided with a plurality of vanes 16.

Il canale di passaggio aria 14 è anulare, si estende coassiale all'asse B e presenta un'altezza radiale decrescente nella direzione di alimentazione DI in modo da generare un canale anulare di forma sostanzialmente tronco conica. The air passage channel 14 is annular, extends coaxially to the axis B and has a decreasing radial height in the feed direction D1 so as to generate an annular channel with a substantially frusto-conical shape.

Il canale di passaggio aria 14 riceve aria proveniente dal compressore 3 ed è provvisto di una parete esterna 17, definita dall'elemento anulare esterno 13, e di una parete interna 18, definita dal corpo principale 12. The air passage channel 14 receives air coming from the compressor 3 and is provided with an external wall 17, defined by the external annular element 13, and with an internal wall 18, defined by the main body 12.

Il corpo principale 12 comprende, inoltre, un condotto di alimentazione 20 anulare per alimentare la prima miscela, un condotto di alimentazione 21 anulare per alimentare la seconda miscela, ed un foro centrale 22, provvisto di un bordo esterno 23 e configurato per alloggiare il bruciatore pilota. The main body 12 also comprises an annular feed duct 20 to feed the first mixture, an annular feed duct 21 to feed the second mixture, and a central hole 22, provided with an outer edge 23 and configured to house the burner pilot.

Ciascuna paletta 16 del vorticatore 15 è provvista di una estremità 25a accoppiata alla parete esterna 17 del canale di passaggio aria 14, ed una estremità 25b accoppiata alla parete interna 18 del canale di passaggio aria 14. Each blade 16 of the vortex 15 is provided with an end 25a coupled to the outer wall 17 of the air passage channel 14, and an end 25b coupled to the internal wall 18 of the air passage channel 14.

In particolare, le palette 16 sono uniformemente distribuite lungo un percorso anulare centrato sull'asse B. Ciascuna paletta 16 è orientata in modo deviare opportunamente il flusso di aria che la attraversa e presenta un bordo di ingresso 28, un bordo di uscita 29, un dorso 30 ed un ventre 31 (meglio visibile nelle figure 3-5). In particular, the blades 16 are uniformly distributed along an annular path centered on the B axis. Each blade 16 is oriented so as to appropriately divert the flow of air that passes through it and has an entrance edge 28, a trailing edge 29, a back 30 and belly 31 (better visible in figures 3-5).

Ciascuna paletta 16 è provvista di una pluralità di uscite 33 disposte sul dorso 30 e sul ventre 31 di ciascuna paletta 16 in prossimità del bordo di ingresso 28 della paletta 16. Le uscite 33 sono in comunicazione con un condotto interno della paletta (non visibile nelle figure allegate), il quale è connesso con il primo condotto di alimentazione 20 della prima miscela. Each vane 16 is provided with a plurality of outlets 33 arranged on the back 30 and on the belly 31 of each vane 16 in proximity to the leading edge 28 of the vane 16. The outlets 33 are in communication with an internal duct of the vane (not visible in the attached figures), which is connected with the first supply duct 20 of the first mixture.

In particolare, le uscite 33 sono organizzate in gruppi di uscite allineate e inclinate rispetto all'asse B. In particular, the outlets 33 are organized in groups of outlets aligned and inclined with respect to the B axis.

Il condotto di alimentazione 20 per alitare la prima miscela si estende attorno all'asse B ed è alimentato da un tubo di alimentazione 35. Come già detto sopra, il condotto di alimentazione 20 è in comunicazione con il condotto interno di ciascuna paletta 16 per alimentare le uscite 33 con la prima miscela. The supply duct 20 for inhaling the first mixture extends around the axis B and is fed by a supply pipe 35. As already mentioned above, the supply duct 20 is in communication with the internal duct of each vane 16 to feed outputs 33 with the first mix.

Il condotto di alimentazione della seconda miscela 21 si estende attorno all'asse B, è alimentato da un tubo di alimentazione 36 ed è in comunicazione con il canale di passaggio dell'aria 13 mediante un pluralità di uscite 40. The feed duct of the second mixture 21 extends around the axis B, is fed by a feed tube 36 and is in communication with the air passage duct 13 by means of a plurality of outlets 40.

Con riferimento alla figura 3, le uscite 40 sono realizzate nella parete interna 18 del canale di passaggio 13 e sono disposte uniformemente lungo un percorso circolare all'uscita del vorticatore 15. With reference to Figure 3, the outlets 40 are made in the internal wall 18 of the passage channel 13 and are uniformly arranged along a circular path at the outlet of the vortexer 15.

In particolare, le uscite 40 sono disposte a valle del vorticatore 15 in prossimità del bordo di uscita 29 delle palette 16. In particular, the outlets 40 are arranged downstream of the vortex 15 in proximity to the trailing edge 29 of the vanes 16.

Le uscite 40 sono circonferenzialmente spaziate in modo tale che tra due palette 16 consecutive del vorticatore 15 siano disposte due uscite 40. The outlets 40 are circumferentially spaced so that two outlets 40 are arranged between two consecutive blades 16 of the vortexer 15.

In dettaglio, le uscite 40 hanno una sezione circolare, il cui diametro dipende dalle dimensioni del gruppo bruciatore 9. In detail, the outlets 40 have a circular section, the diameter of which depends on the size of the burner assembly 9.

La posizione delle uscite 40 garantisce una corretta ed efficace miscelazione dell'aria, della prima e della seconda miscela minimizzando le emissioni di NOx. The position of the outlets 40 guarantees correct and effective mixing of the air, the first and second mixes, minimizing NOx emissions.

In questa configurazione si può ridurre al minimo l'integrazione della seconda miscela con diluenti composti (ad esempio è sufficiente una integrazione di diluenti pari a circa il 30% voi della seconda miscela) in modo da abbassare i livelli di NOx. In this configuration it is possible to minimize the integration of the second mixture with compound diluents (for example, an integration of diluents equal to about 30% vol of the second mixture is sufficient) in order to lower the NOx levels.

Inoltre, la posizione delle uscite 40 evita l'insorgere dei pericolosi ritorni di fiamma, tipici dei syngas derivanti dalla gassificazione del carbone. Furthermore, the position of the outlets 40 avoids the onset of dangerous backfires, typical of syngas deriving from coal gasification.

In figura 4 è illustrata una seconda forma di realizzazione delle uscite 44 per l'alimentazione della seconda miscela. Figure 4 illustrates a second embodiment of the outlets 44 for feeding the second mixture.

In figura 4 sono mantenuti per semplicità gli stessi numeri di riferimento utilizzati per le figure 1-3 per indicare parti simili. In Figure 4 the same reference numbers used for Figures 1-3 to indicate similar parts are maintained for simplicity.

Le uscite 44 sono realizzate nella parete interna 18 interna del canale di passaggio 13 e sono disposte uniformemente lungo un percorso circolare all'uscita del vorticatore 15. The outlets 44 are made in the inner wall 18 of the passage channel 13 and are uniformly arranged along a circular path at the outlet of the vortex 15.

In particolare, le uscite 44 sono disposte a valle del vorticatore 15 in prossimità del bordo di uscita 29 delle palette 16. In particular, the outlets 44 are arranged downstream of the vortex 15 in proximity to the trailing edge 29 of the vanes 16.

Le uscite 44 sono circonferenzialmente spaziate in modo tale che tra due palette 16 consecutive del vorticatore 15 sia disposta una sola uscita 44. The outlets 44 are circumferentially spaced in such a way that only one outlet 44 is arranged between two consecutive blades 16 of the vortexer 15.

Ciascuna uscita 44 comprende una pluralità di ugelli 45, i quali sono preferibilmente distribuiti uniformemente su un cerchio. Each outlet 44 comprises a plurality of nozzles 45, which are preferably uniformly distributed on a circle.

Ciascun ugello 45 ha preferibilmente una sezione circolare, il cui diametro dipende dalle dimensioni del gruppo bruciatore 9. Each nozzle 45 preferably has a circular section, the diameter of which depends on the size of the burner assembly 9.

Preferibilmente, alcuni ugelli 45 sono disposti a monte del bordo di uscita 29 delle palette 16, mentre altri ugelli 45 sono disposti a valle del bordo di uscita 29 delle palette 16. Preferably, some nozzles 45 are arranged upstream of the trailing edge 29 of the vanes 16, while other nozzles 45 are arranged downstream of the trailing edge 29 of the vanes 16.

La particolare conformazione delle uscite 44 e la particolare distribuzione degli ugelli 45 conferisce alla seconda miscela una componente vorticosa che favorisce la miscelazione della seconda miscela con l'aria e, eventualmente, con la prima miscela. The particular conformation of the outlets 44 and the particular distribution of the nozzles 45 gives the second mixture a swirling component which favors the mixing of the second mixture with the air and, possibly, with the first mixture.

La posizione delle uscite 44 garantisce una corretta ed efficace miscelazione dell'aria, della prima miscela e della seconda miscela minimizzando le emissioni di N0X. The position of the outlets 44 guarantees correct and effective mixing of the air, the first mixture and the second mixture, minimizing N0X emissions.

In questa configurazione si può ridurre al minimo l'integrazione della seconda miscela con diluenti composti (ad esempio è sufficiente una integrazione di diluenti pari a circa il 25% voi della seconda miscela) in modo da abbassare i livelli di NOx. In this configuration it is possible to minimize the integration of the second mixture with compound diluents (for example, an integration of diluents equal to about 25% vol of the second mixture is sufficient) in order to lower the NOx levels.

In figura 5 è illustrata una terza forma di realizzazione delle uscite 55 per l'alimentazione della seconda miscela. Figure 5 illustrates a third embodiment of the outlets 55 for feeding the second mixture.

In figura 5 sono mantenuti per semplicità gli stessi numeri di riferimento utilizzati per le figure 1-3 per indicare parti simili. In Figure 5 the same reference numbers used for Figures 1-3 to indicate similar parts are maintained for simplicity.

Le uscite 55 sono realizzate nella parete interna 18 del canale di passaggio 13 e sono disposte uniformemente lungo un percorso circolare all'uscita del vorticatore 15. The outlets 55 are made in the inner wall 18 of the passage channel 13 and are uniformly arranged along a circular path at the outlet of the vortexer 15.

In particolare, le uscite 55 sono disposte a valle del vorticatore 15 in prossimità del bordo di uscita 29 delle palette 16. In particular, the outlets 55 are arranged downstream of the vortex 15 in proximity to the trailing edge 29 of the vanes 16.

Le uscite 55 sono circonferenzialmente spaziate in modo tale che tra due palette 16 consecutive del vorticatore 15 sia disposta una sola uscita 55. The outlets 55 are circumferentially spaced so that only one outlet 55 is arranged between two consecutive blades 16 of the vortexer 15.

Ciascuna uscita 55 comprende un elemento deviatore del flusso 56, il quale è preferibilmente alloggiato all'interno della rispettiva uscita 55. Each outlet 55 comprises a flow diverter element 56, which is preferably housed inside the respective outlet 55.

In particolare, ciascuna uscita 55 ha una sezione circolare, il cui diametro dipende dalle dimensioni del gruppo bruciatore 9. In particular, each outlet 55 has a circular section, the diameter of which depends on the size of the burner assembly 9.

Ciascun elemento deviatore del flusso 56 è conformato in modo da conferire alla seconda miscela una componente vorticosa che favorisce la miscelazione della seconda miscela con l'aria ed eventualmente con la prima miscela. Each flow deflector element 56 is shaped in such a way as to give the second mixture a swirling component which favors the mixing of the second mixture with the air and possibly with the first mixture.

Nell'esempio non limitativo qui descritto ed illustrato, l'elemento deviatore del flusso 56 comprende un corpo cilindrico 58 provvisto sulla superficie laterale di una pluralità di appendici 59, le quali si estendono lunqo direzioni sostanzialmente tanqenziali al corpo cilindrico 58. In the non-limiting example described and illustrated here, the flow diverter element 56 comprises a cylindrical body 58 provided on the lateral surface with a plurality of appendages 59, which extend along substantially tangential directions to the cylindrical body 58.

La posizione delle uscite 55 qarantisce una corretta ed efficace miscelazione dell'aria, della prima miscela e della seconda miscela minimizzando le emissioni di N0X. In questa coni iqurazione si può ridurre al minimo 1'inteqrazione della seconda miscela con diluenti composti (ad esempio è sufficiente una inteqrazione di diluenti pari a circa il 20% voi della seconda miscela) in modo da abbassare i livelli di NOx. The position of the outlets 55 guarantees a correct and effective mixing of the air, the first mixture and the second mixture, minimizing N0X emissions. In this con iquration it is possible to minimize the integration of the second mixture with compound diluents (for example an integration of diluents equal to about 20% vol of the second mixture is sufficient) in order to lower the NOx levels.

Vantaqqiosamente, il qruppo bruciatore 9 secondo la presente invenzione consente di bruciare miscele di qas combustibile ad elevato contenuto di idroqeno e a medio potere calorifico minimizzando l'apporto di diluenti e mantenendo i livelli di emissioni di inquinanti al di sotto dei limiti di leqqe. Advantageously, the burner unit 9 according to the present invention allows to burn mixtures of fuel with a high hydrogen content and medium calorific value, minimizing the contribution of diluents and keeping the levels of pollutant emissions below the limits of the law.

La strateqica posizione delle uscite 40, 44 e 55 nel bruciatore premix 11 determina una drastica riduzione della temperatura di fiamma dovuta alla opportuna premiscelazione tra syngas ed aria prima dell'arrivo nella zona di combustione primaria. Di conseguenza la produzione di ossidi d'azoto viene limitata in maniera naturale. The strategic position of the outlets 40, 44 and 55 in the premix burner 11 determines a drastic reduction of the flame temperature due to the suitable premixing of syngas and air before arriving in the primary combustion zone. Consequently, the production of nitrogen oxides is naturally limited.

Dal punto di vista puramente economico, invece, l'applicazione di questa tecnologia permette di evitare il costo e la complessità impiantistica legata al consumo dei diluenti necessari per abbassare le emissioni di N0X. From a purely economic point of view, however, the application of this technology allows to avoid the cost and complexity of the plant linked to the consumption of the diluents necessary to lower N0X emissions.

La posizione delle uscite 40, 44 e 55 nel bruciatore premix 11 elimina inoltre il rischio di fenomeni di ritorno di fiamma. The position of the outlets 40, 44 and 55 in the premix burner 11 also eliminates the risk of backfire phenomena.

Risulta infine evidente che al gruppo bruciatore, all'impianto e al metodo 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 unit, system and method described here without departing from the scope of the attached claims.

Claims

CLAIMS 1. Burner unit (9) for a gas turbine energy production plant (1); the burner unit (9) extending along a longitudinal axis (B) and comprising a premix burner (11) equipped with: a first supply conduit (20) for supplying a first gas mixture; a second supply conduit (21) for supplying a second gas mixture; an air passage channel (14), which is provided with an internal wall (18) and an external wall (17); a vortexer (15) arranged along the air passage channel (14); a plurality of first outlets (33) for feeding the first mixture; and at least a second outlet (40, 44, 55) for feeding the second mixture; the second outlet (40, 44, 55) being arranged along the inner wall (18) of the air passage channel (14) at the outlet of the vortexer (15).

2. Burner assembly according to claim 1, wherein the premix burner (11) comprises a main body (12), which defines the inner wall (18) of the air passage channel (14), the first supply duct (20 ) and the second supply duct (21), and is provided with a central hole (22) having an outer edge (23); the second outlet (40, 44, 55) being arranged along the inner wall (18) of the air passage channel (14) between the outlet of the vortexer (15) and the outer edge (23) of the central hole (22) of the main body (12).

3. Burner assembly according to claim 1 or 2, wherein the swirler (15) comprises a plurality of vanes (16) having a first end (25a) coupled to the outer wall (17) and a second end (25b) coupled to the wall internal (18); each blade (16) being provided with a leading edge (28) and a trailing edge (29).

4. Burner assembly according to claim 3, in which the vanes (16) are uniformly distributed along the air passage channel (14).

5. Burner assembly according to claim 3 or 4, wherein the second outlet (40, 44, 55) is arranged along the inner wall (18) of the air passage channel (14) in proximity to the trailing edge (29) of at least one vane (16) of the vortexer (15).

Burner assembly according to any one of claims 3 to 5, wherein the premix burner (11) comprises a plurality of second outlets (40, 44, 55) arranged along a circular path along the inner wall (18) of the duct air passage (14).

7. Burner assembly according to claim 6, wherein the plurality of second outlets (40, 44, 55) are uniformly disposed along the circular path.

8. Burner assembly according to claim 6 or 7, wherein the second outlets (40) are circumferentially spaced so that two second outlets (40) are arranged between two consecutive vanes (16) of the swirler (15).

9. Burner assembly according to claim 6 or 7, wherein the second outlets (44, 55) are circumferentially spaced so that a second outlet (44, 55) is arranged between two consecutive vanes (16) of the swirler (15) .

10. Burner assembly according to any one of the preceding claims, in which the second outlets (40, 44, 55) have a substantially circular section.

Burner assembly according to any one of claims 1 to 10, wherein each second outlet (44) comprises a plurality of nozzles (45).

Burner assembly according to claim 11, wherein the nozzles (45) of each second outlet (44) are uniformly distributed on a circle.

13. Burner assembly according to any one of claims 1 to 10, wherein each second outlet (55) comprises a flow diverter element (56).

14. Burner assembly according to claim 13, wherein the flow diverter element (56) is housed inside the respective second outlet (55).

Gas turbine power generation plant comprising a combustion chamber (4) provided with at least one burner assembly (9) according to any one of the preceding claims.

16. Method for operating a burner assembly (9) for a gas turbine power plant (1); the burner unit (9) extending along a longitudinal axis (B) and comprising a premix burner (II) equipped with: a first supply conduit (20) for supplying a first gas mixture; a second supply conduit (21) for supplying a second gas mixture; an air passage channel (14), which is provided with an internal wall (18) and an external wall (17); a vortexer (15) arranged along the air passage channel (14); the method comprising the step of feeding at least one of the first blend and the second blend; the step of feeding at least one of the first blend and the second blend comprising the steps of: feeding the first mixture through a plurality of first outlets (33); feeding the second mixture through at least a second outlet (40, 44, 55) arranged along the internal wall (18) of the air passage channel (14) at the outlet of the vortexer (15).

Method according to claim 16, wherein the step of feeding the second mixture comprises the step of imparting a swirling motion to the second mixture in proximity to the second outlet (40, 44, 55).

The method of claim 16 or 17, wherein the second gas mixture has a calorific value ranging from about 18 MJ / kg to about 20 MJ / kg.

Method according to any one of claims 16 to 18, wherein the first gas mixture has a calorific value greater than 50 MJ / kg.

Method according to any one of claims 16 to 19, wherein the first gas mixture has a first volume concentration of hydrogen and the second gas mixture has a second volume concentration of hydrogen higher than the first volume concentration of hydrogen .

A method according to any one of claims 16 to 20, wherein the second gas mixture has a hydrogen volume concentration greater than about 80%.

A method according to any one of claims 16 to 21, wherein the second gas mixture has a hydrogen volume concentration of about 83%.