RO126229B1 - Arzător de postardere multimodular de combustibil gazos - Google Patents

Description

I nvenția se referă la un arzător de postardere multimodular de combustibil gazos, care poate fi folosit la centralele cogenerative cu turbine cu gaze, pentru creșterea debitului de abur la cazanul recuperator și a flexibilității grupului cogenerativ la cerințele procesului tehnologic sau pentru testarea de module de ardere cu diverse geometrii, la schimbarea combustibilului gazos, în vederea optimizării arderii. în acest scop, arzătorul de postardere multimodular de combustibil gazos poate fi amplasat pe orizontală sau pe verticală, direct în gazele de ardere, între turbină si cazanul recuperator, dar poate funcționa și pe aer proaspăt.

Se cunosc arzătoare multimodulare pentru postardere de la firmele Eclipse Combustion (SUA) sau Coen Company Inc. (SUA), care sunt alcătuite dintr-o ramă metalică paralelipipedică în care se prind rampele de combustibil gazos, de obicei dispuse paralel pe înălțimea arzătorului. Pe fiecare rampă de combustibil gazos, sudată de rama metalică, se montează modulele de ardere.

La arzătoarele de la firma Eclipse Combustion, montarea fiecărui modul de ardere, pe rampele de combustibil gazos, se face prin intermediul a două duze de combustibil gazos, care au și rolul de a transmite flacăra de la un modul la altul. La acest tip de arzătoare, fiecare rampă de combustibil gazos este dotată cu un arzător pilot și o fotocelulă sau arzătorul pilot este amplasat la partea inferioară, iar fotocelulă este amplasată la partea superioară. Fotocelulă vizează flacăra pe direcția longitudinală a rampei de combustibil gazos.

Se cunoaște un arzător de la firma Eclipse Combustion, montat la Yeosu (Corea de Sud), care este prevăzut cu un sistem de dirijare a aerului în flacără prin intermediul unor concentratoare fixe, montate la intrarea în arzător.

Se cunoaște un arzător, descris în brevetul EP 0 313 469 Al, la care modulele de ardere se fixează prin doi pereți paraleli, sudați de rampa de combustibil gazos.

De asemenea, în documentul US 7566220 B1, se prezintă un arzător de gaz multimodular, alcătuit dintr-o carcasă-suport la care este conectată o rampă de aducție a combustibilului gazos, cu module de ardere conectate la aceasta în diverse configurații, modulele de ardere fiind alcătuite dintr-un corp plat, tip perete dublu, formând un plenum, care are conectat la partea inferioară un picior de poziționare și un dispozitiv de reglaj al amestecului aer-gaz combustibil, interpus între țeava de combustibil și corpul arzătorului, partea superioară a peretelui dublu al arzătorului având fante și deschideri de ieșire a amestecului gazos pentru ardere, optim distribuite, iar în interiorul arzătorului fiind prevăzută o bară culisantă de ajustare a distribuției flăcărilor.

Se cunoaște de asemenea un arzător pentru turbine cu gaze, descris în brevetul US 6301875 B1, format din multiple module de ardere, dispuse pe o conductă comună de combustibil și având doi pereți înclinați ai camerei de ardere, cu fante de turbionare a gazelor provenite de la o turbină cu gaz și un deflector oblic înclinat față de direcția de curgere prin canal,

Dezavantajele acestor arzătoare constau în aceea că interacțiunea dintre jeturile de combustibil gazos și aerul sau gazele de ardere de la turbină nu poate fi modificată mecanic ceea ce, la sarcini parțiale, face să apară instabilități și chiar întoarcerea flăcării ce poate conduce la distrugerea rampelor de combustibil gazos prin supraîncălziri necontrolate, rampele de combustibifgazos nu sunt demontabile, ceea ce implică un consum mare de timp pentru repararea lor, iar pe rampele de combustibil gazos se poate monta doar un singur tip de module de ardere, ceea ce face dificilă optimizarea arderii la schimbarea combustibilului gazos, prin trecerea arzătorului de la funcționarea pe gaze naturale la funcționarea pe dimetileter, biogaz etc.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constăîn realizarea modificării mecanice a interacțiunii dintre jeturile de combustibil gazos și aerul sau gazele de ardere de la turbină, astfel încât să existe și posibilitatea montării/demontării de module de ardere cu diverse geometrii la/de la rampa de combustibil gazos.

RO 126229 Β1

Arzătorul de postardere multimodular de combustibil gazos, conform invenției, rezolvă 1 această problemă tehnică și înlătură dezavantajele menționate anterior, prin aceea că interacțiunea dintre jeturile de combustibil gazos și aerul sau gazele de ardere de la turbină 3 este modificată mecanic printr-un concentrator mobil dejet superior și un concentrator mobil de jet inferior ce încadrează modulul de ardere, prinderea modulelelor de ardere cu diverse 5 geometrii pe rampa de combustibil gazos făcându-se prin intermediul unor bucșe străpunse sau bucșe înfundate, iar rampa de combustibil gazos estfe demontabilă dintr-un racord al 7 carcasei, asamblat prin intermediul unei flanșe fixe, de o flanșă specială de la rampa de combustibil gazos, poziționarea făcându-se printr-un știft. 9

Arzătorul de postardere multimodular de combustibil gazos, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:11

- simplitate constructivă; durată de funcționare ridicată; reducerea timpului de reparație;13

- emisii de NOx scăzute cu 30% la sarcini parțiale, la 3% din sarcina nominală;

- flexibilitate ridicată la cerințele procesului tehnologic;15

- posibilitatea de a testa în condiții industriale sau pe stand geometrii diferite de module de ardere, cu schimbarea combustibilului gazos.17

Invenția este prezentată pe larg în continuare printr-un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. care reprezintă:19

- fig. 1, vedere a arzătorului de postardere multimodular de combustibil gazos;

- fig. 2, secțiune cu un plan A-A prin arzătorul de postardere multimodular de 21 combustibil gazos din fig. 1;

- fig. 3, detaliu de asamblare dintre rampa de combustibil gazos și racordul carcasă, 23 corespunzător fig. 2;

- fig. 4, secțiune cu un plan C-C prin arzătorul de postardere multimodular de 25 combustibil gazos din fig. 1;

- fig. 5, secțiune și vedere prin rampa de combustibil gazos A, corespunzător planului 27

A-A, în zona de prindere a modulelor de ardere B;

- fig. 6, secțiune cu un plan D-D, corespunzător fig. 5, prin zona de prindere cu bucșe 29 străpunse;

- fig. 7, secțiune cu un plan E-E, corespunzător fig. 5, prin zona de prindere cu bucșe 31 înfundate;

- fig. 8, secțiune cu un plan F-F în placa turbionatoare, corespunzător fig. 1;33

- fig. 9, secțiune cu un plan G-G în concentratorul mobil de jet superior, corespunzător fig. 1;35

- fig. 10, secțiune și vedere privind prinderea modulelor de ardere pe bucșele înfundate cu pereții portanți;37

- fig. 11, secțiune cu un plan H-H, corespunzător fig. 10.

Arzătorul de postardere multimodular de combustibil gazos, conform invenției, este 39 alcătuit dintr-o carcasă paralelipedică 1, în care se montează o rampă de combustibil gazos A, pe care se prind niște module de ardere B prin intermediul unor duze 2, respectiv - un 41 concentrator mobil de jet superior O și un concentrator mobil de jet inferior D. Rampa de combustibil gazos A este plasată perpendicular pe direcția de curgere a aerului de ardere 43 sau gazelor de ardere de la o turbină de gaz, fiind paralelă cu planul de deplasare al concentratorului mobil dejet superior C și al concentratorului mobil de jet inferior D. Arzătorul 45 mai are un arzător pilot 5, care se introduce concentric într-un racord pilot 6, sudat de

RO 126229 Β1 carcasa paralelipedică 1 și paralel cu rampa de combustibil gazos A, precum și o fotocelulă 7, montată într-un racord fotocelulă 8, sudat la partea superioară a carcasei paralelipipedice 1, vizarea fiind perpendiculară pe direcția de propagare a flăcării.

Carcasa paralelipipedică 1 este prevăzută cu un racord carcasă E, sudat, asamblat prin intermediul unei flanșe fixe 9, cu șuruburi, garnitură și piulițe, de o flanșa specială 10 de la rampa de combustibil gazos A.

Pentru montarea pe direcția de propagare a flăcării, a rampei de combustibil gazos A cu racordul carcasă E, se prevede un știft 11, așezat pe diametrul de îmbinare al flanșei fixe 9 cu flanșa specială 10 de la rampa de combustibil gazos A.

Știftul 11 se fixează prin sudură de flanșa specială 10, de la rampa de combustibil gazos A, și intră ușor într-o gaură practicată pe diametrul de așezare al șuruburilor flanșei fixe .9, de la racordul carcasă E.

Rampa de combustibil gazos A se poate dilata liber, fiind ghidată printr-o bucșă de ghigaj 12, care este fixată de carcasa paralelipipedică 1 prin sudură.

Pentru montarea diverselor geometrii de module de ardere pe rampa de combustibil gazos A, se folosesc bucșe Străpunse 13 și bucșe înfundate 14, sudate de un suport bucșe 15. Ansamblul astfel realizat se înscrie în diametrul exterior al suportului de bucșe străpunse 13, permițând introducerea ușoară în racordul carcasă E. Bucșele străpunse 13 și bucșele înfundate 14 sunt filetate, dar la bucșele străpunse 13 filetul este executat pe întreaga lor lungime.

Combustibilul gazos din rampa de combustibil gazos A expandeză în exterior, direct prin bucșele străpunse 13, fiecare modul de ardere B cuprinzând câte trei bucșe străpunse 13.

Modulul de ardere B este alcătuit dintr-o placă turbionatoare 16 și două limitatoare 17, prinse printr-o Îmbinare demontabilă sau sudură. Placa turbionatoare 16 prezintă palete de turbionare 18, care pot fi repere separate ce se sudează de placa turbionatoare 16 sau pot rezulta din decuparea plăcii turbionatoare 16. Cele două limitatoare 17 sunt fixate de placa turbionatoare 16, astfel Încât să se asigure pentru unghiul la vârf or valoarea de 14,5 ± 0,5°.

Fiecare modul de ardere B se prinde de rampa de combustibil gazos A cu două duze 2 prin înfiletare în bucșele străpunse 13, duzele 2 trecând prin două găuri practicate în placa turbionatoare 16 Bucșa străpunsă 13, din centrul modulului de ardere B, asigură 80 % din sarcina termică. Duzele 2, de prindere a modulului de ardere B, participă și ele la sarcina termică totală a modulului de ardere B, dar au și rolul de a transmite flacăra la următorul modul de ardere B de pe rampa de combustibil gazos A. Soluția se aplică pentru toate modulele de ardere B, așezate unul lângă altul pe rampa de combustibil gazos A. între două module de ardere B, adiacente, se prevede un rost de dilatare a, corespunzător condițiilor de funcționare.

Concentratorul mobil de jet superior C are practicată o gaură de vizare b, pentru vizarea flăcării, egală cu diametrul interior al racordului fotocelulă 8, când poziția concentratorului mobil de jet superior C se află pe direcția de vizare a fotocelulei 7.

Din punct de vedere constructiv, cu excepția găurii de vizare b, concentratorul mobil de jet superior C și concentratorul mobil de jet inferior D sunt asemănătoare, fața de un plan care trece prin axa rampei de combustibil gazos A fiind în oglindă. Astfel, concentratorul mobil de jet superior C și concentratorul mobil de jet inferior D se compun dintr-un element director 19, în forma de V, sudat la ambele capete de câte un profil suport 20. Acest subansamblu se poate deplasa liber în interiorul carcasei paralelipedice 1, pe direcția de curgere a aerului de ardere sau a gazelor de ardere de la turbină, pe două ghidaje 21, sudate de pereții carcasei paralelipedice 1.

RO 126229 Β1

Fiecare ghidaj 21 are o decuparec prin care trece un șurub cu piuliță care fixează 1 concentratorul mobil de jet superior C și concentratorul mobil de jet inferior D în raport cu modulele de ardere B, în interiorul carcasei paralelipedice 1. La montarea pe verticală a 3 arzătorului de postardere multimodular de combustibil gazos, construcția în formă de L a ghidajelor 21 împiedică subansamblul format din elementul director 19 și profilul suport 20 5 să cadă înspre turbină, la distrugerea accidentală a șuruburilor de prindere cu piuliță de ghidajul 21. 7

Din rampa de combustibil gazos A, combustibilul expandează prin bucșa străpunsă din centrul modulului de ardere B și cele două duze 2, înfiletate în bucșele străpunse 13 9 de la marginea modulului de ardere B.

Aerul de ardere sau gazele de ardere de la turbină, după intrarea în arzător, este 11 turbionat - o parte în placa turbionatoare 16, asigurându-se un amestec intim cu combustibilul gazos. O altă parte trece prin suprafața cu ghidaj f și peste limitatoarele 17, evazate 13 la 14,5 ± 0,5°, ceea ce conduce la apariția unor zone de recirculare în frontul arzătorului, mărind timpul de rezidență pentru conversia oxidului de carbon în dioxid de carbon. Aerul 15 care circulă spre pereții carcasei paralelipipedice 1 este deviat spre zona de ardere din frontul arzătorului de concentratorul mobil de jet superior C și concentratorul mobil de jet inferior 17

D. Astfel această soluție, cu poziționarea corespunzătoare a concentratorului mobil de jet superior O și concentratorului mobil de jet inferior D în raport cu modulele de ardere B, 19 asigură răcirea și stabilizarea arderii în frontul arzătorului, permițând temperaturi ridicate în aval, la un conținut de noxe redus. 21

Se mai dă în continuare un exemplu de realizare a invenției, în legătură cu fig. 10...11. 23 în acest caz, fiecare modul de ardere B se prinde de rampa de combustibil gazos A prin intermediul a doi pereți portanți 22 paraleli, fixați de bucșele înfundate 14 prin intermediul 25 unor șuruburi, iar la celălalt capăt prin sudarea de placa turbionatoare 16.

Pentru prinderea cu șurubul de bucșele înfundate 14, pereții portanți 22 au o gaură 27 de reglare d alungită, care permite poziționarea plăcii turbionatoare 16 față de ieșirea combustibilului gazos prin bucșele străpunse 13 Poziționarea plăcii turbionatoare 16 față de 29 ieșirea combustibilului gazos prin bucșele străpunse 13 formează o cameră de preamestec P, pentru jeturile de combustibil gazos și aerul de ardere sau pentru gazele de ardere de la 31 o turbină de gaz, al cărei volum este variat pentru optimizarea arderii corespunzătoare regimului de funcționare. 33

Camera de preamestec P este delimitată de suprafața exterioară a suportului de bucșe 15 și al bucșelor străpunse 13, de cei doi pereți portanți 22 și de placa turbionatoare 35 16. Debitul de combustibil gazos pentru un modulul de ardere B este egal prin cele trei bucșe străpunse 13, aerul de ardere sau gazele de ardere de la turbină fiind aspirat prin găurile de 37 admisie e alungite, găurile de reglare d, rosturile de dilatare a și părțile laterale ale modulului de ardere B. La nivelul arzătorului de postardere multimodular de combustibil gazos, 39 corespunzător regimului de funcționare, interacțiunea dintre jeturile de combustibil gazos și aerul de ardere sau gazele de ardere de la turbină se reglează prin deplasarea 41 concentratorului mobil de jet superior C și a concentratorului mobil de jet inferior D într-o poziție optimă arderii. 43 în acest caz, din rampa de combustibil gazos A, combustibilul expandează prin cele trei bucșe străpunse 13 de ia modulul de ardere B și are loc un preamestec în camera de 45 preamestec P cu aerul care pătrunde prin găurile de admisie e alungite, găurile de reglare d și rosturile de dilatare a. Aerul de ardere sau gazele de ardere de la turbină, după intrarea 47

RO 126229 Β1 în arzător, se turbionează - o parte în placa de turbionare 16, asigurându-se un amestec intim cu combustibilul gazos preamestecat cu aer în camera de preamestec P. Asemănător 3 cu cele descrise la primul exemplu de realizare a invenției, o altă parte trece prin suprafața ghidaj f și peste limitatoarele 17. în acest caz, toate cele trei bucșe străpunse 13 participă 5 la sarcina arzătorului, asigurând o densitate de putere maximă.

Claims (3)

1. Revendicări

   1. Arzător de postardere multimodular de combustibil gazos, alcătuit dintr-o carcasă 3 paralelipipedică (1), o rampă de combustibil gazos (A), niște module de ardere (B) conectate la aceasta în diverse configurații, în mod demontabil, un concentrator mobil de jet superior 5 (C) și un concentrator mobil de jet inferior (D), caracterizat prin aceea că, pentru modificarea interacțiunii dintre jeturile de combustibil gazos și aerul sau gazele de ardere de la o 7 turbină cu gaze, concentratorul mobil de jet superior (C) și concentratorul mobil de jet inferior (D) au în componență câte un element director (19) în formă de V, sudat de un profil suport 9 (20) deplasabil pe două ghidaje (21), iar modulul de ardere (B) are d placa turbionatoare (16) prelungită cu două limitatoare de jet (17) având un unghi la vârf a de 14,5 ±0,5°, la ieșirea 11 gazelor de ardere în camera de ardere, montarea/demontarea modulului de ardere (B) fiind realizată printr-o flanșă specială (10) a rampei de combustibil gazos (A) și printr-un racord 13 carcasă (E), asamblat cu aceasta printr-un știft (11).
2. 2. Arzător de postardere multimodular, conform revendicării 1, caracterizat prin 15 aceea că prinderea modulelelor de ardere (B), cu diverse geometrii, de rampa de combustibil gazos (A) se face prin intermediul unor bucșe străpunse (13) sau bucșe înfundate (14), 17 sudate de uri suport bucșe (15).
3. 3. Arzător de postardere multimodular, conform revendicării 2, caracterizat prin 19 aceea că, de bucșele înfundate (14) sunt fixați niște pereți portanți (22) printr-o gaură de reglare (d) alungită, ce permite poziționarea plăcii turbionatoare (16) solidară cu aceștia, față 21 de ieșirea combustibilului gazos, prin bucșele străpunse (13), astfel încât să formeze o cameră de preamestec (P) de volum reglabil, pentru jeturile de combustibil gazos și aerul de 23 ardere sau pentru gazele de ardere de la o turbină de gaz.