RU2790503C1

RU2790503C1 - Liquid fuel supply system of a gas turbine plant

Info

Publication number: RU2790503C1
Application number: RU2022115987A
Authority: RU
Inventors: Вадим Владимирович Грачев; Айнур Гафурович Алгушаев; Николай Николаевич Дрозд
Original assignee: Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины")
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2023-02-21

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering, specifically to gas turbine construction, in particular to a system for supplying liquid fuel to the burners of a combustion chamber and can be used as part of a dual-fuel gas turbine power plant. The liquid fuel supply system comprises a liquid fuel supply line 1 to the gas turbine combustion chamber burners, a liquid fuel return line 2 from the gas turbine combustion chamber burners. The liquid fuel supply line 1 contains in series, one after the other, a dual liquid fuel filter 3, membrane tanks 7, a liquid fuel pump 4, a liquid fuel recirculation valve 17, an emergency shut-off valve 5, a control valve 6. On the liquid fuel return line 2, in series an emergency shut-off valve 8 and a control valve 9 are installed one after another. The liquid fuel supply line 1 is connected to the liquid fuel return line 2 through the liquid fuel recirculation line 26, which includes a resistance regulator 25, which is connected at one end to the recirculation valve 17, and at the other the end is cut into the pipeline of the return line of liquid fuel 2.

EFFECT: increasing the operational reliability of the liquid fuel supply system while simplifying its design and control algorithm, as well as reducing the cost of its manufacture.

9 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области энергомашиностроения, конкретно к газотурбостроению, в частности к системе подачи жидкого топлива к горелкам камеры сгорания двухтопливной энергетической газотурбинной установки.The present invention relates to the field of power engineering, specifically to gas turbine construction, in particular to a system for supplying liquid fuel to the burners of the combustion chamber of a dual-fuel gas turbine power plant.

Современные стационарные газотурбинные установки, предназначенные для выработки электроэнергии, в большинстве случаев проектируются для возможности работы как на газообразном, так и на жидком топливе. При этом система подачи газообразного топлива, как правило, является основной, а система подачи жидкого топлива является аварийной и резервной. Так, жидкое топливо, в качестве которого применяют мазут, дизельное топливо, наиболее часто используют в аварийных случаях при сбоях в системе подачи основного газообразного топлива. После устранения сбоев системы топливоподачи газообразного топлива, система подачи жидкого топлива автоматически переключается на газовое топливо для обеспечения нормальной работы газотурбинной установки. Как известно, обеспечение бесперебойной работы топливоподачи имеет определяющие значение на процессы смесеобразования в камерах сгорания газотурбинных установок, организацию горения и в целом определяют эксплуатационную надежность и экономичность работы газовой турбины. Кроме того, именно характер и назначение работы системы подачи жидкого топлива во многом определяют эксплуатационную надежность турбоустановки. Такие системы отличаются конструкционной сложностью и не высокой надежностью работы в силу образования нагаров и отложений трубопроводной системы, частыми само отключениями насосного оборудования из-за забивки топливных фильтров и наличия гидроударов, появляющиеся в результате быстрого закрытия аварийных запорных клапанов при пуске/останове топливного насоса.Modern stationary gas turbine plants designed to generate electricity are in most cases designed to be able to operate on both gaseous and liquid fuels. In this case, the gaseous fuel supply system, as a rule, is the main one, and the liquid fuel supply system is emergency and backup. So, liquid fuel, which is used as fuel oil, diesel fuel, is most often used in emergency cases in case of failures in the supply system of the main gaseous fuel. After the failure of the gaseous fuel supply system is eliminated, the liquid fuel supply system automatically switches to gas fuel to ensure the normal operation of the gas turbine plant. As is known, ensuring the uninterrupted operation of the fuel supply is of decisive importance for the processes of mixture formation in the combustion chambers of gas turbine plants, the organization of combustion and, in general, determine the operational reliability and efficiency of the gas turbine. In addition, it is the nature and purpose of the operation of the liquid fuel supply system that largely determines the operational reliability of the turbine plant. Such systems are characterized by structural complexity and low reliability due to the formation of carbon deposits and deposits of the pipeline system, frequent self-shutdowns of pumping equipment due to clogging of fuel filters and the presence of water hammer, resulting from the rapid closing of emergency shut-off valves when starting / stopping the fuel pump.

Известно устройство двухтопливной системы жидкое/газообразное топливо для газовой турбины, содержащее трубопровод подачи жидкого топлива, узел фильтрации, топливный шестеренчатый насос, клапан регулирования расхода жидкого топлива, аварийный запорный клапан и клапан рециркуляции топлива при закрытом аварийном клапане (заявка на патент CN 112727604, приоритет 23.12.2020 г.).A device for a dual-fuel system liquid / gaseous fuel for a gas turbine is known, containing a liquid fuel supply pipeline, a filtration unit, a fuel gear pump, a liquid fuel flow control valve, an emergency shut-off valve and a fuel recirculation valve with a closed emergency valve (patent application CN 112727604, priority December 23, 2020).

Недостатком известной системы подачи жидкого топлива является невысокая эксплуатационная надежность, в силу отсутствия системы демпфирования пиков давления в напорной топливной магистрали, способное обеспечивать постоянное давление перед насосом во время пуска, что может приводить к аварийному отключению насоса и аварийному останову газотурбинной установки (далее ГТУ).A disadvantage of the known liquid fuel supply system is the low operational reliability, due to the lack of a system for damping pressure peaks in the pressure fuel line, capable of providing a constant pressure in front of the pump during start-up, which can lead to an emergency shutdown of the pump and an emergency shutdown of the gas turbine unit (hereinafter GTP).

Известна система подачи жидкого топлива (заявка на патент JP 55162529, приоритет 06.06.1979 г.). Известная система предназначена для стабилизации работы узла разделителя топливного потока в камеру сгорания и линию рециркуляции и предназначена для предотвращения самопроизвольной остановки ГТУ путем установки в магистральном топливопроводе аккумулятора компенсации гидроударов между топливным насосом и делителем потока.A liquid fuel supply system is known (patent application JP 55162529, priority 06/06/1979). The known system is designed to stabilize the operation of the fuel flow separator assembly into the combustion chamber and the recirculation line and is designed to prevent spontaneous shutdown of the GTU by installing a hydraulic shock compensation accumulator between the fuel pump and the flow divider in the main fuel line.

Недостатком известного технического решения является недостаточность регулирования давления в линии подачи топлива к насосу и, соответственно, недостаточная эксплуатационная надежность.The disadvantage of the known technical solution is the insufficiency of pressure regulation in the fuel supply line to the pump and, accordingly, insufficient operational reliability.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению по совокупности признаков и выбранном в качестве прототипа является система и способ рециркуляции жидкого топлива (см. патент US №6729135, приоритет 12.12.2002 г., опубл. 04.05.2004 г.).The closest in technical essence to the proposed invention in terms of the totality of features and selected as a prototype is a system and method for recycling liquid fuel (see US patent No. 6729135, priority 12.12.2002, publ. 04.05.2004).

Известная система рециркуляции жидкого топлива предназначена для осуществления непрерывной рециркуляции жидкого топлива во время работы на газовом топливе двухтопливной газовой турбины и содержит линию подачи топлива, на которой установлен фильтр, насосы, снабженные обратными клапанами, регулирующую и запорную арматуру, делитель потока с трубопроводами подачи топлива к каждой горелке камеры сгорания ГТУ, линию возврата топлива, которая содержит на каждом трубопроводе от каждой горелки клапан регулирования давления, каждый из которых находится между трехходовым клапаном и коллектором, объединяющим потоки в один возвратный трубопровод, снабженный запорным клапаном.The known liquid fuel recirculation system is intended for continuous recirculation of liquid fuel during operation of a dual-fuel gas turbine on gas fuel and contains a fuel supply line on which a filter is installed, pumps equipped with check valves, control and shut-off valves, a flow divider with fuel supply pipelines to each burner of the gas turbine combustion chamber, a fuel return line, which contains a pressure control valve on each pipeline from each burner, each of which is located between a three-way valve and a manifold that combines flows into one return pipeline equipped with a shut-off valve.

Назначение известной системы по прототипу заключается в обеспечении постоянной готовности к работе и повышении эксплуатационной надежности системы подачи жидкого топлива за счет предотвращения нагарообразования и углеродистых отложений во время простоев системы подачи жидкого топлива.The purpose of the well-known prototype system is to ensure constant readiness for operation and increase the operational reliability of the liquid fuel supply system by preventing carbon deposits and carbon deposits during downtime of the liquid fuel supply system.

Недостатками системы топливоподачи по прототипу является сложность ее аппаратурного оформления и алгоритмов управления, поскольку клапаны регулирования потока установлены в каждой линии рециркуляции от каждой горелки камеры сгорания. Это требует большого количества клапанов, усложняет ее конструкцию, приводит к необходимости установки дополнительного оборудования для контроля давления на каждой магистрали, например, измерительных преобразователей давления, приводит к усложнению электрической схемы управления, не снижает вероятность возникновения гидроударов, что в целом, понижает эксплуатационную надежность системы и удорожает стоимость.The disadvantages of the fuel supply system according to the prototype is the complexity of its hardware design and control algorithms, since the flow control valves are installed in each recirculation line from each burner of the combustion chamber. This requires a large number of valves, complicates its design, leads to the need to install additional equipment for pressure control on each line, for example, pressure transducers, leads to a complication of the electrical control circuit, does not reduce the likelihood of water hammer, which generally reduces the operational reliability of the system and raises the cost.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое техническое решение, заключается в повышение эксплуатационной надежности работы системы подачи жидкого топлива при одновременном упрощении ее конструкции и алгоритма управления, а также снижении стоимости ее изготовления.The technical result to be achieved by the claimed technical solution is to increase the operational reliability of the liquid fuel supply system while simplifying its design and control algorithm, as well as reducing the cost of its manufacture.

Система подачи жидкого топлива к горелкам камеры сгорания газотурбинной установки содержит магистраль подачи жидкого топлива, узел фильтрации, насос подачи жидкого топлива, аварийную, запорную, регулирующую аппаратуру и устройства измерения расхода и давления, линии рециркуляции и возврата жидкого топлива с клапанами регулирования и запорным клапаном.The system for supplying liquid fuel to the burners of the combustion chamber of a gas turbine plant contains a liquid fuel supply line, a filtration unit, a liquid fuel supply pump, emergency, shut-off, control equipment and devices for measuring flow and pressure, liquid fuel recirculation and return lines with control valves and a shut-off valve.

Для достижения вышеуказанного технического результата система подачи жидкого топлива дополнительно снабжена гидродемпфирующими устройствами, в виде мембранных баков, установленных перед топливным насосом и обеспечивающих постоянное давление на входе в насос в диапазоне от 4 до 7 бар, при этом топливная линия на выходе из насоса снабжена клапаном рециркуляции жидкого топлива обеспечивающим рециркуляцию топлива и плавное повышение давления в системе подачи топлива, на которой установлен дополнительный регулирующий клапан, отсекающий подачу топлива не более чем за 0,3 секунды, обеспечивающий практически мгновенное прекращение подачи топлива в камеру сгорания, при этом линия подачи жидкого топлива имеет вход для подключения линии подачи жидкого топлива с блока подготовки топлива и выход для подключения линии подвода топлива к горелкам камеры сгорания газовой турбины, а между аварийным клапаном и клапаном регулирования встроена линия сброса топлива в дренажный бак, снабженная предохранительным клапаном, при этом каждый аварийный и регулирующий клапан снабжен только одним входом и выходом, при этом на линии подачи жидкого топлива установлен сдвоенный фильтр жидкого топлива, содержащий продувочные клапаны и трубопровод стравливания воздуха, при заполнении фильтров жидким топливом, а на линии подачи жидкого топлива после клапана рециркуляции установлен аварийный запорный клапан, а на линии рециркуляции установлен регулятор сопротивления, при этом линия подачи жидкого топлива содержит устройство измерения давления, установленное перед сдвоенными фильтрами, а также устройство измерения давления, которое установлено между мембранными баками и насосом и устройство измерения давления, которое установлено между насосом и клапаном рециркуляции, причем на линии возврата жидкого топлива, аварийный запорный клапан установлен перед регулирующим клапаном, а дренажный бак снабжен линией откачки дренажного топлива в линию возврата с помощью насоса.To achieve the above technical result, the liquid fuel supply system is additionally equipped with hydraulic damping devices in the form of membrane tanks installed in front of the fuel pump and providing a constant pressure at the pump inlet in the range from 4 to 7 bar, while the fuel line at the pump outlet is equipped with a recirculation valve liquid fuel providing fuel recirculation and a smooth increase in pressure in the fuel supply system, on which an additional control valve is installed, cutting off the fuel supply in no more than 0.3 seconds, providing an almost instantaneous cessation of fuel supply to the combustion chamber, while the liquid fuel supply line has an inlet for connecting the liquid fuel supply line from the fuel preparation unit and an outlet for connecting the fuel supply line to the burners of the gas turbine combustion chamber, and between the emergency valve and the control valve there is a built-in line for dumping fuel into the drain tank, equipped with a fuse valve, each emergency and control valve is equipped with only one inlet and outlet, while a double liquid fuel filter is installed on the liquid fuel supply line, containing purge valves and an air bleed pipeline, when filling the filters with liquid fuel, and on the liquid fuel supply line after the recirculation valve, an emergency shut-off valve is installed, and a resistance regulator is installed on the recirculation line, while the liquid fuel supply line contains a pressure measuring device installed in front of the double filters, as well as a pressure measuring device that is installed between the membrane tanks and the pump and a pressure measuring device, which is installed between the pump and the recirculation valve, and on the liquid fuel return line, an emergency shut-off valve is installed in front of the control valve, and the drain tank is equipped with a drain fuel pumping line to the return line using a pump.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется блок-схемой системы подачи топлива, представленной на чертеже, где поз. 1 обозначена линия подачи жидкого топлива к горелкам камеры сгорания газовой турбины, поз. 2 - линия возврата жидкого топлива от горелок камеры сгорания газовой турбины, поз. 3 - сдвоенный фильтр жидкого топлива, содержащий продувочные клапаны и трубопровод стравливания воздуха, при заполнении фильтров жидким топливом, поз. 4 - насос жидкого топлива, поз. 5 - аварийный запорный клапан, поз. 6 - регулирующий клапан, поз. 7 - мембранные баки, поз. 8 - аварийный запорный клапан, поз. 9 - регулирующий клапан, поз. 10 - линия сброса топлива с линии подачи в дренажный бак при превышении давления в топливной магистрали, в процессе работы газовой турбины, поз. 11 - дренажный бак, поз. 12 - предохранительный клапан, поз. 13 - линия сброса топлива с линии возврата в дренажный бак при превышении давления в процессе работы газовой турбины, поз. 14 - предохранительный клапан, поз. 15 - клапан продувочный, поз. 16 - линия стравливания воздуха из сдвоенных фильтров, поз. 17 - клапан рециркуляции, поз. 18 - устройство измерения давления, поз. 19 - устройство измерения давления, поз. 20 - устройство измерения давления, поз. 21 - измерительный преобразователь давления, поз. 22, 27, 28 - измерительный преобразователь давления, поз. 23 - насос откачки дренажного топлива, поз. 24 - линия откачки дренажного топлива в возвратную линию жидкого топлива, поз. 25 - регулятор сопротивления, поз. 26 - линия рециркуляции топлива, поз. 29 - вход линии подачи жидкого топлива с блока подготовки жидкого топлива, поз. 30 - выход для подключения к магистрали возврата жидкого топлива в блок подготовки топлива, поз. 31 - выход для подключения линии подвода жидкого топлива к горелкам камеры сгорания газовой турбины, поз. 32 - вход для подключения линии возврата топлива от горелок камеры сгорания газовой турбины.The essence of the invention is illustrated by a block diagram of the fuel supply system shown in the drawing, where pos. 1 shows the liquid fuel supply line to the burners of the gas turbine combustion chamber, pos. 2 - liquid fuel return line from the burners of the gas turbine combustion chamber, pos. 3 - a dual liquid fuel filter containing purge valves and an air bleed pipeline, when filling the filters with liquid fuel, pos. 4 - liquid fuel pump, pos. 5 - emergency shut-off valve, pos. 6 - control valve, pos. 7 - membrane tanks, pos. 8 - emergency shut-off valve, pos. 9 - control valve, pos. 10 - fuel discharge line from the supply line to the drainage tank when the pressure in the fuel line is exceeded, during the operation of the gas turbine, pos. 11 - drainage tank, pos. 12 - safety valve, pos. 13 - fuel discharge line from the return line to the drainage tank when the pressure is exceeded during the operation of the gas turbine, pos. 14 - safety valve, pos. 15 - purge valve, pos. 16 - air bleed line from dual filters, pos. 17 - recirculation valve, pos. 18 - pressure measuring device, pos. 19 - pressure measuring device, pos. 20 - pressure measuring device, pos. 21 - pressure transducer, pos. 22, 27, 28 - pressure transducer, pos. 23 - drain fuel pump, pos. 24 - line for pumping drainage fuel into the return line of liquid fuel, pos. 25 - resistance regulator, pos. 26 - fuel recirculation line, pos. 29 - inlet of the liquid fuel supply line from the liquid fuel preparation unit, pos. 30 - outlet for connection to the liquid fuel return line to the fuel preparation unit, pos. 31 - output for connecting the liquid fuel supply line to the burners of the gas turbine combustion chamber, pos. 32 - input for connecting the fuel return line from the burners of the gas turbine combustion chamber.

Предлагаемая система подачи жидкого топлива содержит магистраль подачи жидкого топлива 1 к горелкам камеры сгорания ГТУ (на чертеже камера сгорания не представлена) и линию возврата жидкого топлива 2 от горелок камеры сгорания газовой турбины. Магистраль подачи жидкого топлива 1 содержит один вход 29 для подключения к магистрали подачи жидкого топлива с блока подготовки топлива (на чертеже не показан) и один выход 31 для подключения линии подвода жидкого топлива к горелкам камеры сгорания газовой турбины. Линия возврата 2 жидкого топлива содержит один вход 32 для подключения линии возврата топлива от горелок камеры сгорания газовой турбины и один выход 31 для подключения к магистрали возврата жидкого топлива в блок подготовки топлива (на чертеже не показан). Магистраль подачи жидкого топлива 1 содержит последовательно, друг за другом, установленный сдвоенный фильтр жидкого топлива 3, мембранные баки 7, насос жидкого топлива 4, клапан рециркуляции жидкого топлива 17, аварийный запорный клапан 5, регулирующий клапан 6. На линии возврата жидкого топлива 2 последовательно друг за другом установлены аварийный запорный клапан 8 и регулирующий клапан 9. Магистраль подачи жидкого топлива 1 связана с линией возврата жидкого топлива 2 через линию рециркуляции жидкого топлива 26, включающую регулятор сопротивления 25, которая с одного конца подключена к клапану рециркуляции 17, а с другого конца врезана в трубопровод линии возврата жидкого топлива 2.The proposed liquid fuel supply system comprises a liquid fuel supply line 1 to the gas turbine combustion chamber burners (the combustion chamber is not shown in the drawing) and a liquid fuel return line 2 from the gas turbine combustion chamber burners. The liquid fuel supply line 1 contains one input 29 for connecting to the liquid fuel supply line from the fuel preparation unit (not shown) and one output 31 for connecting the liquid fuel supply line to the burners of the gas turbine combustion chamber. The liquid fuel return line 2 contains one input 32 for connecting the fuel return line from the burners of the gas turbine combustion chamber and one output 31 for connecting to the liquid fuel return line to the fuel preparation unit (not shown). The liquid fuel supply line 1 contains in series, one after the other, a dual liquid fuel filter 3, membrane tanks 7, a liquid fuel pump 4, a liquid fuel recirculation valve 17, an emergency shut-off valve 5, a control valve 6. On the liquid fuel return line 2, in series an emergency shut-off valve 8 and a control valve 9 are installed one after another. The liquid fuel supply line 1 is connected to the liquid fuel return line 2 through the liquid fuel recirculation line 26, which includes a resistance regulator 25, which is connected at one end to the recirculation valve 17, and at the other of the end is cut into the pipeline of the return line of liquid fuel 2.

Система подачи жидкого топлива содержит дренажный бак 11 для сбора топлива и насос 23 откачки жидкого топлива из бака 11 в линию возврата топлива 2 через линию откачки дренажного топлива 24. Также система снабжена двумя линиями сброса топлива 10 и 13 в дренажный бак 11 в случаях превышения давления в линиях 1 и 2 соответственно. Линия сброса 10 на входе врезана в трубопровод линии подачи жидкого топлива 1 между аварийным запорным клапаном 5 и регулирующим клапаном 6, с установленным на ней предохранительным клапаном 12. Выход линии сброса 10 подсоединен к дренажному баку 11. Линия сброса 13 на входе врезана в трубопровод линии возврата жидкого топлива 2 между аварийным запорным клапаном 8 и регулирующим клапаном 9, с установленным на ней предохранительным клапаном 14, а выходом также подсоединена к дренажному баку 11.The liquid fuel supply system contains a drain tank 11 for collecting fuel and a pump 23 for pumping liquid fuel from tank 11 to the fuel return line 2 through the drain fuel pumping line 24. The system is also equipped with two fuel discharge lines 10 and 13 to the drain tank 11 in cases of excess pressure in lines 1 and 2, respectively. The discharge line 10 at the inlet is cut into the pipeline of the liquid fuel supply line 1 between the emergency shut-off valve 5 and the control valve 6, with a safety valve 12 installed on it. return of liquid fuel 2 between the emergency shut-off valve 8 and the control valve 9, with a safety valve 14 installed on it, and the outlet is also connected to the drain tank 11.

Работа системы подачи жидкого топлива в камеру сгорания ГТУ осуществляется следующим образом:The operation of the system for supplying liquid fuel to the combustion chamber of the gas turbine is carried out as follows:

При запуске системы подачи жидкого топлива включается нагнетающий насос в блоке подготовки топлива (на чертеже не показан). Когда давление на входе 29 в линию подачи 1 достигает требуемого значения, запускается насос 4. Через автоматический клапан рециркуляции 17, который служит для рециркуляции топлива при подготовке системы к пуску, жидкое топливо поступает с линии подачи топлива 1 в линию возврата топлива 2 через линию рециркуляции 26. Давление топлива за насосом 4 увеличивается. Тем самым обеспечивается плавное повышение давления в системе подачи топлива, заполняются фильтры, а имеющийся воздух в емкостях фильтров, стравливается в линию 2 возврата.When the liquid fuel supply system is started, the pressure pump in the fuel preparation unit (not shown in the drawing) is turned on. When the pressure at inlet 29 to supply line 1 reaches the required value, pump 4 starts. Through the automatic recirculation valve 17, which serves to recirculate fuel in preparation for the system to start, liquid fuel flows from fuel supply line 1 to fuel return line 2 through the recirculation line 26. The fuel pressure behind the pump 4 increases. This ensures a smooth increase in pressure in the fuel supply system, the filters are filled, and the existing air in the filter tanks is bled into return line 2.

Далее включается тиристорное пусковое устройство ГТУ и открываются шаровые краны линии питания горелок и клапан запального газа.Next, the thyristor starting device of the gas turbine is turned on and the ball valves of the burner supply line and the ignition gas valve are opened.

При достижении частоты вращения примерно 8 Гц включаются свечи воспламенения и после достижения частоты вращения примерно 9 Гц, регулирующий клапан 6 автоматически включается и устанавливается в пусковое положение. Это сопровождается одновременным открытием аварийных запорных клапанов 5 и 8, топливо поступает в камеру сгорания и воспламеняется. При увеличении частоты вращения ротора ГТУ примерно до 28 Гц, расход жидкого топлива увеличивается. При достижении необходимого числа оборотов (примерно 36 Гц), автоматически прекращается подача запального газа и процесс горения жидкого топлива в камере сгорания поддерживается самостоятельно. На числе оборотов (примерно 38 Гц) отключается тиристорное пусковое устройство и при достижении скорости вращения ротора около 50 Гц включается регулятор скорости (на чертеже не показан) и принимает на себя управление регулирующим клапаном 9 линии возврата 2. Пуск ГТУ осуществлен.When the speed reaches approximately 8 Hz, the spark plugs are switched on and after reaching the speed of approximately 9 Hz, the control valve 6 is automatically switched on and set to the starting position. This is accompanied by the simultaneous opening of emergency shut-off valves 5 and 8, the fuel enters the combustion chamber and ignites. With an increase in the rotational speed of the GTU rotor up to about 28 Hz, the consumption of liquid fuel increases. When the required speed is reached (approximately 36 Hz), the pilot gas supply is automatically stopped and the process of burning liquid fuel in the combustion chamber is maintained independently. At the number of revolutions (approximately 38 Hz), the thyristor starting device is turned off and when the rotor speed reaches about 50 Hz, the speed controller (not shown in the drawing) is turned on and takes control of the control valve 9 of the return line 2. The gas turbine was started up.

Давление в топливной магистрали 1 регулируется с помощью регулирующего клапана 6, а регулирующий клапан 9 линии возврата 2 используется для регулировки расхода топлива.The pressure in the fuel line 1 is regulated by the control valve 6, and the control valve 9 of the return line 2 is used to regulate the fuel flow.

Когда выдается команда на отключение работы системы жидкого топлива, аварийный запорный клапан 5 и регулирующий клапан 6 закрываются, и отключается топливный насос 4. Регулирующий клапан 9 линии возврата 2 первоначально полностью открыт для того, чтобы не допустить подачу большого количества жидкого топлива в камеру сгорания. Аварийный запорный клапан 8 и регулирующий клапан 9 линии возврата 2 закрываются на одну секунду позже. Система жидкого топлива отключена. При останове мощность газовой турбины постепенно снижается. При очень небольшой положительной мощности генератор отключается от сети. Газовая турбина вращается без горения до снижения оборотов для включения валоповорота. Система жидкого топлива готова к следующему старту. Таким образом, заявляемая система подачи жидкого топлива обеспечивает полностью автоматическую работу системы при пуске, работе и при останове ГТУ.When a command to shut down the oil system is given, the emergency stop valve 5 and the control valve 6 close and the fuel pump 4 is turned off. The control valve 9 of the return line 2 is initially fully open in order to prevent a large amount of liquid fuel from entering the combustion chamber. The emergency stop valve 8 and the control valve 9 of the return line 2 close one second later. The liquid fuel system is disabled. When stopped, the power of the gas turbine is gradually reduced. With a very small positive power, the generator is disconnected from the network. The gas turbine rotates without combustion until the speed is reduced to turn on the barring. The liquid fuel system is ready for the next launch. Thus, the inventive liquid fuel supply system provides fully automatic operation of the system during start-up, operation and shutdown of the gas turbine.

Таким образом из вышеприведенного описания заявляемого изобретения следует, что желаемый технический результат достигнут в полной мере и предлагаемое техническое решение обладает рядом несомненных преимуществ по сравнению с прототипом.Thus, from the above description of the claimed invention, it follows that the desired technical result has been fully achieved and the proposed technical solution has a number of undoubted advantages compared to the prototype.

В частности, давление, равномерность и постоянство расхода подачи жидкого топлива к горелкам камеры сгорания и существенное сглаживание пиков давления осуществляется за счет одного дополнительного регулирующего клапана 9, установленного на линии возврата 2 жидкого топлива. При этом, по сравнению с прототипом, значительно упрощена конструкция системы подачи топлива. Так, снижено количество регулирующих клапанов в системе и упрощен алгоритм управления системой. В совокупности с установкой мембранных баков 7 перед насосом 4, осуществляющих гидродемпфирование и обеспечивающими стабильность давления на всасе насоса 4 в диапазоне от 4 до 7 бар, практически сводятся к минимуму вероятности возникновения гидроударов в системе обусловленных быстрым закрытием аварийных запорных клапанов 5 и 8 при пуске/останове насоса 4 и тем самым самопроизвольное аварийные отключения. Это подтверждается расчетными исследованиями авторов предлагаемого изобретения. Тем самым существенно увеличивается эксплуатационная надежность работы ГТУ. Кроме того, система подачи топлива снабжена устройствами измерения давления 18, 19, 20, которые позволяют в том числе отслеживать текущее давление в системе и фиксировать наличие гидроударов. Измерительные преобразователи давления 27, 21, 28, 22 выдают сигналы для своевременного срабатывания аварийных запорных клапанов 5, 8 и регулирующих клапанов 6, 8.In particular, the pressure, uniformity and constancy of the flow rate of liquid fuel supply to the burners of the combustion chamber and a significant smoothing of pressure peaks is carried out by one additional control valve 9 installed on the liquid fuel return line 2. At the same time, in comparison with the prototype, the design of the fuel supply system is greatly simplified. Thus, the number of control valves in the system has been reduced and the system control algorithm has been simplified. In conjunction with the installation of membrane tanks 7 in front of the pump 4, which provide hydraulic damping and ensure the stability of the pressure at the suction of the pump 4 in the range from 4 to 7 bar, the likelihood of hydraulic shocks in the system due to the rapid closing of emergency shut-off valves 5 and 8 during start-up is practically minimized. stopping the pump 4 and thus spontaneous emergency shutdowns. This is confirmed by the computational studies of the authors of the invention. This significantly increases the operational reliability of the GTU. In addition, the fuel supply system is equipped with pressure measuring devices 18, 19, 20, which allow, among other things, to monitor the current pressure in the system and record the presence of water hammer. Pressure transducers 27, 21, 28, 22 generate signals for the timely operation of emergency shut-off valves 5, 8 and control valves 6, 8.

Установка регулирующего клапана 6 на линии подачи 1 обеспечивает плавную подачу топлива в камеру сгорания, чем существенно улучшает пусковые характеристики. Кроме того, принимая во внимание, что регулирующие клапаны 6 и 9 одновременно выполняют функцию аварийных запорных клапанов, обеспечивается гарантированное отсечение линии подачи и возврата от камеры сгорания, чем сводится к минимуму проблема с просачиванием жидкого топлива в камеру сгорания через аварийные клапаны 5 и 8. Поскольку аварийный запорный клапан 5 не достаточно быстро закрывается, и часть топлива продолжает поступать в камеру сгорания, в случаях необходимости незамедлительного останова газовой турбины, регулирующий клапан 6 дополнительно снабжен жесткой пружиной, за счет чего осуществляется отсечение подачи жидкого топлива в камеру сгорания не более чем за 0,3 секунды, что обеспечивает практически мгновенную остановку подачи топлива в камеру сгорания и предотвращает скопление топлива в камере сгорания.The installation of a control valve 6 on the supply line 1 ensures a smooth supply of fuel to the combustion chamber, which significantly improves starting performance. In addition, taking into account that the control valves 6 and 9 simultaneously perform the function of emergency shut-off valves, a guaranteed cut-off of the supply and return lines from the combustion chamber is ensured, which minimizes the problem of leakage of liquid fuel into the combustion chamber through emergency valves 5 and 8. Since the emergency shut-off valve 5 does not close quickly enough, and part of the fuel continues to flow into the combustion chamber, in cases where it is necessary to immediately stop the gas turbine, the control valve 6 is additionally equipped with a rigid spring, due to which the supply of liquid fuel to the combustion chamber is cut off in no more than 0.3 seconds, which provides an almost instant stop of fuel supply to the combustion chamber and prevents fuel accumulation in the combustion chamber.

Подаваемое топливо с выхода 31 с линии подачи топлива 1 поступает в камеру форсунок горелки, после чего разделяется на два потока, один из которых впрыскивается в камеру сгорания, а второй возвращается в линию возврата жидкого топлива 2. Подобное разделение потоков, примененное в предлагаемой системе подачи жидкого топлива, предназначено для обеспечения противодавления в линии возврата 2, которое определяется степенью открытия регулирующего клапана 9. Это позволяет контролировать количество подаваемого топлива в горелки. Так, при почти полном закрытии регулирующего клапана 9 на линии возврата 2 повышается давление, при этом в линию возврата 2 поступает небольшое количество топлива, а основная часть топлива впрыскивается в горелки. Если регулирующий клапан 9 значительно открыт, давление в линии возврата 2 поддерживается низким, тем самым основная часть топлива поступает в линию возврата 2, и лишь незначительная часть топлива в горелки.The supplied fuel from outlet 31 from the fuel supply line 1 enters the burner injector chamber, after which it is divided into two streams, one of which is injected into the combustion chamber, and the second returns to the liquid fuel return line 2. A similar flow separation used in the proposed supply system liquid fuel, is designed to provide back pressure in the return line 2, which is determined by the degree of opening of the control valve 9. This allows you to control the amount of fuel supplied to the burners. So, when the control valve 9 is almost completely closed, the return line 2 is pressurized, while a small amount of fuel enters the return line 2, and the main part of the fuel is injected into the burners. If the control valve 9 is significantly open, the pressure in the return line 2 is kept low, thereby the main part of the fuel goes to the return line 2, and only a small part of the fuel goes to the burners.

Данная система позволяет поддерживать требуемое давление в системе, расход и степень очистки, благодаря которым обеспечивается надежность и долговечность работы как предлагаемой системы, так и системы работы всего газотурбинного оборудования в целом.This system allows you to maintain the required pressure in the system, the flow rate and the degree of purification, which ensures the reliability and durability of both the proposed system and the system of operation of all gas turbine equipment as a whole.

В предлагаемой системе улучшена и повышена надежность работы узла фильтрации топлива. Поскольку требования к подаваемому топливу очень высокое и жидкое топливо, подаваемое из блока подготовки топлива, может содержать твердые частицы, которые могут повредить насос 4, форсунки горелок и лопатки турбины, поэтому на входе в линию подачи жидкого топлива 1 установлен сдвоенный фильтр 3 жидкого топлива. Для защиты топливного насоса 4, в сдвоенном фильтре 3 предусмотрена линия стравливания 16 воздуха через клапан продувочный 15 для заполнения фильтра 3 топливом и удалением воздуха. Стравливание воздуха производится в линию возврата 2.In the proposed system, the reliability of the fuel filtration unit has been improved and increased. Since the requirements for the fuel supplied are very high and the liquid fuel supplied from the fuel preparation unit may contain solid particles that can damage the pump 4, burner nozzles and turbine blades, therefore, a double filter 3 of the liquid fuel is installed at the inlet of the liquid fuel supply line 1. To protect the fuel pump 4, the dual filter 3 has an air bleed line 16 through the purge valve 15 to fill the filter 3 with fuel and remove air. Air is bled to return line 2.

Важным достоинством предлагаемой системы является установка после насоса 4 клапана рециркуляции 17, который выполняет две функции. Одна из которых - это функционирование в качестве обратного клапана, а вторая - это режим рециркуляции топлива. Клапан рециркуляции 17 позволяет направлять небольшой расход жидкого топлива в линию возврата 2 на этапе запуска системы жидкого топлива, когда еще закрыты аварийные запорные клапаны 5 и 8. Линия рециркуляции 26 при этом дополнительно снабжена регулятором сопротивления для регулирования давления. Этим в том числе обеспечивается плавное повышение давления в системе подачи топлива, заполняются фильтры, имеющийся воздух в системе стравливается в линию 2 возврата.An important advantage of the proposed system is the installation after pump 4 of the recirculation valve 17, which performs two functions. One of which is functioning as a check valve, and the second is the fuel recirculation mode. The recirculation valve 17 makes it possible to direct a small flow of liquid fuel into the return line 2 at the stage of starting the liquid fuel system, when the emergency shut-off valves 5 and 8 are still closed. The recirculation line 26 is additionally equipped with a resistance regulator for pressure control. This, among other things, ensures a smooth increase in pressure in the fuel supply system, filters are filled, the existing air in the system is bled into return line 2.

Аварийный запорный клапан 5, установленный далее по течению топлива предназначен либо для открытия, либо прекращения подачи жидкого топлива к горелкам камеры сгорания во время пуска или останова, либо при переходе с одного типа топлива на другое. Предусмотренный в конструктивной схеме аварийный запорный клапан 8 на линии возврата жидкого топлива 2 обеспечивает отсечение возвратного трубопровода от горелок камер сгорания. Это необходимо для того, чтобы предотвратить утечку топлива в камеру сгорание через возвратный трубопровод, например, в тех случаях, когда к возвратному трубопроводу подключены другие трубопроводы, которые находятся под давлением, например, когда несколько газовых турбин подключены к общему возвратному трубопроводу.The emergency stop valve 5, installed downstream of the fuel, is designed to either open or stop the supply of liquid fuel to the burners of the combustion chamber during start-up or shutdown, or when switching from one type of fuel to another. The emergency shut-off valve 8 provided in the design scheme on the liquid fuel return line 2 cuts off the return pipeline from the burners of the combustion chambers. This is necessary in order to prevent leakage of fuel into the combustion chamber through the return pipeline, for example, in cases where other pipelines that are under pressure are connected to the return pipeline, for example, when several gas turbines are connected to a common return pipeline.

Для исключения достижения чрезмерных значений давления топлива при его нагреве, предусмотрена система защиты от превышения давления. Для этого система снабжена линией сброса топлива 10 с линии подачи топлива 1 и линией сброса 13 с линии возврата топлива 2. Для этого линия сброса 10 топлива снабжена предохранительным клапаном 12, а линия сброса топлива 13 снабжена предохранительным клапаном 14. Наличие этих линий также обеспечивают улучшение пусковых и эксплуатационных характеристик ГТУ. Система также снабжена дренажным баком 11, куда сливаются все излишки топлива, например, при срабатывании линий сброса топлива 10 и 13. При заполнении дренажного бака 11, топливо перекачивается насосом 23 через линию откачки 24 дренажного топлива в возвратную линию 2 жидкого топлива.To prevent the achievement of excessive values of fuel pressure when it is heated, an overpressure protection system is provided. To this end, the system is equipped with a fuel discharge line 10 from the fuel supply line 1 and a discharge line 13 from the fuel return line 2. To this end, the fuel discharge line 10 is provided with a safety valve 12, and the fuel discharge line 13 is provided with a safety valve 14. The presence of these lines also provides an improvement starting and operating characteristics of gas turbines. The system is also equipped with a drain tank 11, where all excess fuel is drained, for example, when the fuel dump lines 10 and 13 are triggered. When the drain tank 11 is filled, the fuel is pumped by the pump 23 through the drain fuel pumping line 24 into the liquid fuel return line 2.

Таким образом, предлагаемая конструкция системы подачи жидкого топлива в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет обеспечить достижение заявленного технического результата, а именно повысить эксплуатационную надежность работы системы подачи жидкого топлива и ГТУ в целом, при одновременном упрощении ее конструкции и алгоритма управления, а также снижении стоимости ее изготовления.Thus, the proposed design of the liquid fuel supply system in the set of essential features disclosed above makes it possible to achieve the claimed technical result, namely, to increase the operational reliability of the liquid fuel supply system and gas turbine as a whole, while simplifying its design and control algorithm, as well as reducing the cost its manufacture.

Claims

1. The system for supplying liquid fuel to the burners of the combustion chamber of a gas turbine plant, which contains a liquid fuel supply line, a filtration unit, a liquid fuel supply pump, emergency, shut-off, control equipment and devices for measuring flow and pressure, liquid fuel recirculation and return lines with control valves and a shut-off valve, characterized in that before the fuel pump 4, membrane tanks 7 are installed, providing a constant pressure at the inlet to the pump in the range from 4 to 7 bar, while after the pump 4, a liquid fuel recirculation valve 17 is installed with a recirculation line 26, connecting the line supply 1 of liquid fuel with a return line 2 of liquid fuel, while as the last element of the supply line 1 of liquid fuel, one control valve 6 is installed, which, among other things, performs the function of an emergency shut-off valve that cuts off the supply of liquid fuel to the combustion chamber by no more than for 0.3 seconds, and on the return line 2 liquid fuel, one control valve 9 is installed, while on the fuel supply line 1 between the emergency valve 5 and the control valve 6, a fuel discharge line 10 is built into the drain tank 11 with a safety valve 12 installed, when the pressure in the fuel line 1 is exceeded, while on the line fuel return 2 between the emergency valve 8 and the control valve 9, another fuel discharge line 13 is built into the drain tank 11 with a safety valve 14 installed, while each emergency and control valve is equipped with only one inlet and outlet.

2. The system according to claim 1, characterized in that the liquid fuel filter 3 on the liquid fuel supply line 1 is double and is installed in front of the fuel pump 4.

3. The system according to claim 2, characterized in that the dual filters 3 contain purge valves 15 and a pipeline for the mandatory bleeding of air 16, when the filters 3 are filled with liquid fuel.

4. The system according to claim 1, characterized in that on the liquid fuel supply line 1, an emergency shut-off valve 5 is installed after the recirculation valve 17.

5. The system according to claim 1, characterized in that a resistance regulator 25 is installed on the recirculation line 26.

6. The system according to claim 1, characterized in that on the liquid fuel return line 2, an emergency shut-off valve 8 is installed in front of the control valve 9.

7. The system according to claim 1, characterized in that on the liquid fuel return line 2, the pressure transducer 22 is installed after the control valve 9.

8. The system according to claim 1, characterized in that the liquid fuel supply line 1 has an input 29 for connecting the liquid fuel supply line from the fuel preparation unit and an output 31 for connecting the fuel supply line to the burners of the gas turbine combustion chamber.

9. The system according to claim 1, characterized in that the liquid fuel return line 2 has an inlet 32 for connecting the fuel return line from the burners of the gas turbine combustion chamber and an outlet 30 for connecting to the fuel return line to the fuel preparation unit.