Procedimiento para el funcionamiento de un grupo de turbinas de gas.

Procedimiento para el funcionamiento de un grupo de turbinas de gas (1), que comprende comprimir una corriente de masas de aire en un compresor

(11), introducir la corriente de masas de aire comprimida en una primera cámara de combustión (12), quemar una primera corriente de masas de combustible en la primera cámara de combustión en la corriente de masas de aire comprimida, expandir el gas caliente resultante en una primera turbina (13), introducir el gas caliente parcialmente expandida en una segunda cámara de combustión (14), y quemar una segunda corriente de masas de combustión en la segunda cámara de combustión en el gas caliente parcialmente expandido, cuyo procedimiento comprende, además, alimentar al grupo de turbinas de gas la primera corriente de masas de combustible y la segunda corriente de masas de combustible con una presión de suministro de combustible y predeterminar la distribución de una corriente de masas de suma en la primera y en la segunda corriente de masas de combustible de acuerdo con un concepto de funcionamiento normal, caracterizado por que si no se alcanza un valor límite, se desvía al menos una de las presiones de suministro de combustible desde la distribución de acuerdo con el concepto de funcionamiento normal y se reduce frente al concepto de funcionamiento normal la primera corriente de masas de combustible en la medida de una corriente de masas diferencial y se eleva la segunda corriente de masas de combustible al menos en la medida de la corriente de masas diferencial.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2005/056675.

Solicitante: ALSTOM TECHNOLOGY LTD.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: BROWN BOVERI STRASSE 7 5400 BADEN SUIZA.

Inventor/es: ZAJADATZ,MARTIN, BRAUTSCH,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > F02C6/00 (Plantas motrices de turbinas de gas múltiples; Combinaciones de plantas motrices de turbinas de gas con otros aparatos (predominando los aspectos concernientes a tales aparatos, ver las clases apropiadas para los aparatos ); Adaptaciones de plantas de turbina de gas para usos especiales)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Características, partes constitutivas, detalles... > F02C7/228 (Repartición del combustible entre varios quemadores)

PDF original: ES-2548236_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para el funcionamiento de un grupo de turbinas de gas Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento para el funcionamiento de un grupo de turbinas de gas de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Además, se refiere a un módulo de control configurado para el control de un grupo de turbinas de gas de acuerdo con un procedimiento según la invención de una central eléctrica, así como a un código digital, a través del cual se configura un módulo de control de una central eléctrica y se induce a accionar la central eléctrica de acuerdo con un procedimiento según la invención.

Estado de la técnica

El funcionamiento de una turbina de gas con combustible en forma de gas requiere al menos una presión previa del gas combustible, que debe ser al menos tan alta como la presión en la cámara de combustión más la caída de la presión sobre el sistema de combustible. La caída de la presión depende en una medida alta de la corriente volumétrica de combustible, es decir, en condiciones por lo demás constantes, de la corriente de masas de combustible. Las cámaras de combustión con quemadores de mezcla previa de los tipos de construcción, que se conocen, entre otros, a partir de los documentos EP 321 809, EP 780 629, WO 01/96785, WO 92/19913, WO 93/17279, necesitan una caída de la presión del gas combustible comparativamente alta, para que el gas combustible para la combustión de la mezcla previa pueda salir con un impulso alto y finamente distribuido a través de los orificios de salida de combustible comparativamente pequeños. En un grupo de turbinas de gas moderno, que trabaja, por ejemplo, en una cámara de combustión de alta presión con una presión de la cámara de combustión de 30 bares, se necesitan para el funcionamiento a plena carga, en general, presiones del combustible en el intervalo de 40 a 50 o incluso 60 bares y más. La presión previa del gas combustible necesario se especifica normalmente en la fase de proyecto y o bien debe garantizarse por la red de distribución de gas, o son necesarias estaciones de compresor de gas caras y costosas, cuyo funcionamiento consume, por ejemplo, una potencia en el intervalo de 2 a 5 MW. Cuando no se puede preparar la presión previa del gas combustible necesaria, entonces se puede accionar el grupo de turbinas de gas de acuerdo con el estado de la técnica solamente con potencia reducida. Por lo tanto, las estaciones de compresor del gas se ejecutan con frecuencia incluso redundantes, lo que significa un gasto de capital adicional alto.

Representación de la invención

De acuerdo con un aspecto ejemplar de la invención debe indicarse un procedimiento del tipo mencionado al principio, de manera que se evitan los inconvenientes del estado de la técnica. De acuerdo con un aspecto específico de la invención, debe indicarse el procedimiento para que con una previsión previa reducida del gas combustible se pueda accionar el grupo de turbinas de gas también adicionalmente con una cesión de potencia lo más alta posible, sin tener de accionar una estación de compresor de gas adicional.

Esto, además de una pluralidad de otras actuaciones ventajosas, se consigue con el procedimiento indicado en la reivindicación 1.

El procedimiento propuesto parte del proceso de trabajo de un grupo de turbinas de gas con combustión secuendal, como se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 8620 362; esta publicación representa con respecto al contenido de la publicación a este respecto un componente integral de la presente invención. El procedimiento propuesto aquí hace uso, por una parte, de que en la segunda cámara de combustión está presente una presión más reducida que en la primera cámara de combustión. Por lo tanto, el combustible, que se transforma en la segunda cámara de combustión, debe circular contra una contra presión más reducida, de manera que ya en el supuesto de los mismos coeficientes de pérdida de presión de los sistemas de distribución de combustible para el transporte de una corriente de masas de combustible determinada, es suficiente una presión previa el gas más reducida o una presión de suministro de gas combustible más reducida. A ello hay que añadir, dado el caso, que la segunda cámara de combustión, que está realizada, por ejemplo, como cámara de combustión de autoencendido, tal como se conoce, por ejemplo, a partir de los documentos EP 620 403 o EP 669 500, en las formas de realización ejemplares de la invención está equipada con lanzas de combustible, que presentan coeficientes de pérdida de presión más reducidos que los quemadores de mezcla previa mencionados, que encuentran aplicación en una forma de realización ejemplar de la invención en la primera cámara de combustión. El procedimiento descrito aquí comprende alimentar a un grupo de turbinas de gas con combustión secuencial, como se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 620 262, una corriente de masas de suma de un combustible en un conducto de suministro común con una presión de suministro de combustible, y distribuirla con una presión suficiente de suministro de combustible de acuerdo con un concepto de funcionamiento normal sobre una primera corriente de masas de combustible para la primera cámara de combustión o cámara de combustión de alta presión y una segunda corriente de masas de combustible para la segunda cámara de combustión o cámara de combustión de baja presión. La utilización de un conducto de suministro común es en este caso preferida, pero no forzosa, siendo posible también prever dos sistemas de conducción individuales para las dos cámaras de combustión y alimentar el combustible a

través de éstos, respectivamente, con una presión de suministro de combustible, dado el caso, diferente individualmente o con preferencia esencialmente igual. La corriente de masas de suma es en este caso la suma sencilla de las corrientes de masas en estos dos conductos de alimentación y el concepto de funcionamiento normal consiste en controlar los dos sistemas de conducto de alimentación de tal manera que esta corriente de masas de suma se distribuye sobre una primera corriente de masas de combustible para la primera cámara de combustión o cámara de combustión de alta presión y una segunda corriente de masas de combustible para la segunda cámara de combustión o cámara de combustión de baja presión en cierto modo de acuerdo con el concepto. La corriente de masas de suma se determina, por ejemplo, regulando el grupo de turbinas de gas a una potencia útil determinada, es decir, de tal manera que la cesión de potencia útil del grupo de turbinas de gas corresponde a un valor teórico. El concepto de funcionamiento normal comprende, por ejemplo, predeterminare la distribución de la corriente de masas de suma sobre la primera y la segunda cámara de combustión como función de la cesión de la potencia útil del grupo de turbinas de gas, siendo utilizada la cesión de potencia útil como magnitud absoluta o como magnitud relativa, relacionada con una potencia máxima; el técnico conoce en este caso que la potencia máxima de un grupo de turbinas de gas que respira aire varía en gran medida con los estados del medio ambiente y en particular con la temperatura y la presión en la entrada del compresor. En otra forma de realización del procedimiento, el concepto de funcionamiento normal comprende calcular la temperatura de entrada del gas callente a la entrada en la primera turbina de una manera adecuada y conocida en sí, y medir la primera corriente de masas de combustible, de tal manera que la temperatura de entrada alcance un valor límite superior admisible; la porción excedente de la corriente de masas de suma se atribuye entonces a la segunda cámara de combustión. Estas dos formas de realización ejemplares pueden encontrar... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Procedimiento para el funcionamiento de un grupo de turbinas de gas (1), que comprende comprimir una corriente de masas de aire en un compresor (11), introducir la corriente de masas de aire comprimida en una primera cámara de combustión (12), quemar una primera corriente de masas de combustible en la primera cámara de combustión en la corriente de masas de aire comprimida, expandir el gas caliente resultante en una primera turbina (13), introducir el gas caliente parcialmente expandida en una segunda cámara de combustión (14), y quemar una segunda corriente de masas de combustión en la segunda cámara de combustión en el gas caliente parcialmente expandido, cuyo procedimiento comprende, además, alimentar al grupo de turbinas de gas la primera corriente de masas de combustible y la segunda corriente de masas de combustible con una presión de suministro de combustible y predeterminar la distribución de una corriente de masas de suma en la primera y en la segunda corriente de masas de combustible de acuerdo con un concepto de funcionamiento normal, caracterizado por que si no se alcanza un valor límite, se desvía al menos una de las presiones de suministro de combustible desde la distribución de acuerdo con el concepto de funcionamiento normal y se reduce frente al concepto de funcionamiento normal la primera corriente de masas de combustible en la medida de una corriente de masas diferencial y se eleva la segunda corriente de masas de combustible al menos en la medida de la corriente de masas diferencial.

2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el procedimiento comprende, además, alimentar al grupo de turbinas de gas la primera corriente de masas de combustible y la segunda corriente de masas de combustible en un conducto de suministro común (50) con una presión de suministro de combustible, en el caso de que no se alcance un valor límite de la presión de suministro de combustible en el conducto de suministro común, desviarlo desde la distribución de acuerdo con el concepto de funcionamiento normal y reducir frente al concepto de funcionamiento normal la primera corriente de masas de combustible en la medida de una corriente de masas diferencial y elevar la segunda corriente de masas de combustible al menos en la medida de la corriente de masas diferencial.

3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el concepto de funcionamiento normal comprende la distribución de la corriente de masas de suma como función de la cesión de potencia útil Pact del grupo de turbinas de gas.

4.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, que comprende determinar, para la distribución de la corriente de masas de suma, la temperatura de entrada del gas caliente durante la entrada en la primera turbina (13), añadir a la primera cámara de combustión (12) la primera corriente de masas de combustible, de tal manera que la temperatura de entrada alcanza un valor límite superior admisible y añadir la porción excedente de la corriente de masas de suma a la segunda cámara de combustión (14) como segunda corriente de masas de combustible.

5.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por regular la corriente de masas de suma de tal manera que la cesión de potencia útil del grupo de turbinas de gas corresponde a un valor teórico.

6.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende establecer el valor límite de la presión de suministro de combustible en función de la cesión de potencia útil del grupo de turbinas de gas.

7.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por medir directamente la presión de suministro de combustible.

8.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por establecer la corriente de masas diferencial en función de la diferencia entre el valor límite de la presión y la presión real de suministro, siendo la corriente de masas diferencial tanto mayor cuanto menos es la presión efectiva de suministro.

9.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que en función de la modificación de la primera corriente de masas de combustible, adaptar la distribución interna del combustible de la primera cámara de combustible.

10.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por mantener constante la corriente de masas de suma, reducir la primera corriente de masas de combustible en la medida de masas diferencial, y elevar la segunda corriente de masas de combustible en la medida de la corriente de masas diferencial.

11.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por reducir la primera corriente de masas de combustible en la medida de la corriente de masas diferencial, elevar la segunda corriente de masas de combustible en la medida de la corriente de masas diferencial y, además, elevar la segunda corriente de masas de combustible en la medida de otra corriente de masas, de tal manera que se mantiene constante la cesión de potencia útil del grupo de turbinas de gas.

12.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende elevar la cesión de potencia

útil del grupo de turbinas de gas, elevar la corriente de masas de suma, distribuir la corriente de masas de suma de acuerdo con un concepto de funcionamiento normal sobre la primera corriente de masas de combustible y la segunda corriente de masas de combustible, y en el caso de que no se alcance el valor límite de la presión de suministro de combustible, no elevar adicionalmente la primera corriente de masas de combustible y agregar la 5 elevación de la corriente de masas de combustible, necesaria para la elevación de la cesión de la potencia útil, en toda la extensión a la segunda corriente de masas de combustible.

13.- Módulo de control (60) de una central eléctrica, que está configurado para la realización de un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

14.- Código digital, que es adecuado para ser ejecutado en un módulo de control (60) de una central eléctrica y, 10 cuando se ejecuta en el módulo de control de una central eléctrica, inducir al módulo de control a accionar la central

eléctrica de acuerdo con un procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores.

15.- Soporte de datos (63), sobre el que está registrado un código digital de acuerdo con la reivindicación 14 y/o su código fuente.