Método y dispositivo para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman particularmente en un conducto de combustible, así como en las válvulas de combustible de una turbina de gas.

Método para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman en un conducto

(9) que alimenta combustible, que incorpora una válvula (15), en el cual se determina el grado de apertura del paso de válvula, y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, caracterizado porque se determina una medida para la deposición de partículas sólidas en el conducto (9) que alimenta combustible, en tanto que el grado de apertura del paso de válvula y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, se comparan con una referencia previamente determinada, que caracteriza al conducto (9) libre de deposición.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2006/067102.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: PRADE, BERND, DIEBELS,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION > ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE A LOS APARATOS DE COMBUSTION... > Alimentación o distribución de otros combustibles... > F23K5/14 (Partes constitutivas)
  • 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... > F02C7/30 (Prevención de la corrosión en los espacios barridos por los gases)

PDF original: ES-2496143_T3.pdf

 

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Método y dispositivo para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman particularmente en un conducto de combustible, así como en las válvulas de combustible de una turbina de gas.

Fragmento de la descripción:

Método y dispositivo para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman particularmente en un conducto de combustible, así como en las válvulas de combustible de una turbina de gas.

La presente invención hace referencia a un método para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman en un conducto que alimenta combustible que incorpora una válvula. La presente invención hace referencia además a un dispositivo para la monitorización de la deposición mencionada. El método, así como el dispositivo se pueden utilizar en instalaciones de turbinas de gas y en otras instalaciones de combustión, por ejemplo, combustión de caldera. Un método conforme a la clase y un dispositivo conforme a la clase, se conocen a partir de la patente US 20 040 031 268.

Una instalación de turbina de gas comprende, al menos, un compresor, una cámara de combustión, así como una turbina. En el compresor se realiza una compresión del aire de admisión, al cual se añade a continuación un combustible. En la cámara de combustión se realiza una combustión de la mezcla. A continuación, los gases que se liberan de la combustión se suministran para generar la energía de la turbina.

Actualmente, las instalaciones de turbinas de gas se encuentran equipadas con cámaras de combustión de múltiples etapas, en las que existe una pluralidad de etapas de quemador a accionar, paralelas entre sí. Las etapas de quemador mencionadas se pueden accionar individual o conjuntamente, según el grado de utilización de la instalación de turbina de gas. Convencionalmente, las etapas de quemador paralelas comprenden además de, al menos, una etapa de quemador principal, al menos, una etapa de quemador piloto, en donde la fracción mayor de combustible, se suministra a la etapa de quemador principal.

Las fluctuaciones de la cantidad de combustible suministrada en la etapa de quemador principal y en la etapa de quemador piloto, generan fluctuaciones en el rendimiento y emisiones incrementadas de NOx, debido a estados de combustión inestables. El mantenimiento del rendimiento o bien, de las emisiones reducidas de NOx, se realiza en general mediante el ajuste de la cantidad de combustible suministrada a la etapa de quemador principal y a la etapa de quemador piloto, y para dicho fin las etapas mencionadas se encuentran provistas de una válvula de medida ajustable. Generalmente el combustible se presenta en forma gaseosa. Además de las partículas sólidas que contiene previamente el combustible, se pueden formar partículas sólidas, por ejemplo, por sublimación del combustible, particularmente de azufre que contiene el combustible. Las partículas sólidas mencionadas se depositan en el interior del conducto.

Sin embargo, la deposición de partículas sólidas en los conductos de combustible, generan desplazamientos de la característica de la válvula y, de esta manera, en el suministro del combustible, es decir, en la distribución relativa del combustible en las etapas del quemador. Además, existe el riesgo de que se suministre una cantidad menor de combustible a las etapas o quemadores individuales, que la necesaria para la combustión. El riesgo mencionado conduce a emisiones e inestabilidades de la combustión incrementadas. Para determinar la medida de la deposición, y para tomar acciones para realizar la limpieza en el caso de una deposición considerable, hasta el momento se debe desconectar la instalación de turbina de gas, hecho que resulta una gran desventaja.

Por consiguiente, el objeto de la presente invención consiste en revelar un método para un fácil mantenimiento, para la monitorización de las partículas sólidas y de la deposición asociada a dichas partículas, sin embargo, en lo posible sin la necesidad de contar con tiempos de detención de la instalación. Otro objeto consiste en revelar un dispositivo que permita particularmente la monitorización mencionada. El método así como el dispositivo, se pueden utilizar en una turbina de gas.

El objeto mencionado en relación con el método, se resuelve conforme a la presente invención, mediante un método para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman en un conducto que alimenta combustible, que incorpora una válvula, en donde se determina una medida para la deposición de partículas sólidas en el conducto que alimenta combustible, en tanto que se determinan el grado de apertura del paso de válvula y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, y se comparan con una referencia previamente determinada, que caracteriza el conducto libre de deposición.

La presente invención parte de la experiencia de que siempre se debe adaptar la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, en el conducto. Sin embargo, la deposición genera una sección de flujo efectivo menor en el conducto. A la característica mencionada se asocia un flujo reducido e interrumpido de combustible a través del conducto. Sin embargo, la cantidad de combustible se debe mantener constante en lo posible, para un estado de funcionamiento determinado. Para lograr el mantenimiento mencionado, la válvula se abre aún más que en la apertura necesaria en el caso de un conducto libre de deposición. Mediante el grado de apertura adicional, en comparación con el conducto libre de deposición, se permite el paso de una cantidad mayor de combustible a través de la válvula, para mantener constante la cantidad de combustible en el conducto. En el caso de un conducto libre de deposición, el grado de apertura adicional significaría un incremento en la cantidad de combustible que fluye.

La presente invención parte del principio que consiste en que la medida de la deposición se determina mediante el grado de apertura adicional necesario de la válvula, es decir, el grado de apertura de la válvula del conducto afectado por la deposición, en comparación con el grado de apertura del conducto libre de deposición.

La medida de la deposición se determina mediante el grado de apertura de la válvula. Para obtener dicha medida, se determinan previamente diferentes referencias que caracterizan un conducto limpio sin deposición. Las referencias mencionadas se determinan respectivamente en relación con las condiciones límite, por ejemplo, el tipo de combustible. En este punto, se mide la cantidad de combustible necesaria que fluye a través de la válvula, ante la presencia de deposición. La cantidad de combustible mencionada se utiliza en la referencia. A partir de la referencia mencionada, se puede determinar el grado de apertura teórico de la válvula, ante la cantidad mencionada de combustible que fluye, en el caso de un conducto teóricamente libre de deposición. En este punto, el grado de apertura calculado se compara con el grado de apertura real existente de la válvula. La variación del grado de apertura en el caso de un conducto libre de deposición y uno afectado por deposición, está correlacionado con la variación del flujo de combustible en el caso de un conducto libre de deposición y uno afectado por deposición. Por lo tanto, en el caso que la variación del grado de apertura sea demasiado elevada, se permite el paso de una cantidad mucho mayor de combustible a través de la válvula supuestamente libre de deposición, en comparación con la necesaria originalmente, para mantener constante la cantidad de combustible en el conducto. Como consecuencia, en el conducto se ha depositado una gran cantidad de partículas sólidas. De manera correspondiente, esto se aplica de manera inversa.

La determinación de la medida de la deposición se realiza sin una inspección visual en, por ejemplo, una instalación de turbina de gas, es decir, sin la necesidad de una desconexión ni periodos de tiempo de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman en un conducto (9) que alimenta combustible, que incorpora una válvula (15) , en el cual se determina el grado de apertura del paso de válvula, y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, caracterizado porque se determina una medida para la deposición de partículas sólidas en el conducto (9) que alimenta combustible, en tanto que el grado de apertura del paso de válvula y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, se comparan con una referencia previamente determinada, que caracteriza al conducto (9) libre de deposición.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el grado de apertura del paso de válvula, está determinado por la carrera de la válvula.

3. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se determinan y se almacenan los datos de funcionamiento para un conducto (9) sin deposición.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque como referencia se calculan curvas características teóricas (90) a partir de los datos de funcionamiento, como una función de referencia para la cantidad de combustible.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque se normaliza la función de referencia.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, que presenta las siguientes etapas:

- Cálculo del flujo a través de la válvula (15) , teóricamente adaptado a la curva característica teórica (90) , a partir de la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, mediante la curva característica teórica (90) , -Comparación del flujo mencionado, teóricamente calculado, de combustible que fluye a través de la válvula (15) , con el flujo real.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque la monitorización de la deposición se realiza de manera continua.

8. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el combustible se suministra a través de un conducto de combustible (13) .

9. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque con el combustible se acciona, al menos, una etapa de quemador en una cámara de combustión (3) .

10. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-8, caracterizado porque con el combustible se accionan, al menos, dos etapas de quemador paralelas en una cámara de combustión (3) , en donde

- al menos, una de las etapas de quemador, se acciona como una etapa de combustible piloto, y -al menos, una de las etapas de quemador, se acciona como una etapa de combustible principal.

11. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se permite una corrección del suministro de combustible.

12. Método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el método se utiliza en una turbina de gas.

13. Dispositivo para la monitorización de la deposición de partículas sólidas que se forman en un conducto (9) que alimenta combustible, que incorpora una válvula (15) , que comprende un dispositivo de medición (45) para determinar el flujo real de combustible, y un dispositivo de medición (40) para determinar la posición real de la válvula, así como un sistema de evaluación (65) , en donde los dispositivos de medición (45, 40) se encuentran conectados con el sistema de evaluación (65) , caracterizado porque el sistema de evaluación determina una medida para la deposición de partículas sólidas en el conducto (9) que alimenta combustible, en tanto que el grado de apertura del paso de válvula y la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula, se comparan con una referencia previamente determinada, que caracteriza el conducto (9) libre de deposición.

14. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el combustible es gaseoso.

15. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque el combustible es líquido.

16. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-15, caracterizado porque el sistema de evaluación (65) comprende una unidad de cálculo (50) para determinar los datos de funcionamiento en un conducto (9) libre de deposición.

17. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-16, caracterizado porque el sistema de evaluación (65) comprende una unidad de cálculo (55) para calcular el flujo teórico de la cantidad de combustible a través de la válvula (15) , adaptado a los datos de funcionamiento libre de deposición, para la cantidad de combustible que fluye a través de la válvula.

18. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-17, caracterizado porque el sistema de evaluación (65) comprende una unidad de cálculo (60) para determinar la diferencia entre el caudal teórico de combustible y el 10 caudal real.

19. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-18, caracterizado porque además del conducto (9) que alimenta combustible, se proporciona, al menos, un conducto (11) que alimenta combustible adicional, que incorpora una válvula (17) .

20. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 13-19, caracterizado porque el conducto (9) que 15 alimenta combustible, está diseñado con un conducto de combustible (13) para el suministro del combustible.

21. Cámara de combustión (3) con un dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes 13-20.

22. Turbina de gas con una cámara de combustión (4) de acuerdo con la reivindicación 21.