CAMARA DE COMBUSTION PARA UNA TURBINA DE GAS.

Cámara de combustión (6, 48, 72) para una turbina de gas (2, 50,

70) con al menos un primer y un segundo portasurtidor (14, 16, 52), de los cuales al menos uno de ellos se encuentra previsto para inyectar un gas de funcionamiento en un espacio de combustión (12) de modo tal, que el gas de escape formado en la zona de llama (34, 38, 68) en el espacio de combustión (12) recircule en una zona de mezcla (28) del primer portasurtidor (14), caracterizada porque los portasurtidores (14, 16, 52) se encuentran posicionados de modo tal uno con respecto al otro, que el gas de escape fluye desde la zona de llama (34) del primer portasurtidor (14) directamente en una zona de mezcla (30, 66) del segundo portasurtidor (16, 52), de modo que a través del flujo directo del gas de escape desde la primer zona de llama (34) en la zona de mezcla (30) del segundo portasurtidor (16) puede allí, sin una recirculación del gas de escape, alcanzarse una estabilización de la llama a través del gas de escape caliente

La presente invención hace referencia una cámara de combustión para una turbina de gas con al menos un primer y un segundo portasurtidor, de los cuales al menos uno se encuentra previsto para inyectar un gas de funcionamiento en un espacio de combustión de modo tal, que el gas de escape formado en la zona de llama en el espacio de combustión recircule en una zona de mezcla del primer portasurtidor

10 Para lograr una combustión moderada y estable en una turbina de gas, es conocido el hecho de inyectar gas de funcionamiento en forma de gas de combustión y aire premezclados a través de los portasurtidores en un espacio de combustión, de modo tal que puede ser generada una combustión pobre con una producción reducida de componentes contaminantes, en particular NOx y CO. Los sistemas de combustión semejantes, basados en llamas del chorro premezcladas, presentan la ventaja, en comparación con sistemas estabilizados por rotación, de que pueden ser mantenidas al mínimo las oscilaciones de intercambio de calor y, con ello, las fluctuaciones de densidad, así como las fluctuaciones de presión. Puede ser evitada una combustión inestable y ruidosa. A través de la elección adecuada del impulso del chorro, pueden generarse estructuras de flujo en pequeña escala, las cuales disipan las fluctuaciones de intercambio de calor inducidas acústicamente y, con ello, atenúan las pulsaciones de presión típicas para llamas estabilizadas por rotación.

Una estabilización de la combustión, logrando en forma simultánea un alto grado de eficacia y una producción reducida de sustancias contaminantes, puede 25 alcanzarse a través de una intensa dilución del gas de funcionamiento con gases de escape de la combustión. En lugar de un frente de la llama visible, tiene lugar una combustión no luminosa, conocida también como combustión suave, combustión incolora o combustión de volumen. Un flujo de volumen elevado de gas de escape en la zona de combustión puede ser alcanzado a través de una recirculación de gases de 30 escape de la combustión, la cual, preferentemente, se produce en el interior de la cámara de combustión. Los gases de escape de la combustión recirculados diluyen el gas fresco introducido en el espacio de combustión y, además, llevan a un

precalentamiento elevado de la mezcla de gas originada, a temperaturas por encima de una temperatura de inflamación espontánea del gas de escape. En lugar del frente tradicional de la llama se alcanza una zona de llama de gran volumen, en cuyo volumen se produce una combustión aproximadamente constante.

5 Se conoce una cámara de combustión para una combustión sin llama visible a través de la solicitud WO-2006/094896 A1.

Por la solicitud DE 10 2005 008 421 A1 se conoce un espacio de combustión para una turbina de gas, donde el gas de escape de una combustión es conducido a través de recirculación hacia una zona de mezcla, obteniendo de esta manera una

10 combustión de volumen. Generalmente, se logra una recirculación al ser ampliada en forma discontinua la sección transversal de flujo de la cámara de combustión alrededor de la salida del portasurtidor, de modo que tiene lugar una combustión en un espacio, cuya sección transversal sobrepasa en gran medida la sección transversal de salida del portasurtidor. Al lado de la salida del portasurtidor hay, de este modo, espacio suficiente, a través del cual el gas de escape caliente puede refluir en dirección opuesta a la dirección del chorro del portasurtidor y, de este modo, puede alcanzar la zona de mezcla. Una sección transversal de gran tamaño del espacio de combustión, requerida para ello, constituye un obstáculo para realizar un diseño compacto de una turbina de gas. Asimismo, una sección transversal de gran tamaño puede conducir a un tiempo de permanencia elevado del gas en el espacio de combustión, lo que favorece a una formación no deseada de óxido de nitrógeno.

Es un objeto de la presente invención el indicar una cámara de combustión para una turbina de gas, la cual permita la posibilidad de una combustión de volumen 25 a través de la recirculación de gas de escape, conjuntamente con un diseño compacto. Este objeto se alcanzará a través de una cámara de combustión de la clase mencionada en la introducción, donde los portasurtidores se encuentran posicionados uno con respecto al otro, conforme a la invención, de modo tal que el gas de escape fluye directamente desde una zona de llama del primer portasurtidor hacia una zona 30 de mezcla del segundo portasurtidor y donde a través del flujo directo del gas de escape desde la primer zona de llama (34) en la zona de mezcla (30) del segundo

portasurtidor (16) puede allí, sin una recirculación del gas de escape, alcanzarse una estabilización de la llama a través del gas de escape caliente. El gas de escape puede ser introducido directamente desde la zona de llama del primer portasurtidor para la estabilización de la combustión del gas de funcionamiento desde el segundo portasurtidor, sin que sea imprescindible una recirculación de este gas de escape para alcanzar la zona de mezcla del segundo portasurtidor. De esta manera puede ser estabilizada la llama del segundo portasurtidor. La llama del primer portasurtidor puede ser estabilizada a través del gas recirculado. La zona de recirculación puede ser mantenida al mínimo, puesto que

10 sólo debe recircular gas de escape para la llama del primer portasurtidor. Puede renunciarse a una recirculación de gas para la llama del segundo portasurtidor. Dentro de este contexto, un flujo directo en la zona de mezcla del segundo portasurtidor se comprende como un flujo del gas de escape sin una recirculación desde la zona de llama del primer portasurtidor en la zona de mezcla del segundo

15 portasurtidor. El gas de escape desde la zona del primer portasurtidor puede ser un gas de escape que se ha formado allí a través de combustión. Para posibilitar un flujo directo del gas de escape desde la primera zona de llama hacia la segunda zona de mezcla, sin una conducción externa del gas de escape, en forma conveniente, el primer portasurtidor en la cámara de combustión se

20 encuentra dispuesto aguas arriba del segundo portasurtidor. Igualmente en forma ventajosa, la zona de llama del primer portasurtidor, en forma conveniente, se encuentra dispuesta en la cámara de combustión aguas arriba de la zona de mezcla del segundo portasurtidor. Para evitar efectos termoacústicos no deseados, en forma ventajosa, los portasurtidores forman un quemador de chorro. Éste puede caracterizarse por un solo chorro, fundamentalmente libre de turbulencias, del gas de funcionamiento en el espacio de combustión. Para producir una combustión homogénea y pobre, los portasurtidores se encuentran previstos, en forma ventajosa, para inyectar un gas de funcionamiento premezclado, es decir, una mezcla realizada antes de la inyección, comprendida, particularmente, por combustible gaseoso y oxidante, en especial aire. Una mezcla del gas de funcionamiento, por lo tanto, no tiene lugar en el espacio de combustión sino dentro de los portasurtidores o delante de los portasurtidores. La mezcla puede ser parcial o, en forma ideal, completa. Puede pensarse, asimismo, en cubrir una mezcla con aire, por ejemplo, de modo que la superficie más interna, de un 15 % hasta un 85 % de la sección transversal del chorro de gas de funcionamiento, sea atravesada por el flujo de gas de funcionamiento y el resto de la superficie de la sección transversal que se encuentra fuera sea atravesado por el flujo de aire.

En otra conformación de la presente invención, una pluralidad de primeros portasurtidores forman un primer nivel anular y una pluralidad de segundos portasurtidores un segundo nivel anular dispuesto aún más aguas abajo y radialmente por fuera del primer nivel. Puede formarse un espacio de recirculación ubicado radialmente en el interior, desde el cual es conducido gas de escape en forma estable y simétrica hacia las zonas de mezcla de los portasurtidores de la primera zona. El flujo de gas puede ser conducido, manteniendo la simetría anular, desde las zonas de llama del primer portasurtidor hacia las zonas de mezcla del segundo portasurtidor. La cantidad de portasurtidores por nivel se ubica, de manera conveniente, entre 5 y 40, de modo que se alcanza una proporción ventajosa entre una buena combustión y una inversión para portasurtidores de 12 a 16 portasurtidores.

Para lograr una buena mezcla del gas de funcionamiento irradiado desde el segundo portasurtidor con el gas de escape desde la zona de llama del primer 20 portasurtidor,...

1. Cámara de combustión (6, 48, 72) para una turbina de gas (2, 50, 70) con al menos un primer y un segundo portasurtidor (14, 16, 52), de los cuales al menos uno de ellos se encuentra previsto para inyectar un gas de funcionamiento en un espacio de combustión (12) de modo tal, que el gas de escape formado en la zona de llama (34, 38, 68) en el espacio de combustión (12) recircule en una zona de mezcla (28) del primer portasurtidor (14), caracterizada porque los portasurtidores (14, 16, 52) se encuentran posicionados de modo tal uno con respecto al otro, que el gas de escape fluye desde la zona de llama (34) del primer portasurtidor (14) directamente en una zona de mezcla (30, 66) del segundo portasurtidor (16, 52), de modo que a través del flujo directo del gas de escape desde la primer zona de llama (34) en la zona de mezcla (30) del segundo portasurtidor (16) puede allí, sin una recirculación del gas de escape, alcanzarse una estabilización de la llama a través del gas de escape caliente.

2. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a la reivindicación 1, caracterizada porque el primer portasurtidor (14) en la cámara de combustión (12) se encuentra dispuesto aguas arriba del segundo portasurtidor (16, 52).

3. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la zona de llama (34) del primer portasurtidor (14) en la cámara de combustión (12) se encuentra dispuesto aguas arriba de la zona de mezcla (30, 66) del segundo portasurtidor (16, 52).

4. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los portasurtidores (14, 16, 52) forman un quemador de chorro.

5. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los portasurtidores (14, 16, 52) se prevén para la inyección de un gas de funcionamiento premezclado en forma de una mezcla de aire y combustible.

6. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque una pluralidad de primeros portasurtidores (14) forman un primer nivel anular y una pluralidad de segundos portasurtidores (16, 52) forman un segundo nivel anular situado aún más aguas abajo del primer nivel y radialmente por fuera de éste.

7. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a la reivindicación 6, caracterizada porque al menos un portasurtidor (14) del primer nivel se encuentra dispuesto en forma desplazada tangencialmente entre dos portasurtidores (16, 52) del segundo nivel.

8. Cámara de combustión (48) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el primer portasurtidor (14) se encuentra orientado en un ángulo de 5 º a 30 º radialmente con respecto al segundo portasurtidor (16, 52).

9. Cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque un portasurtidor (14, 16, 52) se prevé para inyectar un chorro de gas de funcionamiento (98d, 100d) con una sección transversal alargada del chorro.

10. Cámara de combustión (72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada por un medio adicional (74) para la formación de una zona de llama (76) en una zona de recirculación (46).

11. Sistema con una cámara de combustión (72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes y una unidad de control (78) prevista para el control de una distribución del gas de funcionamiento entre ambos portasurtidores (14, 16, 52) en función de un alcance de carga de un funcionamiento de la turbina de gas (70).

12. Sistema conforme a la reivindicación 11, caracterizado porque la unidad de control (78) se encuentra prevista para dirigir más gas de funcionamiento a través del primer portasurtidor (14) en relación con el segundo portasurtidor (16, 52) cuando la turbina de gas (70) funciona con una carga parcial, que cuando ésta funciona con una carga completa.

13. Turbina de gas (2, 50, 70) con una cámara de combustión (6, 48, 72) conforme a una de las reivindicaciones precedentes. “Siguen 2 páginas de dibujos”