MÉTODO PARA CONTROLAR UNA DIVISIÓN DE COMBUSTIBLE.

Método para controlar una división de combustible en un flujo de combustible piloto y un flujo de combustible principal en una cámara de combustión de turbina de gas en caso de reducciones de carga,

en el que se monitoriza la tasa de cambio de demanda de combustible, caracterizado porque se añade un flujo de combustible piloto adicional, cuya cantidad depende de la tasa de cambio en la demanda de flujo de combustible

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2008/050367.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: Skipper,Dorian.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 15 de Enero de 2008.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F02C9/28 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F02 MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES CALIENTES O DE PRODUCTOS DE COMBUSTION.F02C PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE PARA PLANTAS DE PROPULSION A REACCION; CONTROL DE LA ALIMENTACION DE COMBUSTIBLE EN PLANTAS DE PROPULSION A REACCION QUE CONSUMEN AIRE (estructura de turbinas F01D; plantas de propulsión a reacción F02K; estructura de compresores o ventiladores F04; aparatos de combustión en los que la combustión tiene lugar en un lecho fluidizado de combustible u otras partículas F23C 10/00; elaboración de productos de combustión a alta presión o gran velocidad F23R; utilización de turbinas de gas en plantas de refrigeración por compresión F25B 11/00; utilización de turbinas de gas en vehículos, véanse las clases apropiadas relativas a vehículos). › F02C 9/00 Control de las plantas motrices de turbinas de gas; Control de la alimentación de combustible en las plantas de propulsión a reacción que consumen aire (control de las tomas de aire F02C 7/057; control de turbinas F01D; control de compresores F04D 27/00). › Sistemas de regulación que responden a parámetros establecidos o de ambiente, p. ej. temperatura, presión, velocidad del rotor (F02C 9/30 - F02C 9/38, F02C 9/44 tienen prioridad).
  • F02C9/34 F02C 9/00 […] › Control conjunto de flujos separados para el quemado principal y los auxiliares.
  • F23N1/00 F […] › F23 APARATOS DE COMBUSTION; PROCESOS DE COMBUSTION.F23N REGULACION O CONTROL DE LA COMBUSTION (dispositivos de control especialmente adaptados para aparatos de combustión en los cuales la combustión tiene lugar en un lecho fluidificado de combustible u otras partículas F23C 10/28; dispositivos de control sensibles a ciertas condiciones para regular la combustión en estufas con hogares abiertos para combustibles sólidos F24B 1/187). › Regulación del suministro de combustible.
  • F23N1/00B
  • F23N5/24 F23N […] › F23N 5/00 Sistemas de control de la combustión (F23N 1/00, F23N 3/00 tienen prioridad). › Sistemas contra el desarrollo de condiciones anormales o indeseables, es decir, dispositivos de seguridad (F23N 5/02 - F23N 5/18 tienen prioridad).
  • F23N5/24B
  • F23R3/28D
  • F23R3/34C

Clasificación PCT:

  • F02C9/28 F02C 9/00 […] › Sistemas de regulación que responden a parámetros establecidos o de ambiente, p. ej. temperatura, presión, velocidad del rotor (F02C 9/30 - F02C 9/38, F02C 9/44 tienen prioridad).
  • F02C9/34 F02C 9/00 […] › Control conjunto de flujos separados para el quemado principal y los auxiliares.
  • F23N1/00 F23N […] › Regulación del suministro de combustible.
  • F23N5/24 F23N 5/00 […] › Sistemas contra el desarrollo de condiciones anormales o indeseables, es decir, dispositivos de seguridad (F23N 5/02 - F23N 5/18 tienen prioridad).
  • F23R3/34 F23 […] › F23R ELABORACION DE PRODUCTOS DE COMBUSTION A ALTA PRESION O GRAN VELOCIDAD, p. ej. CAMARAS DE COMBUSTION DE TURBINAS DE GAS (aparatos de lecho fluidificado de combustible especialmente adaptados para funcionar a presiones superatmosféricas F23C 10/16). › F23R 3/00 Cámaras de combustión continua que emplean combustibles líquidos o gaseosos. › Alimentando diferentes zonas de combustión.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia.

PDF original: ES-2370742_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a un método para controlar la división de combustible, en particular en cámaras de combustión de turbina de gas. Una turbina de gas comprende sustancialmente un compresor, una cámara de combustión, una turbina y un canal de escape. En el compresor se comprime aire en la preparación para el proceso de combustión. El combustible se inyecta en la cámara de combustión en la que se mezcla con el aire comprimido del compresor y se quema. El gas presurizado y caliente de la cámara de combustión se dirige entonces hacia las palas de turbina para accionar la turbina. Tras pasar a través de la turbina, el gas de combustión sale a través del canal de escape. El documento WO 02/12795 A2 da a conocer una cámara de combustión que funciona con dos flujos de combustible diferentes. Uno de estos flujos de combustible se denomina flujo de combustible piloto. Este flujo de combustible se inyecta directamente en la cámara de combustión y es el único flujo de combustible durante el arranque del motor. Una vez que el motor ha alcanzado un determinado porcentaje de su velocidad de funcionamiento, se añade el flujo de combustible de premezcla (flujo de combustible principal) a la cámara de combustión además del combustible piloto. Este flujo de combustible de premezcla se mezcla con aire antes de entrar a la cámara de combustión, de ahí el nombre premezcla. Mediante el control de la razón de flujo piloto con respecto al flujo de premezcla, puede ajustarse el nivel de emisiones de CO y NOx. Se da a conocer un ejemplo de una cámara de combustión con un flujo de combustible piloto y un flujo de combustible de premezcla en Sjunneson et al., publicación internacional n.º WO 96/02796. El documento WO 02/12795 A2 da a conocer además un control para ajustar la división entre los flujos de combustible de premezcla y piloto para controlar la temperatura de la llama y minimizar así las emisiones. Se da a conocer otro control para ajustar la división de combustible en flujo de combustible piloto y principal en el documento US 5680753 A. Se conoce por el documento www.ecuinternational.com/pti, Mike Stock, Sermatec Powersolutions, un método para hacer funcionar una cámara de combustión con dos flujos de combustible. El método de funcionamiento comprende los modos de funcionamiento primario, pobre-pobre y premezclado. Las emisiones bajas de NOx y CO se logran sólo en el modo de premezcla. El quemador piloto comprende inyección y quemado de combustible puro a través de boquillas primarias, mientras que el quemador principal comprende inyección y quemado de combustible premezclado con aire a través de boquillas secundarias. La rápida reducción de carga en determinados motores de turbina de gas puede dar como resultado extinción de la llama debido a que el flujo piloto se vuelve demasiado pobre por retardos en las mediciones de temperatura usadas para determinar la división de combustible requerida. Para grandes reducciones de carga, se desencadena una división piloto mínima basada en un cambio de etapa en la demanda de combustible, pero esto no funciona en cambios de carga que aumentan rápidamente en los que no existe un cambio de etapa suficientemente grande en el flujo de combustible. Objetivo de la invención El objetivo de la invención es proporcionar un método ventajoso para controlar una división de combustible en una cámara de combustión de turbina de gas, en particular en el caso de cambios de carga rápida. Solución según la invención Este objeto se soluciona mediante un método para controlar una división de combustible con las características de la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes describen desarrollos adicionales de la invención. Un método inventivo para controlar una división de combustible en un flujo de combustible piloto y un flujo de combustible principal en una cámara de combustión de turbina de gas en caso de reducciones de carga comprende la monitorización de la tasa de cambio de la demanda de combustible. Se añade un flujo de combustible piloto adicional que depende de la tasa de cambio en la demanda de flujo de combustible. El aumento de esta forma de la división de combustible piloto de manera temporal mientras disminuye el flujo de combustible total reduce rápidamente las posibilidades de extinción de la llama durante las reducciones de carga que aumentan rápidamente. En una realización ventajosa de la invención, el flujo de combustible piloto adicional se reduce a cero tras la 2   reducción de carga de modo que el flujo de combustible piloto no es superior al necesario tras la disminución de la carga. Un flujo de combustible piloto demasiado alto podría ser perjudicial para las características de emisión de la turbina de gas. Además, puede aplicarse un límite de tasa al flujo de combustible piloto cuando la cantidad de flujo de combustible piloto adicional se reduce a cero con el fin de evitar que el flujo de combustible piloto se vuelva demasiado pequeño tras reducir el flujo de combustible adicional a cero. Un flujo de combustible piloto demasiado pequeño afectaría negativamente a la estabilidad de la llama. En el método inventivo, puede añadirse flujo de combustible piloto adicional, por ejemplo, cuando el cambio en la demanda de combustible no llega a un valor negativo dado. En una versión más sofisticada del método, la cantidad del flujo de combustible piloto adicional depende de la tasa de cambio en la demanda de flujo de combustible, por ejemplo cuanto más negativa es la tasa de cambio en la demanda de flujo de combustible mayor es el flujo de combustible piloto adicional. La cantidad de flujo de combustible piloto adicional debe restarse del flujo de combustible principal con el fin de mantener el flujo de combustible total en el nivel definido por la demanda de flujo de combustible. Las propiedades, características y ventajas adicionales de la invención se aclaran a partir de la siguiente descripción de las realizaciones en referencia a los dibujos adjuntos. Breve descripción de los dibujos La figura 1 muestra un conjunto de quemador de una cámara de combustión de turbina de gas. Descripción detallada de la realización La figura 1 muestra esquemáticamente un conjunto 23 de quemador de una cámara de combustión de turbina de gas. El quemador comprende un quemador 21 piloto con un canal 1 de combustible líquido, una boquilla 2, un canal 3 de gas piloto y un canal 5 de aire central. El conjunto 23 de quemador comprende además un quemador 22 principal con un canal 7 de gas principal, un canal 9 de aire externo, un tubo 11 de boquilla y boquillas 13. El quemador 21 piloto de la figura 1 es simétrico con respecto a un eje A central. Se implementa como un quemador de difusión. El canal 1 de combustible líquido se ubica de manera central dentro del conjunto. El canal 1 de combustible líquido está rodeado por el canal 3 de gas piloto que es concéntrico al canal 1 de combustible líquido y, por tanto, al eje A central. El canal 3 de gas piloto a su vez está rodeado por un canal 5 de aire central. Ambos canales 3 y 5 son concéntricos al canal 1 de combustible líquido. El quemador principal de la figura 1, que se implementa como un quemador de premezcla, rodea al quemador 21 piloto y es sustancialmente simétrico con respecto al eje A central. El canal 7 de gas principal del quemador 22 principal es también concéntrico alrededor del eje A central y se encuentra con los tubos 11 de boquilla que se extienden a través del canal 9 de aire externo. En los tubos 11 de boquilla están previstas boquillas 13 para descargar el combustible principal al interior de la corriente de aire que fluye a través del canal externo. Turbulenciadores 14 ofrecen un premezclado completo de combustible y aire antes de que se introduzca la mezcla en la llama de combustión. En el funcionamiento de la turbina de gas, la combustión se alimenta principalmente a través del quemador 22 principal mientras que el quemador 21 piloto sirve para estabilizar la llama de combustión que de lo contrario puede ser propensa a inestabilidades de llama, puesto que habitualmente se intenta usar una mezcla de combustible/aire premezclada lo más pobre posible, es decir con una fracción de combustible lo más baja posible, con el fin de mantener bajas las emisiones. En el método para controlar una división de combustible se monitoriza la tasa de cambio de demanda de combustible y se añade una cantidad adicional de combustible piloto en caso de que la demanda de flujo de combustible indique que llega un cambio de carga rápido, es decir un cambio de carga en el que se alcanza o se supera un gradiente negativo en la carga dado previamente. Puesto que el cambio en la demanda de combustible precede al cambio de carga, esta monitorización permite el reconocimiento temprano de que va a reducirse la carga. Debido al reconocimiento... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método para controlar una división de combustible en un flujo de combustible piloto y un flujo de combustible principal en una cámara de combustión de turbina de gas en caso de reducciones de carga, en el que se monitoriza la tasa de cambio de demanda de combustible, caracterizado porque se añade un flujo de combustible piloto adicional, cuya cantidad depende de la tasa de cambio en la demanda de flujo de combustible. 2. Método para controlar una división de combustible según la reivindicación 1, caracterizado porque se reduce el combustible piloto adicional a cero tras la reducción de carga. 3. Método para controlar una división de combustible según la reivindicación 2, caracterizado porque se aplica un límite de tasa al flujo de combustible piloto cuando se reduce la cantidad de división adicional a cero. 4. Método para controlar una división de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se añade el flujo de combustible piloto adicional cuando la tasa de demanda de flujo de combustible supera un valor negativo dado. 5. Método para controlar una división de combustible según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el combustible piloto adicional se resta del flujo de combustible principal.   6

 

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