Método y dispositivo para compensar las variaciones en la composición del combustible en un sistema de turbinas de gas.

Un procedimiento para compensar las modificaciones en la composición del combustible en un sistema deturbinas de gas con al menos dos etapas de combustión que operan en paralelo caracterizado porque comoreacción a las variaciones de la composiciones del combustible,

tiene lugar una regulación en la alimentación delcombustible al menos a dos de las etapas de combustión, en el que para la regulación de la alimentación decombustible para al menos dos de las etapas de combustión están presentes, respectivamente, una válvulareguladora de combustible y valores característicos asociados del regulador, caracterizado porque

- se realiza un análisis en tiempo real de la composición del combustible,

- se calcula el índice de Wobbe actual del combustible con la ayuda del resultado del análisis y

- se actualizan los valores característicos del regulador para las válvulas de regulación del combustible con la ayudadel índice de Wobbe calculado, y

- durante la regulación de la alimentación de combustible se mantiene la distribución del combustible entre lasetapas de combustión en un valor de referencia.

Método y dispositivo para compensar las variaciones en la composición del combustible en un sistema de turbinas de gas.

Un sistema de turbinas de gas en el caso más sencillo incluye un compresor, una cámara de combustión así como una turbina. En el compresor tiene lugar la compresión del aire aspirado, el cual subsecuentemente se mezcla con un combustible. En la cámara de combustión se realiza la combustión de la mezcla, y los gases de la combustión son conducidos a la turbina, desde la que se extrae la energía de los gases de combustión y se transforma en energía mecánica.

Los sistemas de turbinas de gas hoy en día están provistos con varias cámaras de combustión, en las cuales están provistas varias etapas de combustión que funcionan en paralelo, que dependiendo de la potencia del sistema de turbinas de gas pueden funcionar individual o conjuntamente. Típicamente las etapas de combustión paralelas además de una etapa de combustión principal presentan al menos una etapa de combustión piloto, la llama de la etapa de combustión piloto en especial debe estabilizar la llama de la etapa de combustión principal.

Durante la operación estacionaria de un sistema de turbinas de gas debe mantenerse esencialmente constante la cantidad de calor liberada. Las variaciones en la calidad del combustible sin embargo conducen a variaciones en la cantidad de calor liberada y por lo tanto la potencia del sistema. Para compensar las variaciones en la composición del combustible, los sistemas de turbinas de gas presentan un dispositivo regulador, con el cual se mantiene constante la potencia o la cantidad de calor liberada en relación con la temperatura del gas de salida.

Generalmente la conservación de la potencia o de la temperatura del gas de salida sucede por medio de la regulación de la alimentación de combustible en la etapa de combustión principal. Este procedimiento puede sin embargo conducir a mayores emisiones o a variaciones en la combustión.

El documento US 2001023578 A1 publica un método compensación de variaciones de la composición de combustible en una instalación de turbinas de gas con al menos dos fases de combustión que deben funcionar en paralelo, en el que como reacción a variaciones de la composición de combustible se lleva a cabo una regulación de la alimentación de combustible hacia al menos dos de las fases de combustión.

El documento EP 1331448 A publica un método de regulación, para mantener constante la relación entre combustible y aire dentro de varias cámaras de combustión de una turbina de gas y dentro de las cámaras de combustión. El método de regulación se aplica especialmente en la instalación de la turbina de gas y sirve para la compensación de desviaciones condicionadas por la construcción de a circulación de aire de las cámaras de combustión con respecto a una circulación de aire de las cámaras de combustión promediada sobre las cámaras de combustión.

El documento EP 0 501 313 A1 describe un método de regulación para un aparato de combustión con un quemador de mezcla previa con un quemador de difusión. La alimentación de aire hacia el quemador de mezcla previa se regula de acuerdo con el valor calórico del combustible utilizado, de tal manera que, en estados de combustión estables en el quemador de mezcla previa, se consigue una emisión reducida de óxido nítrico. La modificación de la potencia que resulta a partir de la variación de la alimentación de aire hacia el quemador de mezcla previa se compensa a través de una modificación de la alimentación de combustible hacia el quemador de difusión.

El documento WO 03/6062618 A1 describe un método para el funcionamiento de un sistema de turbinas de gas con varios quemadores, en el que la distribución de la alimentación de combustible hacia los quemadores se realiza sobre la base de una propiedad del combustible. Como propiedad del combustible, que encuentra aplicación en el cálculo de las variables de ajuste para los órganos de ajuste de la alimentación de combustible, se puede utilizar en índice de Wobbe.

La tarea de la presente invención es, por lo tanto, el proporcionar un procedimiento para compensar las variaciones en la composición del combustible en un sistema de turbinas de gas, un dispositivo regulador para controlar la alimentación del combustible en un sistema de turbinas de gas, así como un sistema de turbinas de gas, en los cuales se puedan evitar las elevadas emisiones o las variaciones en la combustión al compensar de forma efectiva las variaciones en la composición del combustible.

Esta tarea se resuelve con un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, un dispositivo regulador de acuerdo con la reivindicación 3 y un sistema de turbinas de gas de acuerdo con la reivindicación 4. Las reivindicaciones dependientes contienen modalidades ventajosas de la invención.

En un procedimiento de acuerdo con la invención para compensar las variaciones de la composición de combustible en un sistema de turbinas de gas con al menos dos etapas de combustión que operan en paralelo, como reacción a las variaciones de la composiciones del combustible, tiene lugar una regulación en la alimentación del combustible a al menos dos de las etapas de combustión, con lo cual al regular la alimentación de combustible, la división del combustible entre las etapas de combustión, esto es la distribución relativa del combustible en las etapas de combustión, puede ajustarse a un valor de referencia o puede mantenerse en un valor de referencia. Pudiendo ser el valor de referencia una constante o una función de una o varias variables. En especial puede el sistema de turbinas de gas incluir una etapa de combustión piloto y una etapa de combustión principal, y al regular la alimentación de combustible se ajusta o se mantiene en un valor de referencia la división del combustible entre las etapas de combustión piloto y principal.

La invención se basa en los siguientes reconocimientos:

Como se ha mencionado anteriormente, la compensación de las variaciones en la composición del combustible por medio de la regulación de la alimentación de combustible en la etapa principal de combustión por medio de un regulador de combustible, en el peor de los casos puede conducir a una elevación de las emisiones o a variaciones en la combustión. La causa de esto es que por medio de la regulación de la alimentación de combustible a la etapa de combustión principal puede modificarse la división del combustible. Por ejemplo una modificación de la división del combustible entre la etapa de combustión piloto y principal puede influir negativamente sobre la estabilidad de la llama del quemador principal, que por lo regular es la llama de una mezcla aire-combustible más ligera. La mezcla aire-combustible más ligera sirve para mantener reducidos los valores de emisión en lo que se refiere a la llamada desnitrogenización seca. Una estabilidad reducida de la llama de la mezcla aire-combustible más ligera tiene por lo tanto un efecto negativo sobre los valores de emisión del sistema. Por medio de la conservación de la división del combustible al valor objetivo o el ajuste de la división del combustible a un nuevo valor objetivo pueden evitarse o por lo menos reducirse los efectos negativos sobre la estabilidad de la llama principal del quemador principal, de tal forma que pueden evitarse o reducirse las desventajas antes mencionadas.

La regulación de la alimentación de combustible a un quemador se realiza típicamente a través de una válvula de regulación del combustible que representa una válvula de mariposa. Las válvulas operan en el rango de una caída de presión subcrítica, esto es el flujo de combustible a través de la válvula es proporcional a la presión de combustible del lado de entrada y a la carrera de la válvula. La cantidad de calor liberada en la cámara de combustión se regula así por medio de la caída de presión en la válvula, con lo cual la cantidad de calor liberada está relacionada con la pérdida de presión a través del índice de Wobbe.

En tanto sólo se regule una etapa de combustión, como es habitual en el estado de la técnica, los valores característicos de regulador se ajustan a ciertas composiciones estándar del combustible, esto es para un cierto índice de Wobbe, permitiendo un determinado ancho de banda para las variaciones de la composición del combustible con respecto al estándar. La variación en relación al estándar, puede tratarse aquí como magnitud de la perturbación del sistema regulador, que puede detectarse al mantener constante la potencia o la temperatura del gas de salida del sistema de turbinas. El conocimiento del índice de Wobbe actual del combustible por lo tato... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para compensar las modificaciones en la composición del combustible en un sistema de turbinas de gas con al menos dos etapas de combustión que operan en paralelo caracterizado porque como reacción a las variaciones de la composiciones del combustible, tiene lugar una regulación en la alimentación del combustible al menos a dos de las etapas de combustión, en el que para la regulación de la alimentación de combustible para al menos dos de las etapas de combustión están presentes, respectivamente, una válvula reguladora de combustible y valores característicos asociados del regulador, caracterizado porque

- se realiza un análisis en tiempo real de la composición del combustible,

- se calcula el índice de Wobbe actual del combustible con la ayuda del resultado del análisis y

- se actualizan los valores característicos del regulador para las válvulas de regulación del combustible con la ayuda del índice de Wobbe calculado, y

- durante la regulación de la alimentación de combustible se mantiene la distribución del combustible entre las etapas de combustión en un valor de referencia.

2. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de turbinas de gas incluye una etapa de combustión piloto y una etapa de combustión principal, y al regular la alimentación de combustible se ajusta o se mantiene en un valor de referencia la división del combustible entre las etapas de combustión piloto y principal.

3. Un dispositivo de regulación para regular la alimentación de combustible a un sistema de turbinas de gas con al menos dos etapas de combustión que operan en paralelo, respectivamente, una válvula reguladora de combustible (15, 17) para las etapas de combustión y un regulador (23) , que comprende valores característicos del regulador asociados a las válvulas de combustible (15, 17) con:

- un analizador (25) que está configurado para analizar la composición del combustible en tiempo real,

- una unidad de cálculo (27) para calcular el índice de Wobbe actual del combustible,

- una unidad de actualización (29) para actualizar al menos un valor característico del regulador de dos válvulas de regulación diferentes asignado a las etapas de combustión diferentes con la ayuda del índice de Wobbe determinado, en el que el regulador está configurado de tal manera que se mantiene la distribución del combustible entre las etapas de combustión en un valor de referencia, de manera que el dispositivo de regulación es adecuado para la realización del procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

4. Un sistema de turbinas de gas caracterizado porque presenta al menos dos etapas de combustión que operan en paralelo y un dispositivo de regulación de acuerdo con la reivindicación 3.

5. Un sistema de turbinas de gas de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado porque presenta una etapa de combustión piloto y una etapa de combustión principal y la unidad de actualización (29) del dispositivo de regulación para actualizar los valores característicos del regulador de las válvulas de regulación de combustible (15, 17) de la etapa principal del combustible así como las etapas de combustión piloto con la ayuda del índice de Wobbe determinado.

6. Un sistema de turbinas de gas de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por un conducto para el combustible (13) , a través del cual fluye el combustible, y un punto de desviación (33) provisto en el conducto para combustible (13) , el cual sirve para conducir el combustible desviado como corriente de análisis en una ramificación (31) , que conduce la corriente de análisis al analizador (25) , en el que el punto de desviación (33) está colocado de tal forma en el conducto de combustible (13) que el tiempo que requiere el combustible para recorrer el camino desde el punto de desviación (33) hasta las válvulas de regulación del combustible (15, 17) , es suficiente para que la corriente de análisis recorra los tramos hasta el analizador (25) , el analizador analice la composición del combustible, la unidad de cálculo (27) calcule el índice de Wobbe, la unidad de actualización (29) actualice los valores característicos del regulador y el dispositivo de regulación pueda ajustar las válvulas reguladoras del combustible (15, 17) , antes de que la corriente de combustible llegue a la válvulas reguladoras del combustible (15, 17) .