Сжигающее устройство газотурбинной установки и способ его эксплуатации
Согласно изобретению водородосодержащее топливо может стабильным образом воспламеняться с использованием газообразного топлива, которое не содержит водород, и может повышаться дисперсность водородосодержащего топлива. Сжигающее устройство газотурбинной установки включает в себя горелку, включающую в себя: трубопровод пускового топлива, в котором циркулирует пусковое топливо; первый трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; второй трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; смеситель топлива, с которым соединены трубопровод пускового топлива и первый трубопровод основного топлива; внутреннюю топливную форсунку, с которой соединен смеситель топлива; множество внешних топливных форсунок, с которыми соединен второй трубопровод основного топлива; клапан регулирования подачи пускового топлива, обеспеченный в трубопроводе пускового топлива; первый клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный в первом трубопроводе основного топлива; и второй клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный во втором трубопроводе основного топлива. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к сжигающему устройству газотурбинной установки и способу его эксплуатации.
Уровень техники
В последние годы возникла потребность в эффективном использовании побочного газа, такого как коксовый газ, производимый в качестве побочного продукта на металлургических заводах, и отходящий газ, производимый в качестве побочного продукта на нефтеперерабатывающих заводах, с точки зрения снижения глобального потепления, использования природных ресурсов и уменьшения стоимости генерации энергии. Кроме того, было уделено внимание комбинированному циклу (IGCC) с внутрицикловой газификацией угля, который является богатым ресурсом, и генерированию электроэнергии. В IGCC рассматриваются меры по уменьшения выбросов диоксида углерода CO2 с помощью системы (система улавливания и удержания (CCS)), которая улавливает и удерживает углерод в газообразном топливе, подаваемом в газотурбинную установку. Так как газообразное топливо в основном содержит водород (H2), возможно уменьшить выбросы CO2 и способствовать снижению глобального потепления, по сравнению с природным газом (в основном содержащим метан), обычно используемым в газотурбинных установках. Кроме того, генерация энергии с помощью чистого водородного топлива рассматривается для реализации будущего основанного на водороде социума. Если электроэнергия сможет генерироваться с использованием чистого водорода в качестве топлива, может быть реализована генерация энергии с нулевым уровнем выбросов, без выбросов CO2. Таким образом водородосодержащее топливо считается перспективным с точки зрения снижения глобального потепления, использования природных ресурсов и уменьшения стоимости генерации энергии.
Однако сжигание водорода ведет к локальному увеличению максимальной адиабатической температуры пламени в зоне горения, по сравнению с сжиганием природного газа. Таким образом, существует беспокойство в отношении увеличения выбросов оксидов азота (NOx), которые являются загрязнителями окружающей среды в газообразном продукте горения. Кроме того, из-за более высокой скорости горения водорода по сравнению с природным газом, возможно возникновение обратного удара пламени в горелку вверх по потоку сжигающего устройства, что заставляет беспокоиться о уменьшении надежности сжигающего устройства. Для решения этих проблем известно сжигающее устройство для сжигания бедной смеси, направленное на уменьшение выбросов NOx и предотвращение обратного удара пламени путем увеличения дисперсности топлива и предотвращения локального образования высокотемпературного пламени (Патентный документ 1: JP 2003-148734 A и др.). Сжигающее устройство этого типа снабжено, например, пластиной с воздушными отверстиями, имеющей множество воздушных отверстий, и множеством топливных форсунок, впрыскивает топливо из каждой топливной форсунки в соответствующее воздушное отверстие и подает коаксиальную струю из потока топлива и потока воздуха, окружающего поток топлива, в камеру сгорания.
В случае использования водородосодержащего топлива в качестве топлива газотурбинной установки, существуют опасения, что когда воспламенение терпит неудачу внутри сжигающего устройства, несгоревшее водородосодержащее топливо будет выпускаться из сжигающего устройства, застаиваться в турбине и сгорать в турбине. Для принятия мер против этой проблемы известен способ эксплуатации, в котором водородосодержащее топливо подают после воспламенения пускового топлива, которое не содержит водород. В качестве одного типа этого способа эксплуатации известен пример воспламенения нефтяного топлива и замены нефтяного топлива на водородосодержащее топливо (Патентный документ 2: JP 2014-105601 A, Патентный документ 3: JP 2018-71354 A). Также известен пример совместного сжигания с использованием части множества основных горелок для природного газа и остальной их части для водородосодержащего топлива, после зажигания расположенной в центре пилотной горелки с природным газом (Патентный документ 4: JP 2016-75448 A).
В JP-2014-105601-A, JP-2018-71354-A, и JP-2016-75448-A невозможно впрыскивать водородосодержащее топливо из топливных форсунок, используемых для впрыска пускового топлива. Вследствие этого, если операция сжигания переходит в операцию сжигания только водородосодержащего топлива, невозможно подавать топливо в зоны впрыска топлива топливных форсунок для пускового топлива, и дисперсность газообразного топлива ухудшается, что приводит к недостатку с точки зрения уменьшения выбросов NOx.
Целью настоящего изобретения является создание сжигающего устройства газотурбинной установки и способа его эксплуатации, которые могут стабильным образом воспламенять водородосодержащее топливо с использованием газообразного топлива, которое не содержит водород, и повышение дисперсности водородосодержащего топлива.
Сущность изобретения
Для достижения этой цели настоящее изобретение предлагает сжигающее устройство газотурбинной установки, включающее в себя горелку, включающую в себя: трубопровод пускового топлива, в котором циркулирует пусковое топливо; первый трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; второй трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо; смеситель топлива, с которым соединены трубопровод пускового топлива и первый трубопровод основного топлива; внутреннюю топливную форсунку, с которой соединен смеситель топлива; множество внешних топливных форсунок, с которыми соединен второй трубопровод основного топлива; клапан регулирования подачи пускового топлива, обеспеченный в трубопроводе пускового топлива; первый клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный в первом трубопроводе основного топлива; и второй клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный во втором трубопроводе основного топлива.
Согласно настоящему изобретению можно стабильным образом воспламенять водородосодержащее топливо с использованием газообразного топлива, которое не содержит водород, и повысить дисперсность водородосодержащего топлива.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - показывает горелку, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания.
Фиг. 3 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время пуска) в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время остановки) в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий преимущества настоящего изобретения.
Фиг. 6 - схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 7 - схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 8 - показывает горелку, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания.
Фиг. 9 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время пуска) в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 10 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время остановки) в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 11 - схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 12 - показывает горелку, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания.
Фиг. 13 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время пуска) в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 14 - пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки (время остановки) в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения
Далее, с использованием чертежей, будут описаны варианты осуществления настоящего изобретения.
Первый вариант осуществления
Газотурбинная электростанция
На фиг. 1 представлен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 показана горелка, обеспеченная в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания.
Газотурбинная электростанция 1 снабжена воздушным компрессором 2, сжигающим устройством 3 газотурбинной установки (в дальнейшем для краткости называемое как «сжигающее устройство»), турбиной 4 и электрическим генератором 6. Воздушный компрессор 2 всасывает и сжимает воздух a1, и подает сжатый воздух a2 в сжигающее устройство 3. Сжигающее устройство 3 смешивает и сжигает сжатый воздух a2 и газообразное топливо (пусковое топливо f1 и основное топливо f2), генерируя газообразный продукт g1 горения. Турбина 4 приводится в действие газообразным продуктом g1 горения, генерируемым в сжигающем устройстве 3, и газообразный продукт g1 горения, который привел в действие турбину 4, выпускается как отработанный газ g2. Электрический генератор 6 приводится в действие вращательной движущей силой турбины 4 и генерирует электроэнергию. Следует отметить, что газотурбинная установка приводится в действие пусковым двигателем 7 только во время начала пуска.
Сжигающее устройство газотурбинной установки
Сжигающее устройство 3 прикреплено к корпусу (не показано) турбины 4 и снабжено жаровой трубой 12, направляющим патрубком 10 потока газа (наружный корпус), горелкой 8 и системой 200 подачи топлива. Жаровая труба 12 представляет собой цилиндрический элемент и образует внутри камеру 5 сгорания. Направляющий патрубок 10 потока газа представляет собой цилиндрический элемент, который имеет внутренний диаметр больше, чем внутренний диаметр жаровой трубы 12, и окружает внешнюю периферию жаровой трубы 12, образуя цилиндрический канал 9 потока воздуха. Концевой участок направляющего патрубка 10 потока газа на стороне, противоположной турбине 4 (левая сторона на фиг. 1), закрыт концевой крышкой 13. Сжатый воздух a2 от воздушного компрессора 2 циркулирует в канале 9 потока воздуха, образованном на внешней периферии жаровой трубы 12 направляющим патрубком 10 потока газа, в направлении от турбины 4, и внешняя периферийная поверхность жаровой трубы 12 подвергается конвекционному охлаждению сжатым воздухом a2, текущим в канале 9 потока воздуха. Дополнительно, большое количество отверстий образованы в поверхности стенки жаровой трубы 12, частичный сжатый воздух a3 сжатого воздуха a2, текущего в канале 9 потока воздуха, течет в камеру 5 сгорания через эти отверстия, и внутренняя периферийная поверхность жаровой трубы 12 подвергается пленочному охлаждению частичным сжатым воздухом a3. Кроме того, сжатый воздух a2, прошедший через канал 9 потока воздуха и достигнувший горелку 8, выбрасывается в виде струи в камеру 5 сгорания вместе с газообразным топливом, подаваемым от системы 200 подачи топлива в горелку 8, и газообразное топливо, выбрасываемое в виде струи вместе со сжатым воздухом a2, сгорает. В камере 5 сгорания смешанное газообразное топливо из сжатого воздуха a2 и газообразного топлива сгорает, генерируя газообразный продукт g1 горения. Газообразный продукт g1 горения подают в турбину 4 через переходную часть сжигающего устройства (не показано).
Как показано на фиг. 1, только одна горелка 8 расположена на впуске (открытая часть на концевом участке на стороне, противоположной турбине 4) жаровой трубы 12, и снабжена пластиной 20 с воздушными отверстиями, топливными форсунками 21-23 и распределителем 24 топлива (топливный коллектор).
Пластина 20 с воздушными отверстиями представляет собой круглую пластину, коаксиальную с жаровой трубой 12, и расположена на впуске жаровой трубы 12 (открытая часть на концевом участке на стороне, противоположной турбине 4). Пластина 20 с воздушными отверстиями снабжена множеством воздушных отверстий 51-53, которые направляют сжатый воздух a2 в камеру 5 сгорания. Множество воздушных отверстий 51-53 образуют множество концентричных кольцевых рядов вокруг центральной оси O жаровой трубы 12. Воздушные отверстия, принадлежащие первому (самому внутреннему) кольцевому ряду, являются воздушными отверстиями 51, принадлежащие второму кольцевому ряду являются воздушными отверстиями 52 и принадлежащие третьему (самому внешнему) кольцевому ряду являются воздушными отверстиями 53. Воздушные отверстия 51 образуют внутренние воздушные отверстия, а воздушные отверстия 52 и 53 образуют внешние воздушные отверстия. В рассматриваемом варианте осуществления воздушные отверстия 51-53 обеспечены под углами закручивания, и выпуск каждого отверстия смещен в направлении одной стороны в окружном направлении относительно его впуска.
Топливные форсунки 21-23 поддерживаются распределителем 24 топлива и расположены напротив камеры 5 сгорания через пластину 20 с воздушными отверстиями. Топливные форсунки 21-23 соответствуют воздушным отверстиям 51-53 по количеству и позициям (одна топливная форсунка соответствует одному воздушному отверстию) и образуют, вместе с воздушными отверстиями 51-53, множество концентричных кольцевых рядов вокруг центральной оси O жаровой трубы 12. Топливные форсунки, принадлежащие первому (самому внутреннему) кольцевому ряду, являются топливными форсунками 21, принадлежащие второму кольцевому ряду являются топливными форсунками 22 и принадлежащие третьему (самому внешнему) кольцевому ряду являются топливными форсунками 23. Топливные форсунки 21 образуют внутренние топливные форсунки, а топливные форсунки 22 и 23 образуют внешние топливные форсунки. Топливные форсунки 21-23 имеют отверстия для впрыска, ориентированные к впускам соответствующих воздушных отверстий, и впрыскивают газообразное топливо в направлении соответствующих воздушных отверстий. За счет впрыскивания таким образом топлива из большого количества топливных форсунок в направлении соответствующих воздушных отверстий, коаксиальная струя топлива и воздуха, в которой внешняя периферия потока топлива покрыта потоком воздуха, диспергируется и впрыскивается из каждого воздушного отверстия в камеру 5 сгорания.
Следует отметить, что количество топливных форсунок и воздушных отверстий внешнего кольцевого ряда больше из-за различий в окружности среди кольцевых рядов. Другими словами, количество топливных форсунок 21 и воздушных отверстий 51 (по шесть каждого в примере на фиг. 2) в первом (самом внутреннем) ряду меньше, чем количество топливных форсунок 22 и воздушных отверстий 52 (по двенадцать каждого в примере на фиг. 2) во втором ряду. Количество топливных форсунок 22 и воздушных отверстий 52 во втором ряду меньше, чем количество топливных форсунок 23 и воздушных отверстий 53 (по восемнадцать каждого в примере на фиг. 2) в третьем (самом внешнем ряду).
Распределитель 24 топлива представляет собой элемент, который распределяет и подает топливо в топливные форсунки 21-23 и снабжен множеством топливных полостей 25 и 26, образованных в нем. Каждая из топливных полостей 25 и 26 представляет собой пространство, которое выполняет функцию распределения и подачи газообразного топлива в множество топливных форсунок, принадлежащих соответствующему кольцевому ряду. Топливная полость 25 образована таким образом, чтобы иметь столбчатую форму на центральной оси O жаровой трубы 12, а топливная полость 26 образована таким образом, чтобы иметь цилиндрическую форму так, чтобы окружать внешнюю периферию топливной полости 25. В рассматриваемом варианте осуществления топливные форсунки 21 соединены с топливной полостью 25, и топливные форсунки 22 и 23 соединены с топливной полостью 26. Когда оно подается в топливную полость 25, газообразное топливо распределяется по топливным форсункам 21, расположенным в самом внутреннем кольцевом ряду, и затем выбрасывается в виде струи, и газообразное топливо, выбрасываемое в виде струи из топливной форсунки 21, выбрасывается в виде струи вместе со сжатым воздухом a2 из воздушных отверстий 51 в камеру 5 сгорания. Когда оно подается в топливную полость 26, газообразное топливо распределяется по топливным форсункам 22 и 23, расположенным во втором и третьем кольцевых рядах, и затем выбрасывается в виде струи, и газообразное топливо, выбрасываемое в виде струи из топливных форсунок 22 и 23, выбрасывается в виде струи вместе со сжатым воздухом a2 из воздушных отверстий 52 и 53 в камеру 5 сгорания.
Система 200 подачи топлива снабжена источниками 55 и 56 подачи топлива, трубопроводом 57 пускового топлива, магистральным подающим трубопроводом 58, трубопроводами 59 и 60 основного горючего, смесителем 61 топлива, топливными запорными клапанами 62 и 63 и клапанами 64-66 регулирования подачи топлива.
Источник 55 подачи топлива представляет собой источник для подачи пускового топлива f1. В качестве пускового топлива f1 используют топливо, которое не содержит водород или газообразное топливо с содержанием водорода несколько процентов (например, 5%), такое как углеводородное топливо. Типичные примеры углеводородного топлива включают природный газ, в основном содержащий метан, и нефтяной газ, в основной содержащий пропан или бутан. Источник 56 подачи топлива представляет собой источник для подачи основного топлива f2. В качестве основного топлива f2 используют водородосодержащее топливо с содержанием водорода от нескольких процентов (например, 5%) до нескольких десятков процентов или больше, такое как побочный газ. Чистый водород (содержание водорода 100%) является разновидностью водородосодержащего топлива.
Трубопровод 57 пускового топлива продолжается от источника 55 подачи топлива, и пусковое топливо f1 циркулирует в трубопроводе 57 пускового топлива. Магистральный подающий трубопровод 58, продолжающийся от источника 56 подачи топлива, разветвляется на первый трубопровод 59 основного топлива и второй трубопровод 60 основного топлива, и основное топливо f2 циркулирует в этих трубопроводах 59 и 60 основного топлива. Трубопровод 57 пускового топлива и первый трубопровод 59 основного топлива соединены со смесителем 61 топлива и сливаются вместе. Смеситель 61 топлива соединен с топливной полостью 25 через канал 68 передачи, и соединен с внутренними топливными форсунками 21 через топливную полость 25. Второй трубопровод 60 основного топлива соединен с топливной полостью 26, и соединен с внешними топливными форсунками 22 и 23 через топливную полость 26. Первый запорный клапан 62 и клапан 64 регулирования подачи топлива (клапан регулирования подачи пускового топлива) обеспечены в трубопроводе 57 пускового топлива. Дополнительно, клапан 65 регулирования подачи топлива (первый клапан регулирования подачи топлива) обеспечен в первом трубопроводе 59 основного топлива, и клапан 66 регулирования подачи топлива (второй клапан регулирования подачи топлива) обеспечен во втором трубопроводе 60 основного топлива. Топливный запорный клапан 63 обеспечен между участком разветвления, на котором магистральный подающий трубопровод 58 разветвляется на трубопроводы 59 и 60 основного топлива, и источником 56 подачи топлива (то есть обеспечен в магистральном подающем трубопроводе 58).
Открытие топливного запорного клапана 62 обеспечивает возможность подачи пускового топлива f1 в трубопровод 57 пускового топлива, а закрытие топливного запорного клапана 62 ведет к прекращению подачи пускового топлива f1 в трубопровод 57 пускового топлива. Открытие топливного запорного клапана 63 обеспечивает возможность подачи основного топлива f2 в трубопроводы 59 и 60 основного топлива, а закрытие топливного запорного клапана 63 ведет к прекращению подачи основного топлива f2 в трубопроводы 59 и 60 основного топлива. Клапаны 64-66 регулирования подачи топлива каждый выполняет функцию регулирования расхода топлива в соответствии со степенью их открытия, и могут останавливать поток топлива путем перевода в полностью закрытое состояние.
Например, открытие топливного запорного клапана 62, закрытие топливного запорного клапана 63 и увеличение степени открытия клапана 64 регулирования подачи топлива из полностью закрытого состояния ведет к увеличению расхода подачи пускового топлива f1 в топливную полость 25, и только пусковое топливо f1 будет выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21. Наоборот, открытие топливного запорного клапана 63, закрытие топливного запорного клапана 62 и увеличение степени открытия клапана 65 регулирования подачи топлива из полностью закрытого состояния ведет к увеличению расхода подачи основного топлива f2 в топливную полость 25, и только основное топливо f2 будет выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21. Кроме того, открытие обоих топливных запорных клапанов 62 и 63 и увеличение степени открытия клапанов 64 и 65 регулирования подачи топлива из полностью закрытых состояний ведет к смешению пускового топлива f1 и основного топлива f2 в смесителе 61 топлива, и смешанное газообразное топливо из двух топлив будет выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21 через топливную полость 25. Кроме того, увеличение степени открытия клапана 66 регулирования подачи топлива из полностью закрытого состояния в состоянии открытия топливного запорного клапана 63 ведет к увеличению расхода подачи основного топлива f2 в топливную полость 26, и только основное топливо f2 будет выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 22 и 23.
Хотя случай, когда количество кольцевых рядов воздушных отверстий составляет три, в качестве примера иллюстрируется в рассматриваемом варианте осуществления, количество кольцевых рядов воздушных отверстий может составлять два или может быть равно или больше, чем четыре. Увеличение количества рядов обеспечивает возможность сжигающему устройству 3 быть совместимым с газотурбинной установкой большой мощности и улучшить управляемость работой.
Далее, сжигающее устройство 3 снабжено контроллером 70, управляющим топливными запорными клапанами 62 и 63 и клапанами 64-66 регулирования подачи топлива. Контроллер 70 управляет топливными запорными клапанами 62 и 63 и клапанами 64-66 регулирования подачи топлива на основании нагрузки газотурбинной установки, обнаруживаемой датчиком 71. В рассматриваемом варианте осуществления выходную электрическую мощность от электрического генератора 6 и скорость вращения турбины 4 измеряют в качестве нагрузки газотурбинной установки, и счетчик электроэнергии или датчик вращения могут использоваться в качестве датчика 71. Кроме того, из-за пропорциональной зависимости между нагрузкой газотурбинной установки и расходом топлива, расходомер, измеряющий расход подачи топлива, или измеритель открытия, измеряющий степень открытия клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, могут использоваться в качестве датчика 71.
Контроллер 70 представляет собой компьютер и снабжен входным интерфейсом постоянным запоминающим устройством (ПЗУ), таким как стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (СППЗУ), оперативным запоминающим устройством (ОЗУ), центральным процессором (ЦПУ), таймером, выходным интерфейсом и т.п. Выходной сигнал обнаружения от датчика 71 и выходной сигнал операции от устройства ввода (не показано) в соответствии с операцией оператора вводятся во входной интерфейс. ПЗУ хранит вычислительные уравнения, программы и данные, необходимые для работы газотурбинной электростанции 1, включающей в себя сжигающее устройство 3. ОЗУ хранит, например, числовые значения во время вычислений и ввода данных с устройства ввода. Выходной интерфейс выдает командные сигналы на топливные запорные клапаны 62 и 63, клапаны 64-66 регулирования подачи топлива и другое исполнительное устройство, такое как входной направляющий аппарат (ВНА), обеспеченный в газотурбинной электростанции 1, в соответствии с командами от ЦПУ.
ЦПУ исполняет управление топливными запорными клапанами 62 и 63, клапанами 64-66 регулирования подачи топлива и т.п. на основании ввода данных через входной интерфейс в соответствии с программами, загруженными из ПЗУ.
Работа
Далее будет описан способ эксплуатации сжигающего устройства 3 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления. Способ эксплуатации, описываемый далее, автоматически исполняется контроллером 70 в соответствии с нагрузкой газотурбинной установки, обнаруживаемой датчиком 71. В качестве альтернативы, оператор может исполнять способ эксплуатации вручную сообразно обстоятельствам, при этом осуществляя мониторинг нагрузки газотурбинной установки. Расходы пускового топлива f1 и основного топлива f2 определяются на основании нагрузки газотурбинной установки, такой как выходная электрическая мощность, и степенью открытия клапанов 64, 65 и 66 регулирования подачи топлива управляют таким образом, чтобы подавать топлива с расходами в соответствии с нагрузкой газотурбинной установки.
На фиг. 3 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время пуска) в соответствии с первым вариантом осуществления. Пример способа эксплуатации во время пуска, так как со ссылкой на фиг. 3 будет описано воспламенение пускового топлива f1 до перехода в состояние сжигания только основного топлива f2. На фиг. 3 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем выше, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 3 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и внешние топливные форсунки 22 и 23, вместе со схематическими изображениями горелок. Внутренняя горелка F1, показанная на схематических изображениях горелок, представляет собой круглую горелку на стороне внутренней периферии, снабженную топливными форсунками 21, и внешняя горелка F2 представляет собой тороидальную горелку на стороне внешней периферии, снабженную топливными форсунками 22 и 23.
В рассматриваемом варианте осуществления контроллер 70 или оператор исполняют приведенные ниже четыре процедуры (1)-(4) в последовательном порядке, чтобы выполнять операции от воспламенения до номинальной нагрузки.
(1) Подача пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1) в состоянии отсутствия подачи топлива в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2).
(2) Подача основного топлива f2 в топливные форсунки 22 и 23 в состоянии продолжения подачи пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1).
(3) Начало подачи основного топлива f2 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1), при этом продолжая подачу основного топлива f2 в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2), и замена топлива, подаваемого в топливные форсунки 21, с пускового топлива f1 на смешанное газообразное топливо из пускового топлива f1 и основного топлива f2.
(4) Прекращение подачи пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1) и подача только основного топлива f2 во все топливные форсунки 21-23 (и внутренняя горелка F1 и внешняя горелка F2).
Состояния подачи топлива в процедурах (1)-(4) соответствуют схематическим изображениям (1)-(4) горелок с такими же номерами, представленными в нижнем ряду на фиг. 3, соответственно. Далее будет описана работа клапанов в процедурах (1)-(4).
Процедура (1)
Пусковой двигатель 7 начинает вращать ротор газотурбинной установки, и контроллер 70 исполняет процедуру (1), когда нагрузка газотурбинной установки (например, скорость вращения турбины 4 или выходная электрическая мощность от электрического генератора 6) повышается до заданного значения L0, которое удовлетворяет условию воспламенения. В процедуре (1) контроллер 70 выдает сигналы S2 и S4 (фиг. 1) на топливный запорный клапан 62 и 64 регулирования подачи топлива, и открывает топливный запорный клапан 62 и открывает клапан 64 регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения. Пусковое топливо f1 тем самым выбрасывается в виде струи из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1 и воспламеняется, пусковое топливо f1 увеличивается с предварительно заданной скоростью увеличения и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66 регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (2)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до первого заданного значения L1 (L1>L0), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6 (фиг. 1) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64-66 регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (2). В процедуре (2) контроллер 70 открывает топливные запорные клапаны 62 и 63, и открывает клапан 66 регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапана 66 регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива. Основное топливо f2 тем самым начинает выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2 в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1, и основное топливо f2 воспламеняется пламенем, образованным пусковым топливом f1, в качестве источника огня. Основное топливо f2 далее увеличивается с предварительно заданной скоростью увеличения и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет клапан 65 регулирования подачи топлива закрытым. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (3)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до второго заданного значения L2 (L2>L1), контроллер 70 выдает сигналы S2-S6 (фиг. 1) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64-66 регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (3). В процедуре (3) контроллер 70 открывает клапан 65 регулирования подачи топлива в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63, и уменьшает степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива до нуля, при этом увеличивая степень открытия клапанов 65 и 66 регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения. Смешанное газообразное топливо из пускового топлива f1 и основного топлива f2 тем самым начинает выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1, концентрация основного топлива в смешанном газообразном топливе увеличивается и количество впрыска основного топлива f2 из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2 увеличивается. Основное топливо f2, начинающее выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21, стабильным образом сгорает вместе с пусковым топливом f1. В это время расход пускового топлива f1 уменьшается, но нагрузка газотурбинной установки повышается дальше с увеличением основного топлива f2. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (4)
Нагрузка газотурбинной установки рассчитана на достижение третьего заданного значения L3 (L3>L2) до того, как количество подачи основного топлива f2 увеличится, степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива упадет до нуля и подача пускового топлива f1 прекратится. Другими словами, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до третьего заданного значения L3, контроллер 70 закрывает топливный запорный клапан 62 и клапан 64 регулирования подачи топлива, и прекращает подачу пускового топлива f1 во внутренние топливные форсунки 21. Состояние сжигания тем самым переходит в состояние сжигания только основного топлива f2, в котором только основное топливо f2 выбрасывается в виде струи из всех из внутренних и внешних топливных форсунок 21-23. Затем контроллер 70 выдает сигналы S3, S5 и S6 (фиг. 1) на топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66 регулирования подачи топлива, и увеличивает степень открытия клапанов 65 и 66 регулирования подачи топлива (например, общая площадь открытия), например, с заданной скоростью увеличения, в состоянии открытия топливного запорного клапана 63. В результате нагрузка газотурбинной установки повышается до номинального значения LR и операция пуска завершается. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Согласно этому способу пуска возможно гарантировать воспламенение основного топлива f2 с использованием пламени, образованного воспламенением пускового топлива f1, и стабильным и плавным образом перейти от совместного сжигания пускового топлива f1 и основного топлива f2 к сжиганию только основного топлива f2. Следует отметить, что в то время как случай перехода нагрузки газотурбинной установки к номинальной нагрузке в состоянии сжигания только основного топлива f2 взят в качестве примера рассматриваемого варианта осуществления, в некоторых газотурбинных установках переход нагрузки газотурбинной установки к номинальной нагрузке происходит в состоянии совместного сжигания пускового топлива f1 и основного топлива f2. В этом случае контроллер 70 может быть сконфигурирован для осуществления управления переходом нагрузки газотурбинной установки к номинальной нагрузке путем исполнения процедуры (2) или (3). В этом случае возможно исключить процедуры (3) и (4) или процедуру (4).
На фиг. 4 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время остановки) в соответствии с первым вариантом осуществления. Пример способа эксплуатации во время остановки, так как со ссылкой на фиг. 4 будет описано состояние сжигания только основного топлива f2 до погасания. На фиг. 4 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем ниже, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 4 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и внешние топливные форсунки 22 и 23, вместе со схематическими изображениями горелок.
В рассматриваемом варианте осуществления контроллер 70 или оператор исполняют приведенные ниже четыре процедуры (5)-(8) в последовательном порядке, чтобы выполнять операции от номинальной нагрузки до погасания топлива.
(5) Уменьшение количества подачи основного топлива f2 в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2) в состоянии подачи только основного топлива f2 во все топливные форсунки 21-23 (и внутренняя горелка F1 и внешняя горелка F2).
(6) Начало подачи пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1), при этом продолжая подавать основное топливо f2 в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2), и замена топлива, подаваемого в топливные форсунки 21 с основного топлива f2 на смешанное газообразное топливо из пускового топлива f1 и основного топлива f2.
(7) Уменьшение количества подачи основного топлива f2 в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2) в состоянии прекращения подачи основного топлива f2 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1) и подачи только пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1).
(8) Прекращение подачи основного топлива f2 в топливные форсунки 22 и 23 (внешняя горелка F2) и уменьшение расхода подачи пускового топлива f1 в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1), чтобы погасить пусковое топливо f1, при этом подавая пусковое топливо f1 только в топливные форсунки 21 (внутренняя горелка F1).
Состояния подачи топлива в процедурах (5)-(8) соответствуют схематическим изображениям (5)-(8) горелок с такими же номерами, представленными в нижнем ряду на фиг. 4, соответственно. Далее будет описана работа клапанов в процедурах (5)-(8).
Процедура (5)
Когда сигнал остановки вводится в контроллер 70 от устройства управления (не показано), контроллер 70 выдает сигналы S3, S5 и S6 (фиг. 1) на топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66 регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (5). В процедуре (5) контроллер 70 уменьшает степень открытия клапана 66 регулирования подачи топлива, при этом увеличивая степень открытия клапана 65 регулирования подачи топлива в состоянии открытия топливного запорного клапана 63, и уменьшает общий расход подачи основного топлива, например, с заданной скоростью увеличения. В это время контроллер 70 оставляет топливный запорный клапан 62 и клапан 64 регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (6)
Когда нагрузка газотурбинной установки снижается от номинальной нагрузки LR до четвертого заданного значения L4 (L4<LR), контроллер 70 выдает сигналы S2-S6 (фиг. 1) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64-66 регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (6). В процедуре (6) контроллер 70 открывает клапан 64 регулирования подачи топлива, при этом уменьшая степень открытия клапана 66 регулирования подачи топлива, в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63, и уменьшает степень открытия клапана 65 регулирования подачи топлива до нуля, при этом увеличивая степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения. Смешанное газообразное топливо из пускового топлива f1 и основного топлива f2 тем начинает выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1, концентрация пускового топлива увеличивается и количество впрыска основного топлива f2 из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2 уменьшается, и нагрузка падает. Скорость горения падает при начале выброса в виде струи пускового топлива f1 из топливных форсунок 21. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (7)
Когда нагрузка газотурбинной установки снижается далее до пятого заданного значения L5 (L5<L4), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6 (фиг. 1) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64 и 66 регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (7). В процедуре (7) контроллер 70 уменьшает степень открытия клапана 66 регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63. Количество впрыска основного топлива f2 из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2 тем самым уменьшается, и нагрузка газотурбинной установки падает в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1. В это время клапан 65 регулирования подачи топлива закрыт, и подача основного топлива f2 в топливные форсунки 21 внутренней горелки F1 прекращается, и состояние сжигания ближе к горению только пускового топлива f1 с уменьшением количества подачи основного топлива f2. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (8)
Нагрузка газотурбинной установки рассчитана на достижение шестого заданного значения L6 (L6<L5) до того, как количество подачи основного топлива f2 станет равным нулю. Другими словами, когда нагрузка газотурбинной установки падает до шестого заданного значения L6, контроллер 70 закрывает топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66 регулирования подачи топлива, чтобы прекратить подачу основного топлива f2 в топливные форсунки 21-23. Состояние сжигания тем самым переходит в состояние сжигания только пускового топлива f1, в котором только пусковое топливо f1 выбрасывается в виде струи из внутренних топливных форсунок 21. Затем контроллер 70 выдает сигналы S2 и S4 (фиг. 1) на топливный запорный клапан 62 и клапан 64 регулирования подачи топлива, и уменьшает степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива до нуля, например, с заданной скоростью увеличения, в состоянии открытия топливного запорного клапана 62. При этом горелка 8 гаснет и операция остановки завершается. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Согласно этому способу пуска состояние сжигания переходит в состояние сжигания только пускового топлива f1 перед погасанием. Таким образом возможно исключить застаивание основного топлива f2 в несгоревшем состоянии в расположенной ниже по потоку турбине 4.
Преимущества
На фиг. 5 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий преимущества настоящего изобретения. В рассматриваемом варианте осуществления пусковое топливо f1, такое как природный газ, воспламеняется и затем подается основное топливо f2, представляющее собой водородосодержащее топливо, тем самым обеспечивая возможность гарантировать воспламенение основного топлива f2 для предотвращения того, что основное топливо f2 будет выпускаться из сжигающего устройства 3, при этом оставаясь несгоревшим. Основание для вышеизложенного будет описано со ссылкой на фиг. 5. На фиг. 5 показаны контуры пламени, образуемого ниже по потоку от горелки. Первым пусковое топливо f1 подают во внутренние топливные форсунки 21, и образуется центральное пламя 121 пускового топлива f1 на центральном участке горелки ниже по потоку от внутренних воздушных отверстий 51. Затем основное топливо f2 подают во внешние топливные форсунки 22 и 23, и смешанное газообразное топливо из основного топлива f2 и сжатого воздуха a2 выбрасывается в виде струи из внешних воздушных отверстий 52 и 53 в камеру 5 сгорания. Смешанное газообразное топливо, содержащее основное топливо f2 и выбрасываемое в виде струи из внешних воздушных отверстий 52 и 53 в камеру 5 сгорания, надежным образом воспламеняется теплом образовавшегося ранее центрального племени 121, и окружающее пламя 122 основного топлива f2 образуется вокруг центрального пламени 121. Таким образом возможно гарантировать воспламенение основного топлива f2 с использованием образовавшегося ранее центрального пламени 121 пускового топлива f1, и предотвратить выпуск основного топлива f2 из сжигающего устройства 3 и застаивание в расположенной ниже по потоку турбине 4 в несгоревшем состоянии.
При этом смеситель 61 топлива, в который могут подаваться каждое или оба из пускового топлива f1 и основного топлива f2, соединен с внутренними топливными форсунками 21, тем самым обеспечивая возможность впрыскивать пусковое топливо f1, основное топливо f2 и смешанное газообразное топливо из пускового топлива f1 и основного топлива f2 из одних и тех же топливных форсунок 21 (одни и те же отверстия для впрыска). Тем самым возможно впрыскивать основное топливо f2 также из топливных форсунок 21 (отверстий для впрыска), используемых для впрыска пускового топлива f1 в случае впрыска и воспламенения пускового топлива f1, и затем перейти к операции сжигания только основного топлива f2. Возможно подавать основное топливо f2 также в зону образования центрального пламени 121 пускового топлива f1 и надлежащим образом поддерживать дисперсность газообразного топлива даже после перехода в состояние сжигания только основного топлива f2.
Как было описано выше, согласно рассматриваемому варианту осуществления возможно стабильным образом воспламенять водородосодержащее топливо с использованием газообразного топлива, которое не содержит водород, и повысить дисперсность водородосодержащего топлива. Так как газотурбинная электростанция может стабильным образом использовать водородосодержащее топливо, возможно способствовать снижению глобального потепления. Кроме того, так как стабильность горения может быть гарантирована за счет использования попутного газа, производимого на металлургических заводах или на нефтеперерабатывающих заводах, в качестве основного топлива f2, возможно способствовать использованию природных ресурсов и уменьшению стоимости генерации электроэнергии.
Кроме того, так как подача основного топлива f2 прекращается и состояние сжигания переходит в состояние сжигания только пускового топлива f1 перед погасанием, возможно предотвратить погасание пламени до прекращения подачи основного топлива f2 и исключить застаивание основного топлива f2, которое остается несгоревшим, в расположенной ниже по потоку турбине 4, даже для операции остановки.
Второй вариант осуществления
На фиг. 6 представлен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 6 соответствует фиг. 1 первого варианта осуществления. Элементы на фиг. 6, аналогичные соответствующим элементам в первом варианте осуществления, имеют такие же ссылочные позиции, как на фиг. 1, и их пояснение будет опущено. Отличие рассматриваемого варианта осуществления от первого варианта осуществления состоит в том, что отверстия для впрыска внутренних топливных форсунок 21A и внешних топливных форсунок 22A открыты к поверхностям внутренних стенок воздушных отверстий пластины 20 с воздушными отверстиями.
В рассматриваемом варианте осуществления отверстия 701 для впрыска топливных форсунок 21A открыты к внутренним стенкам воздушных отверстий 51, и отверстия для впрыска 702 и 703 топливных форсунок 22A открыты к внутренним стенкам воздушных отверстий 52 и 53. Канал 68 передачи соединен с топливными форсунками 21A, и трубопровод 60 основного топлива соединен с топливными форсунками 22A. Другие конфигурации аналогичны конфигурациям в соответствии с первым вариантом осуществления.
Даже с такой конфигурацией горелки для сжигания бедной смеси возможно получить преимущества, аналогичные преимуществам первого варианта осуществления, посредством аналогичного управления топливами.
Третий вариант осуществления
Конфигурация
На фиг. 7 представлен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 8 показывает горелку, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания. Фиг. 7 и фиг. 8 соответствуют фиг. 1 и фиг. 2 первого варианта осуществления. Элементы на фиг. 7 и фиг. 8, аналогичные соответствующим элементам в первом варианте осуществления, имеют такие же ссылочные позиции, как на фиг. 1, и их пояснение будет опущено. Отличие рассматриваемого варианта осуществления состоит в том, что внешние топливные форсунки 22 и 23 подразделены на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) групп форсунок, и трубопровод 60 основного топлива разветвляется на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) трубопроводов, которые соединены с соответствующими группами форсунок.
В рассматриваемом варианте осуществления внешние топливные форсунки 22 и 23 и воздушные отверстия 52 и 53 разделены на множество зон X1-X3 в окружном направлении, и первая группа форсунок принадлежит зоне X1, вторая группа форсунок принадлежит зоне X2 и третья группа форсунок принадлежит зоне X3. Далее, в рассматриваемом варианте осуществления топливная полость 26, которая распределяет основное топливо f2 во внешние топливные форсунки 22 и 23, также разделена на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) топливных полостей 26a-26c. Топливная полость 26a соединена с топливными форсунками 22 и 23, образующими первую группу форсунок. Топливная полость 26b соединена с топливными форсунками 22 и 23, образующими вторую группу форсунок, полость 26c соединена с топливными форсунками 22 и 23, образующими третью группу форсунок.
Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления трубопровод 60 основного топлива разветвляется на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) ответвляющихся трубопроводов 60a-60c. Ответвляющийся трубопровод 60a соединен с топливной полостью 26a, ответвляющийся трубопровод 60b соединен с топливной полостью 26b и ответвляющийся трубопровод 60c соединен с топливной полостью 26c. Клапан регулирования подачи топлива не обеспечен в трубопроводе 60 основного топлива (участок перед разветвлением на ответвляющиеся трубопроводы 60a-60c). В рассматриваемом варианте осуществления клапан 66a регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60a, клапан 66b регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60b и клапан 66c регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60c. Клапаны 66a-66c регулирования подачи топлива идентичны клапану 66 регулирования подачи топлива в соответствии с первым вариантом осуществления.
Рассматриваемый вариант осуществления аналогичен первому варианту осуществления в других аспектах. Следует отметить, что горелка, сконфигурированная таким образом, что отверстия для впрыска топливных форсунок открыты к поверхностям внутренних стенок воздушных отверстий пластины, также применима для рассматриваемого варианта осуществления, аналогично второму варианту осуществления. Количество групп форсунок не ограничивается тремя и может составлять две или больше. Например, количество групп форсунок может быть равно или больше, чем четыре, или может составлять две. Увеличение количества групп форсунок обеспечивает возможность сжигающему устройству 3 быть совместимым с газотурбинной установкой большой мощности и улучшить управляемость работой. Кроме того, группы форсунок, на которые разделены топливные форсунки 22 и 23, могут быть заданы не в окружном направлении, а в радиальном направлении (то есть как кольцевые ряды).
Работа
На фиг. 9 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время пуска) в соответствии с третьим вариантом осуществления. Фиг. 9 соответствует фиг. 3 первого варианта осуществления. Пример способа эксплуатации во время пуска, так как со ссылкой на фиг. 9 будет описано воспламенение пускового топлива f1 до перехода в состояние сжигания только основного топлива f2. На фиг. 9 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем выше, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 9 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и группы форсунок внешних топливных форсунок 22 и 23, вместе со схематическими изображениями горелок. Внутренняя горелка F1, показанная на схематических изображениях горелок, представляет собой круглую горелку на стороне внутренней периферии, снабженную топливными форсунками 21. Внешняя горелка F2a представляет собой веерообразную горелку, снабженную топливными форсунками 22 и 23 в первой группе горелок. Внешняя горелка F2b представляет собой веерообразную горелку, снабженную топливными форсунками 22 и 23 во второй группе горелок. Внешняя горелка F2c представляет собой веерообразную горелку, снабженную топливными форсунками 22 и 23 в третьей группе горелок.
Процедуры пуска в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления аналогичны процедурам первого варианта осуществления за исключением того, что процедура (2) из четырех процедур (1)-(4), описанных в первом варианте осуществления, разделена на три этапа процедур (2a)-(2с). В рассматриваемом варианте осуществления процедуры (1), (3) и (4) аналогичны процедурам первого варианта осуществления и поэтому их описание будет опущено, и далее будут описаны процедуры (2a)-(2c). После завершения процедуры (1) исполняют приведенные ниже процедуры (2a)-(2c). После завершения процедуры (2c) исполняют процедуры (3) и (4), аналогично первому варианту осуществления. Следует отметить, что хотя в рассматриваемом варианте осуществления три клапана 66a-66c регулирования подачи топлива обеспечены для внешних горелок F2a-F2c, клапанами 66a-66c регулирования подачи топлива управляют аналогичным образом в процедурах (3) и (4).
Процедура (2a)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до первого заданного значения L1a (L1a>L0) после исполнения процедуры (1), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6a (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64 и 66a регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (2a). В процедуре (2a) контроллер 70 открывает топливные запорные клапаны 62 и 63 и открывает клапан 66a регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапана 66a регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степень открытия клапана 64 регулирования подачи топлива. Тем самым основное топливо f2 начинает выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2a в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из топливных форсунок 21 внутренней горелки F1, и основное топливо f2 воспламеняется пламенем, образованным пусковым топливом f1, в качестве источника огня. Основное топливо f2 далее увеличивается с предварительно заданной скоростью увеличения, и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет клапаны 65, 66b и 66c регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65 и 66a-66c регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (2b)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до заданного значения L1b (L1b>L1a), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4, S6a и S6b (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64, 66a и 66b регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (2b). В процедуре (2b) контроллер 70 открывает топливные запорные клапаны 62 и 63, и впервые открывает клапан 66b регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапана 66b регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степени открытия клапанов 64 и 66a регулирования подачи топлива. Основное топливо f2, начинающее выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2b, тем самым плавно воспламеняется, зона подачи основного топлива f2 расширяется и количество подачи основного топлива f2 дополнительно увеличивается, и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет клапаны 65 и 66c регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65 и 66a-66c регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (2c)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до заданного значения L1c (L1b<L1c<L2), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6a-S6c (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64, 66a-66c регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (2c). В процедуре (2c) контроллер 70 открывает топливные запорные клапаны 62 и 63, и впервые открывает клапан 66c регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапана 66c, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степени открытия клапанов 64, 66a и 66b регулирования подачи топлива. Основное топливо f2, начинающее выбрасываться в виде струи из топливных форсунок 22 и 23 внешней горелки F2c, тем самым плавно воспламеняется, зона подачи основного топлива f2 расширяется и количество подачи основного топлива f2 дополнительно увеличивается, и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет клапан 65 регулирования подачи топлива закрытым. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65 и 66a-66c регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
На фиг. 10 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время остановки) в соответствии с третьим вариантом осуществления. Фиг. 10 соответствует фиг. 4 первого варианта осуществления. Пример способа эксплуатации во время остановки, так как со ссылкой на фиг. 10 будет описано состояние сжигания только основного топлива f2 до погасания. На фиг. 10 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем ниже, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 10 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, а в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и группы форсунок внешних топливных форсунок 22 и 23, вместе со схематическими изображениями горелок.
Процедуры остановки в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления аналогичны процедурам первого варианта осуществления за исключением того, что процедура (7) из четырех процедур (5)-(8), описанных в первом варианте осуществления, разделена на три этапа процедур (7a), (7b) и (7с). В рассматриваемом варианте осуществления процедуры (5), (6) и (8) аналогичны процедурам первого варианта осуществления и поэтому их описание будет опущено, и далее будут описаны процедуры (7c), (7b) и (7a). После завершения процедур (5) и (6) исполняют приведенные ниже процедуры (7c), (7b) и (7a). После завершения процедуры (7a) исполняют процедуру (8), аналогично первому варианту осуществления. Следует отметить, что хотя в рассматриваемом варианте осуществления три клапана 66a-66c регулирования подачи топлива обеспечены для внешних горелок F2a-F2c, клапанами 66a-66c регулирования подачи топлива управляют аналогичным образом в процедурах (5) и (6).
Процедура (7c)
Когда нагрузка газотурбинной установки падает до пятого заданного значения L5c (L5c<L4) после исполнения процедуры (6), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6a-S6c (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64 и 66a-66c регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (7c). В процедуре (7c) контроллер 70 уменьшает степень открытия клапана 66c регулирования подачи топлива до нуля, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степени открытия клапанов 64, 66a и 66b регулирования подачи топлива в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63. Количество впрыска основного топлива f2 из внешней горелки F2c тем самым уменьшается, и нагрузка газотурбинной установки падает в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из внутренней горелки F1 и количеств впрыска основного топлива f2 из внешних горелок F2a и F2b. В это время клапан 65 регулирования подачи топлива закрыт и подача основного топлива f2 в топливные форсунки 21 внутренней горелки F1 прекращается. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (7b)
Когда нагрузка газотурбинной установки падает до заданного значения L5b (L5b<L5c), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4, S6a и S6b (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64, 66a и 66b регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (7b). В процедуре (7b) контроллер 70 уменьшает степень открытия клапана 66b регулирования подачи топлива до нуля, например, с заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степени открытия клапанов 64 и 66a регулирования подачи топлива в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63. Количество впрыска основного топлива f2 из внешней горелки F2b тем самым уменьшается и нагрузка газотурбинной установки дополнительно уменьшается в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из внутренней горелки F1 и количество впрыска основного топлива f2 из внешней горелки F2a. В это время контроллер 70 оставляет клапаны 65 и 66c регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (7a)
Когда нагрузка газотурбинной установки падает до заданного значения L5a (L6<L5a<L5b), контроллер 70 выдает сигналы S2, S3, S4 и S6a (фиг. 7) на топливные запорные клапаны 62 и 63 и клапаны 64 и 66a регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (7a). В процедуре (7a) контроллер 70 уменьшает степень открытия клапана 66a регулирования подачи топлива до нуля, например, с предварительно заданной скоростью увеличения, при этом поддерживая степень открытия клапанов 64 регулирования подачи топлива, в состоянии открытия топливных запорных клапанов 62 и 63. Количество впрыска основного топлива f2 из внешней горелки F2a тем самым уменьшается и нагрузка газотурбинной установки дополнительно уменьшается в состоянии поддержания количества впрыска пускового топлива f1 из внутренней горелки F1. В это время контроллер 70 оставляет клапаны 65, 66b и 66c регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64-66 регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Преимущества
Рассматриваемый вариант осуществления может получить преимущества, аналогичные преимуществам первого варианта осуществления. Кроме того, разделение внешних топливных форсунок 22 и 23 на множество групп форсунок и исполнение пуска и остановки подачи основного топлива f2 для каждой группы форсунок, выполняя воспламенение основного топлива f2 и т.п. пошагово, обеспечивает возможность дополнительно гарантировать подавление выбросов несгоревшего основного топлива f2.
Четвертый вариант осуществления
Конфигурация
На фиг. 11 представлен схематический вид, иллюстрирующий конфигурацию газотурбинной электростанции, снабженной сжигающим устройством газотурбинной установки в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. Фиг. 12 показывает горелку, обеспеченную в сжигающем устройстве газотурбинной установки в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть на горелку со стороны камеры сгорания. Фиг. 11 и фиг. 12 соответствуют фиг. 1 и фиг. 2 первого варианта осуществления. Элементы на фиг. 11 и фиг. 12, аналогичные соответствующим элементам в первом варианте осуществления, имеют такие же ссылочные позиции, как на фиг. 1 и фиг. 2, и их пояснение будет опущено. Отличие рассматриваемого варианта осуществления состоит в том, что сжигающее устройство 3 снабжено мультигорелкой, снабженной множеством горелок.
Сжигающее устройство 3 в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления снабжено пилотной горелкой 31 и множеством (шесть в рассматриваемом примере) основных горелок 32 и пилотная горелка 31 и множество основных горелок 32 расположены таким образом, что внешняя периферия одной пилотной горелки 31, расположенной в центре, окружена множеством основных горелок 32. В рассматриваемом варианте осуществления в качестве примера иллюстрируется случай применения конструкции горелки в соответствии с первым вариантом осуществления для каждой из пилотной горелки 31 и основных горелок 32. Следует отметить, что горелка 8 в соответствии с первым, вторым или третьим вариантами осуществления может использоваться для каждой из пилотной горелки 31 и основных горелок 32 сообразно обстоятельствам. Например, горелка 8 в соответствии с любым из вариантов осуществления с первого по третий может единообразно использоваться в качестве каждой из пилотной горелки 31 и основных горелок 32, и горелки 8 в соответствии с вариантами осуществления с первый по третий смешанным образом могут использоваться в качестве пилотной горелки 31 и основных горелок 32 сообразно обстоятельствам. Пластина 20 с воздушными отверстиями может совместно использоваться пилотными горелками 31 и множеством основных горелок 32 (воздушные отверстия 51-53 каждой горелки могут быть образованы на одной пластине 20 с воздушными отверстиями).
В отношении системы 200 подачи, канал 68 передачи разветвляется на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) ответвляющихся трубопроводов 68A-68C. Ответвляющийся трубопровод 68A соединен с внутренними топливными форсунками 21 (топливная полость 25) пилотной горелки 31. Ответвляющийся трубопровод 68B соединен с внутренними топливными форсунками 21 (топливные полости 25) половины основных горелок 32, и ответвляющийся трубопровод 68C соединен с внутренними топливными форсунками 21 (топливные полости 25) остальной части основных горелок 32. Кроме того, клапан 65A регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 68A, клапан 65B регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 68B и клапан 65C регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 68C. Клапаны 65A-65C регулирования подачи топлива идентичны, например, клапану 65 регулирования подачи топлива.
Кроме того, в рассматриваемом варианте осуществления трубопровод 60 основного топлива разветвляется на множество (три в рассматриваемом варианте осуществления) ответвляющихся трубопроводов 60A-60C. Ответвляющийся трубопровод 60A соединен с внешними топливными форсунками 22 и 23 (топливная полость 26) пилотной горелки 31. Ответвляющийся трубопровод 60B соединен с внешними топливными форсунками 22 и 23 (топливные полости 26) половины основных горелок 32 и ответвляющийся трубопровод 60C соединен с внешними топливными форсунками 22 и 23 (топливные полости 26) остальной части основных горелок 32. Клапан регулирования подачи топлива не обеспечен в трубопроводе 60 основного топлива (участок до разветвления на ответвляющиеся трубопроводы 60A-60C). В рассматриваемом варианте осуществления клапан 66A регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60A, клапан 66B регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60B и клапан 66C регулирования подачи топлива обеспечен в ответвляющемся трубопроводе 60C. Клапаны 66A-66B регулирования подачи топлива идентичны клапану 66 регулирования подачи топлива в соответствии с первым вариантом осуществления.
Рассматриваемый вариант осуществления аналогичен первому, второму и третьему вариантам осуществления в других аспектах.
Работа
На фиг. 13 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время пуска) в соответствии с четвертым вариантом осуществления. Фиг. 13 соответствует фиг. 3 первого варианта осуществления. Пример способа эксплуатации во время пуска, так как со ссылкой на фиг. 13 будет описано воспламенение пускового топлива f1 до перехода в состояние сжигания только основного топлива f2. На фиг. 13 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем выше, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 13 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и внешние топливные форсунки 22 и 23 пилотной горелки 31 и основных горелок 32, вместе со схематическими изображениями горелок. Внутренняя горелка F11, показанная на схематических изображениях горелок, представляет собой внутреннюю горелку (соответствует топливным форсункам 21) пилотной горелки 31, и внешняя горелка F12 представляет собой внешнюю горелку (соответствует внешним форсункам 22 и 23) пилотной горелки 31. Кроме того, в отношении основных горелок 32 полагается, что три чередующиеся в окружном направлении основные горелки 32 принадлежат первой группе, а три остальные основные горелки 32 принадлежат второй группе. Внутренняя горелка F21 представляет собой внутреннюю горелку (соответствует топливным форсункам 21) основных горелок 32 первой группы, и внешняя горелка F22 представляет собой внешнюю горелку (соответствует топливным форсункам 22 и 23) основных горелок 32 первой группы. Внутренняя горелка F31 представляет собой внутреннюю горелку (соответствует топливным форсункам 21) основных горелок 32 второй группы, и внешняя горелка F32 представляет собой внешнюю горелку (соответствует топливным форсункам 22 и 23) основных горелок 32 второй группы.
Процедуры пуска в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления аналогичны процедурам первого варианта осуществления за исключением того, что процедура (1) в четырех процедурах (1)-(4), описанных в первом варианте осуществления, разделена на два этапа процедур (1A) и (1B). Далее будут описаны процедуры (1A) и (1B). После завершения приведенных ниже процедур (1A) и (1B) исполняют процедуры (2)-(4), аналогично первому варианту осуществления. Следует отметить, что хотя в рассматриваемом варианте осуществления три клапана 65A-65C регулирования подачи топлива обеспечены для пускового топлива f1, клапанами 65A-65C регулирования подачи топлива аналогичным образом управляют в процедурах (2)-(4). Подобным образом, хотя три клапана 66A-66C регулирования подачи топлива обеспечены для основного топлива f2, клапанами 66A-66C регулирования подачи топлива аналогичным образом управляют в процедурах (2)-(4).
Процедура (1A)
Пусковой двигатель 7 начинает вращать ротор газотурбинной установки, и контроллер 70 исполняет процедуру (1A), когда нагрузка газотурбинной установки повышается до заданного значения L0A, которое удовлетворяет условию воспламенения. В процедуре (1A) контроллер 70 выдает сигналы S2, S4, S5A и S5B (фиг. 11) на топливный запорный клапан 62 и клапаны 64, 65A и 65B регулирования подачи топлива, и открывает топливный запорный клапан 62 и открывает клапаны 64, 65A и 65B регулирования подачи топлива, увеличивая степень открытия клапанов 64, 65A и 65B регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения. Пусковое топливо f1 тем самым выбрасывается в виде струи из внутренних горелок F11 и F21 и воспламеняется, пусковое топливо f1 увеличивается с предварительно заданной скоростью увеличения и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет топливный запорный клапан 63 и клапаны 65, 65C и 66A-66C регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65, 65A-65C и 66A-66C регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (1B)
Когда нагрузка газотурбинной установки повышается до заданного значения L0B (L0A<L0B<L1), контроллер 70 исполняет процедуру (1B). В процедуре (1B) контроллер 70 выдает сигналы S2, S4 и S5A-S5C (фиг. 11) на топливный запорный клапан 62 и клапаны 64 и 65A-65C регулирования подачи топлива, впервые открывая клапан 65C регулирования подачи топлива, и увеличивает степени открытия клапанов 64 и 65A-65C, например, с заданной скоростью увеличения. Пусковое топливо f1 тем самым выбрасывается в виде струи из внутренних горелок F11-F31, пусковое топливо f1 увеличивается с предварительно заданной скоростью увеличения и нагрузка газотурбинной установки повышается. В это время контроллер 70 оставляет топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66A-66C регулирования подачи топлива закрытыми. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65, 65A-65C и 66A-66C регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
На фиг. 14 представлен пояснительный схематический вид, иллюстрирующий способ эксплуатации сжигающего устройства (время остановки) в соответствии с четвертым вариантом осуществления. Пример способа эксплуатации во время остановки, так как со ссылкой на фиг. 14 будет описана номинальная нагрузка до погасания. На фиг. 14 по горизонтальной оси отображена нагрузка газотурбинной установки, и нагрузка газотурбинной установки тем ниже, чем ближе к правой стороне. Далее, в верхнем ряду на фиг. 14 показаны изменения расходов топлива пускового топлива f1 и основного топлива f2, в нижнем ряду показано изменение расхода газообразного топлива, подаваемого во внутренние топливные форсунки 21 и внешние топливные форсунки 22 и 23 пилотной горелки 31 и основных горелок 32, вместе со схематическими изображениями горелок.
Процедуры остановки в соответствии с рассматриваемым вариантом осуществления аналогичны процедурам первого варианта осуществления за исключением того, что процедура (8) в четырех процедурах (5)-(8), описанных в первом варианте осуществления, разделена на два этапа процедур (8A) и (8B). Далее будут описаны процедуры (8A) и (8B). Аналогично первому варианту осуществления, после исполнения процедур (5)-(7) исполняют приведенные ниже процедуры (8A) и (8C). Следует отметить, что хотя в рассматриваемом варианте осуществления три клапана 65A-65C регулирования подачи топлива обеспечены для пускового топлива f1, клапанами 65A-65C регулирования подачи топлива аналогичным образом управляют в процедурах (5)-(7). Подобным образом, хотя три клапана 66A-66C регулирования подачи топлива обеспечены для основного топлива f2, клапанами 66A-66C регулирования подачи топлива аналогичным образом управляют в процедурах (5)-(7).
Процедура (8A)
Когда нагрузка газотурбинной установки падает до шестого заданного значения L6A (L6A<L5) после исполнения процедуры (7), контроллер 70 выдает сигналы S2, S4 и S5A-S5C (фиг. 11) на топливный запорный клапан 62 и клапаны 64 и 65A-65C регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (8A). В процедуре (8A) контроллер 70 уменьшает степени открытия клапанов 64 и 65A-65C регулирования подачи топлива, например, с заданной скоростью увеличения, в состоянии открытия топливного запорного клапана 62. В это время топливный запорный клапан 63 и клапаны 65 и 66A-66C регулирования подачи топлива закрыты, и состояние сжигания представляет собой состояние сжигания только пускового топлива f1. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65, 65A-65C и 66A-66C регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Процедура (8B)
Когда нагрузка газотурбинной установки падает до заданного значения L6B (L6B<L6A), контроллер 70 выдает сигналы S2, S4, S5A и S5B (фиг. 11) на топливный запорный клапан 62 и клапаны 64, 65A и 65B регулирования подачи топлива, чтобы исполнять процедуру (8B). В процедуре (8B) контроллер 70 уменьшает степени открытия клапанов 64, 65A и 65B регулирования подачи топлива до нуля, например, с заданной скоростью увеличения, в состоянии открытия топливного запорного клапана 62. При этом сжигающее устройство 3 гаснет и операция остановки завершается. В этом время топливный запорный клапан 63 и клапаны 65, 65C и 66A-66C регулирования подачи топлива закрыты, и количество горелок впрыска для пускового топлива f1 уменьшается до двух, а именно, горелками впрыска для пускового топлива f1 являются внутренние горелки F11 и F21. В случае, если оператор регулирует расходы топлива, оператор вручную управляет степенью открытия топливных запорных клапанов 62 и 63 и клапанов 64, 65, 65A-65C и 66A-66C регулирования подачи топлива, с использованием устройства управления (не показано), как было описано выше.
Преимущества
Конфигурируя мультигорелку путем использования конфигурации горелок в соответствии с вариантами осуществления с первого по третий для пилотной горелки 31 и основных горелок 32 сообразно обстоятельствам, четвертому варианту осуществления обеспечивается возможность получения преимуществ, аналогичных преимуществам предыдущих вариантов осуществления или преимуществ, как комбинации преимуществ предыдущих вариантов осуществления, даже в сжигающем устройстве 3, используемом для газотурбинной установки большой мощности.
1. Сжигающее устройство газотурбинной установки, содержащее горелку, включающую в себя:
трубопровод пускового топлива, в котором циркулирует пусковое топливо;
первый трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо;
второй трубопровод основного топлива, в котором циркулирует основное топливо;
смеситель топлива, с которым соединены трубопровод пускового топлива и первый трубопровод основного топлива;
внутреннюю топливную форсунку, с которой соединен смеситель топлива;
множество внешних топливных форсунок, с которыми соединен второй трубопровод основного топлива;
клапан регулирования подачи пускового топлива, обеспеченный в трубопроводе пускового топлива;
первый клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный в первом трубопроводе основного топлива; и
второй клапан регулирования подачи топлива, обеспеченный во втором трубопроводе основного топлива.
2. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, дополнительно содержащее контроллер, выполненный с возможностью управления клапаном регулирования подачи пускового топлива, первым клапаном регулирования подачи топлива и вторым клапаном регулирования подачи топлива, при этом контроллер исполняет процедуры, включающие:
(1) увеличение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы подавать пусковое топливо во внутреннюю топливную форсунку,
(2) увеличение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, чтобы подавать основное топливо во множество внешних топливных форсунок, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до первого заданного значения, и
(3) увеличение степени открытия первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы подавать смешанное газообразное топливо из пускового топлива и основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до второго заданного значения.
3. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 2, в котором контроллер исполняет процедуры, включающие:
(4) закрытие первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы прекратить подачу основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, и уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, когда степень открытия второго клапана регулирования подачи топлива уменьшается и нагрузка газотурбинной установки падает до третьего заданного значения, и
(5) закрытие второго клапана регулирования подачи топлива для перехода в состояние сжигания только пускового топлива и затем уменьшение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива до нуля, чтобы погасить пусковое топливо, когда нагрузка газотурбинной установки падает далее до четвертого заданного значения.
4. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 2, в котором контроллер исполняет процедуры, включающие:
(4) закрытие клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы прекратить подачу пускового топлива во внутреннюю топливную форсунку, и переход в состояние сжигания только основного топлива, причем состояние сжигания только основного топлива представляет собой состояние, в котором только основное топливо выбрасывается в виде струи из всех из множества внешних топливных форсунок и внутренней топливной форсунки, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до третьего заданного значения.
5. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 4, в котором контроллер исполняет процедуры, включающие:
(5) уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива,
(6) увеличение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы подавать смешанное газообразное топливо из пускового топлива и основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, когда нагрузка газотурбинной установки падает до четвертого заданного значения,
(7) закрытие первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы прекратить подачу основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, и уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, когда нагрузка газотурбинной установки падает до пятого заданного значения, и
(8) закрытие второго клапана регулирования подачи топлива для перехода в состояние сжигания только пускового топлива и затем уменьшение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива до нуля, чтобы погасить пусковое топливо, когда нагрузка газотурбинной установки падает до шестого заданного значения.
6. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором множество внешних топливных форсунок разделены на множество групп форсунок, второй трубопровод основного топлива разветвляется на множество ответвляющихся трубопроводов, и каждый из множества ответвляющихся трубопроводов соединен с соответствующей группой форсунок.
7. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, дополнительно содержащее множество горелок.
8. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, дополнительно содержащее:
цилиндрическую жаровую трубу, которая образует камеру сгорания; и
пластину с воздушными отверстиями, расположенную на впуске жаровой трубы и включающую в себя множество воздушных отверстий, которые направляют сжатый воздух в камеру сгорания,
при этом внутренняя топливная форсунка и множество внешних топливных форсунок имеют отверстия для впрыска, ориентированные к соответствующим воздушным отверстиям, и расположены напротив камеры сгорания через пластину с воздушными отверстиями,
причем внутренняя топливная форсунка и множество внешних топливных форсунок расположены концентрично.
9. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, дополнительно содержащее:
цилиндрическую жаровую трубу, которая образует камеру сгорания; и
пластину с воздушными отверстиями, расположенную на впуске жаровой трубы и включающую в себя множество воздушных отверстий, которые направляют сжатый воздух в камеру сгорания,
при этом отверстия для впрыска внутренней топливной форсунки и внешних топливных форсунок открыты к поверхностям внутренних стенок воздушных отверстий.
10. Сжигающее устройство газотурбинной установки по п. 1, в котором пусковое топливо представляет собой либо природный газ, либо нефтяной газ, а основное топливо представляет собой водородосодержащее топливо.
11. Способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки по п. 1, включающий:
увеличение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы подавать пусковое топливо во внутреннюю топливную форсунку;
увеличение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, чтобы подавать основное топливо во множество внешних топливных форсунок, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до первого заданного значения; и
увеличение степени открытия первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы подавать смешанное газообразное топливо из пускового топлива и основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до второго заданного значения.
12. Способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки по п. 11, дополнительно включающий:
закрытие первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы прекратить подачу основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, и уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, когда степень открытия второго клапана регулирования подачи топлива уменьшается и нагрузка газотурбинной установки падает до третьего заданного значения; и
закрытие второго клапана регулирования подачи топлива для перехода в состояние сжигания только пускового топлива и затем уменьшение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива до нуля, чтобы погасить пусковое топливо, когда нагрузка газотурбинной установки падает далее до четвертого заданного значения.
13. Способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки по п. 11, дополнительно включающий:
закрытие клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы прекратить подачу пускового топлива во внутреннюю топливную форсунку, и переход в состояние сжигания только основного топлива, причем состояние сжигания только основного топлива представляет собой состояние, в котором только основное топливо выбрасывается в виде струи из всех из множества внешних топливных форсунок и внутренней топливной форсунки, когда нагрузка газотурбинной установки повышается до третьего заданного значения.
14. Способ эксплуатации сжигающего устройства газотурбинной установки по п. 13, дополнительно включающий:
уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива;
увеличение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива, чтобы подавать смешанное газообразное топливо из пускового топлива и основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, когда нагрузка газотурбинной установки падает до четвертого заданного значения;
закрытие первого клапана регулирования подачи топлива, чтобы прекратить подачу основного топлива во внутреннюю топливную форсунку, и уменьшение степени открытия второго клапана регулирования подачи топлива, когда нагрузка газотурбинной установки падает до пятого заданного значения; и
закрытие второго клапана регулирования подачи топлива для перехода в состояние сжигания только пускового топлива и затем уменьшение степени открытия клапана регулирования подачи пускового топлива до нуля, чтобы погасить пусковое топливо, когда нагрузка газотурбинной установки падает до шестого заданного значения.
