ES2248402T3 - Turbina de gas y procedimiento para hacer funcionar una turbina de gas. - Google Patents
Turbina de gas y procedimiento para hacer funcionar una turbina de gas.Info
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Abstract
Turbina de gas (3) con u un compresor (7) para generar una corriente de aire de combustión (61) comprimida, que circula a lo largo de una dirección de circulación (62), u una región de gas caliente (12) que comprende una cámara de combustión (9) y una parte de turbina (11) con un canal de circulación de gas caliente (26), u y un abastecimiento de aire de refrigeración (19) para derivar una corriente de aire de refrigeración (65) desde la corriente de aire de combustión (61) a una posición de derivación (17) y para alimentarla a una pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) cargada térmicamente de la región de gas caliente (12), estando previsto un dispositivo de adición de combustible (37) para añadir combustible (63) a la corriente de aire de combustión (61) en una posición de adición de combustible (38), caracterizada porque la posición de adición de combustible (38) está dispuesta en la dirección de circulación (62) delante de la posición de derivación (17).
Description
Turbina de gas y procedimiento para hacer
funcionar una turbina de gas.
La invención se refiere a una turbina de gas con
un compresor, una cámara de combustión y una parte de turbina así
como un abastecimiento de aire de refrigeración, para derivar una
corriente de aire de refrigeración desde una corriente de aire de
combustión y para alimentar esta corriente de aire de refrigeración
a una pieza constructiva cargada térmicamente. La invención se
refiere también a un procedimiento para hacer funcionar una turbina
de gas.
El documento 43 30 613 A1 hace patente un
procedimiento y un dispositivo para hacer funcionar una turbina de
gas. La turbina de gas presenta una parte de turbina por la que
circula un gas impulsor, que se expande y que rinde un trabajo
mecánico. Al gas impulsor se alimenta un combustible que se quema en
la parte de turbina. Al combustible para su combustión en la parte
de turbina se añade mezclando una corriente de aire de refrigeración
a alimentar a esta parte de turbina. La proporción del combustible
en la corriente de aire de refrigeración está dimensionada de tal
modo, que queda descartado un autoencendido de la mezcla.
El documento WO 97/29274 muestra un procedimiento
para la expansión de una corriente de gas de combustión en una
turbina así como una turbina correspondiente. Una pieza constructiva
de la turbina muy cargada térmicamente se refrigera por medio de una
correspondiente corriente de gas de refrigeración, que circula por
la pieza constructiva y desde esta pieza constructiva se alimenta a
la corriente de gas de combustión. A la corriente de gas de
combustión en la turbina se añade de forma dosificada combustible,
de tal manera que una bajada de temperatura en la corriente de gas
de refrigeración, que se obtiene mediante alimentación de la
corriente de gas de refrigeración sin adición de forma dosificada
del combustible, se compensa mediante la combustión del combustible
añadido de forma dosificada. Mediante la combustión adicional de
combustible aumenta la potencia de la turbina, sin que tenga que
aumentar la temperatura del gas de combustión al entrar en la
turbina. Con un mismo diseño de la turbina y una misma elección de
los materiales utilizados para su construcción aumenta claramente el
trabajo útil entregado por una turbina de gas, a la que pertenece la
turbina. Aparte de esto se evita que la corriente de gas de
combustión siga enfriándose a causa de la bajada de temperatura
prefijada mediante la expansión. Esto mejora el grado de eficacia
termodinámico de la turbina. Mediante la combustión adicional de
combustible se crea en la turbina fundamentalmente el estado que
imperaría sin prever corrientes de gas de refrigeración. En el caso
de que la corriente de gas de refrigeración se componga
fundamentalmente de aire, se añade mezclando a la corriente de gas
de refrigeración el combustible con una proporción de peso máxima
del 2%. En esta relación de mezcla queda descartado fundamentalmente
un encendido imprevisto de la mezcla formada por aire y combustible,
en especial cuando el combustible se introduce mezclando en la
corriente de gas de refrigeración de forma homogénea.
La tarea de la invención es indicar una turbina
de gas, con la que puedan conseguirse un grado de eficacia
especialmente elevado, una elevada potencia específica y unas
emisiones de óxido de nitrógeno especialmente bajas con una
complejidad relativamente reducida. Otra tarea de la invención es
indicar un procedimiento correspondiente para hacer funcionar una
turbina de gas.
La tarea orientada a una turbina de gas es
resuelta conforme a la invención por medio de una turbina de gas con
un compresor para generar una corriente de aire de combustión
comprimida, que circula a lo largo de una dirección de circulación,
una región de gas caliente que comprende una cámara de combustión y
una parte de turbina con un canal de circulación de gas caliente, y
un abastecimiento de aire de refrigeración para derivar una
corriente de aire de refrigeración desde la corriente de aire de
combustión a una posición de derivación y para alimentarla a una
pieza constructiva de gas caliente cargada térmicamente de la región
de gas caliente, estando previsto un dispositivo de adición de
combustible para añadir combustible a la corriente de aire de
combustión en una posición de adición de combustible, y estando
dispuesta la posición de adición de combustible en la dirección de
circulación delante de la posición de derivación.
La invención busca de este modo la vía inusual de
no añadir mezclando en primer lugar, de forma específica,
combustible a una corriente de aire de refrigeración ya derivada que
sólo circula entonces hasta la parte de turbina por un tramo
relativamente corto. Más bien se añade mezclando combustible ya
antes de la derivación de la corriente de aire de refrigeración.
Esto conduce a una circulación a primera vista descaminada de todo
el abastecimiento de aire de refrigeración con una mezcla de
combustible/aire de combustión. La invención se basa aquí en el
reconocimiento de que realmente puede controlarse el riesgo de un
autoencendido de una mezcla así en la región del abastecimiento de
aire de refrigeración. En contra de la opinión imperante es posible
según el reconocimiento de la invención, teniendo en cuenta las
temperaturas de encendido y los tiempos de retardo de la mezcla que
se produce en el abastecimiento de aire de refrigeración, descartar
prácticamente un autoencendido. Esta posibilidad, que según el
estado actual de la técnica nunca se había tomado en serio, ofrece
una serie de ventajas:
El aire de refrigeración que circula en el
abastecimiento de aire de refrigeración se pierde para el verdadero
proceso de turbina de gas, para generar energía mecánica en una
técnica usual, ya que sólo sirve para refrigerar piezas
constructivas muy cargadas y no participa en el proceso de
combustión. Mediante la adición mezclando de combustible al aire de
refrigeración es posible dejar quemarse la corriente de aire de
refrigeración, así alternada con combustible, una vez realizada la
refrigeración en la región caliente de la turbina de gas. Por medio
de esto también se rinde trabajo mediante la corriente de aire de
refrigeración y el grado de eficacia de la turbina de gas aumenta.
Al mismo tiempo, sin embargo, no aumenta la temperatura ISO de la
turbina de gas por ejemplo si se utiliza la corriente de aire de
refrigeración para refrigerar una paleta de turbina de gas. La
temperatura ISO es la temperatura de entrada a la turbina ficticia,
por vía analítica, de una turbina de gas refrigerada. Es menor que
la temperatura de combustión que se presenta en la zona primaria de
la cámara de combustión. La diferencia entre temperatura de
combustión y temperatura ISO aumenta con la cantidad de aire de
refrigeración, que aumenta a su vez con la temperatura ISO. Las
temperaturas ISO normales de grandes turbinas de gas estacionarias
son del orden de 1.200ºC, mientras que las temperaturas de
combustión son del orden de 1.400ºC. Para obtener un grado de
eficacia elevado y una potencia específica elevada de la turbina de
gas se necesita una diferencia lo más reducida posible entre
temperatura de combustión y temperatura ISO. Existe por tanto un
estímulo elevado para aumentar la temperatura ISO en el caso de una
temperatura de combustión dada o para bajar la temperatura de
combustión en el caso de la temperatura ISO dada. La temperatura de
combustión se determina a partir de la relación entre cantidad de
combustible y cantidad de aire de combustión. La cantidad de aire de
refrigeración se deriva de la corriente de aire de combustión. Según
la técnica usual se aplica de este modo para la cantidad de aire de
combustión restante, que se ha reducido en la cantidad de aire de
refrigeración igualmente a la cantidad de aire aspirada por el
compresor. Una primera posibilidad para reducir la relación entre la
cantidad de combustible y la cantidad de aire de combustión es el
aumento de la cantidad de aire de combustión mediante una reducción
de la cantidad de aire de refrigeración. En la técnica usual se hace
por tanto todo lo posible para salir adelante con una cantidad de
aire de refrigeración lo más pequeña posible. El potencial de esta
forma de proceder está evidentemente limitado. El ahorro directo de
aire de refrigeración ya casi no es posible con sistemas de aire de
refrigeración diseñados óptimamente y aumenta el riesgo del
sobrecalentamiento de piezas constructivas.
Una segunda posibilidad de reducir la relación
entre cantidad de combustible y cantidad de aire de combustión es la
reducción de la cantidad de combustible quemada en la cámara de
combustión. Debido a que la cantidad de combustible viene dictada
por la potencia a prestar, esto sólo es posible si una parte del
combustible se transfiere desde la corriente de aire de combustión
que circula en la cámara de combustión a otras corrientes de aire de
combustión accesorias apropiadas y no se quema en la cámara de
combustión sino, termodinámicamente de forma favorable, a un elevado
nivel de temperatura - en lo posible antes de la expansión en la
parte de turbina. Con la invención esto se materializa por medio de
que el combustible se añade mezclando antes de la derivación de la
corriente de aire de refrigeración y, después de la refrigeración de
la pieza constructiva de gas caliente, en la región de gas caliente
de la turbina de gas.
Aparte de un elevado grado de eficacia y una
elevada potencia específica de una turbina de gas, otro requisito
muy importante es una reducida expulsión de sustancias nocivas,
siendo especialmente importantes unas emisiones de óxido de
nitrógeno reducidas. La aparición de óxidos de nitrógeno está ligada
exponencialmente a una temperatura de llama creciente. En el caso de
una distribución de temperatura no homogénea en una zona de
combustión la emisión de óxido de nitrógeno está determinada
fundamentalmente por las temperaturas máximas. Por ello se está
obligado a conseguir una distribución de temperatura lo más
homogénea posible. Esto debe conseguirse en especial mediante una
mezcla en gran medida de combustible y aire de combustión. En el
caso de turbinas de gas de clase constructiva usual la parte
fundamental del combustible no se añade mezclando al aire de
combustión hasta su entrada en la cámara de combustión. En el caso
de las velocidades de corriente elevadas se dispone de un tramo de
mezclado relativamente corto, de tal modo que el combustible y el
aire de combustión no se mezclan de forma óptimamente homogénea.
Existe un problema similar con la adición conocida de combustible a
corrientes de aire de refrigeración aisladas poco antes de la
afluencia en la parte de turbina. A menudo se adoptan medidas para
homogeneizar la mezcla de combustible-aire de
combustión mediante un mezclado más intenso. Estas medidas se basan
sin embargo fundamentalmente en la generación de una elevada
turbulencia en la corriente de aire de combustión y tienen por ello
todas como consecuencia una pérdida de presión adicional en la
corriente de aire de refrigeración. Frente a esto, con la invención
se consigue mediante la obtención de un tramo de mezclado grande una
mezcla muy buena de combustible y aire de combustión, sin disponer
con ello adicionalmente mezcladores en la corriente de aire de
combustión. De este modo no se produce una pérdida adicional de
presión.
De forma preferida el dispositivo de adición de
combustible está diseñado de tal manera que, a través del mismo,
puede alimentarse al menos el 80% de una corriente másica de
combustible a quemar en total por unidad de tiempo. La mayor parte
del combustible a quemar en la turbina de gas se añade mezclando de
este modo, ya antes de la posición de derivación, a la corriente de
aire de combustión. Como se ha mencionado anteriormente, en el caso
de las medidas actuales para calentar posteriormente el aire de
refrigeración, se alimenta combustible solamente después de la
derivación de la corriente de aire de refrigeración en la región de
la parte de turbina. Además de esto hasta ahora se ha dimensionado
muy pequeña la dosificación de combustible, para excluir el riesgo
de un autoencendido. A continuación también se enriquece ya la
corriente de aire de refrigeración con combustible, hasta tal punto
que se obtiene una mezcla comparable a la mezcla que se quema en la
cámara de combustión. Esta adición considerablemente prematura de la
parte de combustible fundamental con respecto a formas de ejecución
usuales significa, en cierta medida, que los quemadores de la
turbina de gas dispuestos en la cámara de combustión se reducen a la
configuración de una abertura canalizada, apropiada. La adición de
combustible ya no se produce de este modo en el quemador, sino dado
el caso en gran medida en la dirección de circulación antes del
quemador, lo que conduce a una mezcla mejorada de combustible y aire
de combustión antes de la entrada en la cámara de combustión. El
quemador sirve fundamentalmente también para mantener la llama
mediante por ejemplo una rejilla de alambre retorcido configurada
apropiadamente. Asimismo puede estar previsto un quemador piloto,
que sirve para estabilizar una combustión de premezcla más escasa.
Al quemador piloto se alimenta evidentemente una proporción bastante
menor del combustible total a quemar.
Con preferencia el dispositivo de adición de
combustible está unido a un depósito de reserva para un combustible
gaseoso, en especial metano. El combustible gaseoso y precisamente
en especial metano es especialmente apropiado, en cuanto a su
temperatura de encendido y al tiempo de retardo de encendido, para
un mezclado prematuro en la corriente de aire de combustión antes de
la derivación de la corriente de aire de refrigeración. Amplios
ensayos en laboratorio sobre el comportamiento de autoencendido de
mezclas de metano/aire han podido demostrar que prácticamente queda
descartado el riesgo de autoencendido, a pesar de la adición
mezclando prematura del combustible. Dado el caso puede influirse
todavía de forma favorable en la temperatura de encendido y/o
también el tiempo de retardo de encendido, mediante la adición
mezclando de hidrocarburos de cadena larga.
La pieza constructiva de gas caliente es con
preferencia una paleta de turbina, con preferencia una paleta
directriz o motriz. En otra configuración preferida la paleta
directriz pertenece a una primera corona de paleta directriz en
dirección de circulación en el canal de circulación de gas caliente,
o bien la paleta motriz a una primera corona de paleta motriz en
dirección de circulación en el canal de circulación de gas caliente.
Precisamente la primera corona de paleta motriz está sometida, a
causa de las todavía muy elevadas temperaturas del gas caliente que
sale de la cámara de combustión, a unas cargas térmicas
especialmente altas. De forma correspondiente a esto debe usarse una
cantidad de aire de refrigeración especialmente elevada, para
refrigerar esta corona de paleta directriz. Lo correspondiente es
también aplicable a la primera corona de paleta motriz. Por medio de
que a continuación se añade mezclando combustible al aire de
refrigeración utilizado para esta refrigeración, este aire de
refrigeración puede usarse todavía, una vez realizada la
refrigeración, mediante su salida al canal de circulación de gas
caliente para una postcombustión. Esta combustión se enciende
espontáneamente a causa de las elevadas temperaturas en el canal de
circulación de gas caliente. De este modo el aire de refrigeración
no sólo se aprovecha con fine de refrigeración, sino que también
participa en el proceso de trabajo de la turbina de gas.
La pieza constructiva caliente es con preferencia
un segmento de pared de un revestimiento interior de la cámara de
combustión. Un segmento de pared de este tipo puede ser por ejemplo
una piedra de cámara de combustión cerámica. También el
revestimiento interior de una turbina de gas debe refrigerarse
mediante la elevada carga térmica. Mediante la adición mezclando de
combustible a este aire de refrigeración el aire de refrigeración
que sale de la cámara de combustión también se aprovecha para la
combustión. Debido a que esta combustión se produce en la región de
pared y no en su zona primaria, esta combustión adicional no conduce
a un aumento de la temperatura de combustión. Igualmente aumenta el
registro de energía en la cámara de combustión y con ello la
temperatura de entrada en la turbina.
La posición de adición de combustible está
situada con preferencia en el compresor, y de forma más preferida el
dispositivo de adición de combustible comprende con ello una paleta
directriz de compresor. El dispositivo de adición de combustible,
que puede comprender por ejemplo una bomba de combustible, presenta
en su región de salida de este modo una paleta directriz de
compresor, a través de la cual se introduce el combustible en la
corriente de aire de combustión comprimida.
Conforme a la invención, la tarea orientada a un
procedimiento es resuelta mediante un procedimiento para hacer
funcionar una turbina de gas con un compresor y una región de gas
caliente, que comprende una cámara de combustión y una parte de
turbina con un canal de circulación de gas caliente, en el que se
genera una corriente de aire de combustión comprimida, que circula a
lo largo de una dirección de circulación en el compresor, a la
corriente de aire de combustión se alimenta combustible en una
posición de adición de combustible, de la mezcla de aire de
combustión/combustible así generada se deriva una corriente de aire
de refrigeración y la corriente de aire de refrigeración se alimenta
a una pieza constructiva de gas caliente muy cargada térmicamente,
dispuesta en la región de gas caliente.
Las ventajas de un procedimiento de este tipo se
obtienen, de forma correspondiente a las ejecuciones anteriores, de
las ventajas de la turbina de gas.
Como combustible se utiliza con preferencia
metano. De forma más preferida se añaden mezclando al metano
hidrocarburos de cadena larga.
Mediante la corriente de aire de refrigeración se
refrigera con preferencia una paleta directriz de una primera corona
de paleta directriz, en la dirección de circulación, de la parte de
turbina.
En una configuración preferida la alimentación
del combustible a la corriente de aire de combustión se realiza a
través de una paleta directriz de compresor, más preferiblemente a
través de una paleta directriz de compresor de una última corona de
paleta directriz, en la dirección de circulación, del compresor.
A la corriente de aire de combustión se alimenta
con preferencia en la posición de adición de combustible al menos el
80% de una corriente másica de combustible, que se quema en total
por unidad de tiempo.
Todas las configuraciones preferidas antes
mencionadas de la invención pueden combinarse también entre ellas en
todas las combinaciones, es decir, pueden aplicarse juntas. En
especial es preferible que estén previstos varios abastecimientos de
aire de refrigeración para refrigerar varias piezas constructivas de
gas caliente, en especial de la primera corona de paleta directriz y
motriz y de la cámara de combustión. Preferiblemente se produce la
adición de combustible descrita al aire de refrigeración con al
menos el 50% de la cantidad de aire de refrigeración total utilizada
para refrigerar la turbina de gas.
La invención se explica con más detalle en un
ejemplo de ejecución. La única figura muestra esquemáticamente y no
a escala una turbina de gas 3 en un corte longitudinal.
A lo largo de un eje 5 dispuestos
consecutivamente están un compresor 7, una cámara de combustión 9 y
una parte de turbina 11. El compresor 7 y la parte de turbina 11
están dispuestos sobre un rotor común 13. El compresor 7 está unido
a la cámara de combustión 9 a través de un canal de aire de
combustión 15. En una posición de derivación 17 el canal de aire de
combustión 15 está unido a un abastecimiento de aire de
refrigeración 19. El abastecimiento de aire de refrigeración 19
comprende un primer canal de aire de refrigeración 20, del que se
derivan un primer canal de aire de refrigeración secundario 21 y un
segundo canal de aire de refrigeración secundario 23. El primer
canal de aire de refrigeración secundario 21 está unido a una paleta
directriz hueca 25 de una corona de paleta directriz 28 de la parte
de turbina 11. La corona de paleta directriz 28 es una primera
corona de paleta de directriz 28, en la dirección de circulación, de
la parte de turbina 11. El segundo canal de aire de refrigeración
secundario 23 está unido a una paleta directriz 27 de una corona de
paleta motriz 30 de la parte de turbina 11. La corona de paleta
motriz 30 es una primera corona de paleta motriz, en la dirección de
circulación, de la parte de turbina 11. La corona de paleta
directriz 28 y la corona de paleta motriz 30 están dispuestas en un
canal de circulación de gas caliente 26 de la parte de turbina 11.
La corona de paleta motriz 30 está unida al rotor 13, mientras que
la corona de paleta directriz 28 está unida a la carcasa de la parte
de turbina 11. La parte de turbina 11 presenta otras coronas de
paleta directriz y motriz, que sin embargo no se han representado
para una mejor visibilidad.
En el compresor 7 se han dispuesto igualmente
coronas de paleta directriz y motriz consecutivas, mostrándose aquí
solamente una última corona de paleta motriz 32 y una última corona
de paleta directriz 36. La corona de paleta directriz 36 presenta
una paleta directriz de compresor hueca 35 que está unida, a través
de un conducto de combustible principal 33, a un depósito de reserva
de combustible 31. En el conducto de combustible principal 33 está
dispuesta una bomba principal de combustible 40A. El conducto de
combustible principal 33, la bomba principal de combustible 40A y la
paleta directriz de compresor 35 forman parte de un dispositivo de
adición de combustible 37. Desde la paleta directriz de compresor
hueca 35 puede salir combustible, a través de aberturas, en una
posición de adición de combustible definida por medio de esto.
El depósito de reserva de combustible 31 está
unido con un conducto de combustible secundario 39, en el que está
dispuesta una bomba de combustible secundaria 40B, a un quemador
piloto 41. El quemador piloto 41 está circundado concéntricamente
por un canal de quemado de mezcla previa 42. En el canal de quemado
de mezcla previa 42 está dispuesta una rejilla de alambre retorcido
43. El canal de quemado de mezcla previa 42 desemboca en la cámara
de combustión 9. Está abierto hacia el canal de aire de combustión
15 por su extremo alejado de la cámara de combustión 9. La cámara de
combustión 9 presenta un revestimiento interior 51. Este
revestimiento interior 51 está formado por segmentos de pared 53, de
los que sólo se muestra uno a modo de ejemplo. El revestimiento
interior 51 está montado sobre una estructura soporte 52 de la
cámara de combustión 9. Entre la estructura soporte 52 y el
revestimiento interior 51 permanece una cámara intermedia 54.
Durante el funcionamiento de la turbina de gas 3
el compresor 7 aspira aire exterior como aire de compresor 61, que
se somete a alta compresión. La corriente de aire así comprimida se
dirige como corriente de aire de combustión 61 en el canal de aire
de combustión 15 a lo largo de una dirección de circulación 62.
Desde el depósito de reserva de combustible 31 se dirige por medio
de la bomba principal de combustible 40A, a través del conducto de
combustible principal 33, combustible 63 hasta la paleta directriz
de compresor 35. El combustible 63 sale de las aberturas 64 de la
paleta directriz de compresor 35 y entra en la corriente de aire de
combustión 61. En la corriente de aire de combustión 61 se mezcla
bien el combustible 63 a lo largo del canal de aire de combustión 15
con el aire de combustión de la corriente de aire de combustión 61.
La corriente de aire de combustión 61 se deriva a continuación:
Una primera parte de la corriente de aire de
combustión 61 se dirige como corriente de aire de refrigeración 65A,
en la posición de derivación, al abastecimiento de aire de
refrigeración 19. Una segunda parte de la corriente de aire de
combustión 61 se dirige como corriente de aire de refrigeración 65B
al espacio intermedio 54 de la cámara de combustión 9. La corriente
de aire de refrigeración 65 así guiada en varios ramales sirve para
refrigerar piezas constructivas de gas caliente 53, 25, 27,
sometidas a una alta carga térmica, de la parte de la turbina de gas
3 que forma la región de gas caliente 12 que comprende la cámara de
combustión 9 y la parte de turbina 11. La corriente de aire de
refrigeración 65A se alimenta a través del primer canal de aire de
refrigeración secundario 21 a la paleta directriz 25, que está
configurada hueca. La corriente de aire de refrigeración 65A que
fluye hasta la paleta directriz hueca 25 sale, a través de
aberturas, al canal de circulación de gas caliente 26 de la parte de
turbina 11. De forma correspondiente se alimenta una parte de la
corriente de aire de refrigeración 65A, a través del segundo canal
de aire de refrigeración secundario, a la paleta motriz 27 ejecutada
hueca y sale de la misma, a través de aberturas, igualmente hasta el
canal de circulación de gas caliente 26. La corriente de aire de
refrigeración 65B guiada en el espacio intermedio 54 de la cámara de
combustión 9 entra a través de aberturas del revestimiento interior
51, después de una refrigeración de este revestimiento interior 51,
en la cámara de combustión 9.
La mayor parte de la corriente de aire de
combustión 61 se alimenta al canal de mezcla previa 42, a través del
cual entra en la cámara de combustión 9.
La adición mezclando del combustible 63 a la
corriente de aire de combustión 61, a través del dispositivo de
adición de combustible 37, en la posición de adición de combustible
38 conduce a que, mediante la derivación de la corriente de aire de
refrigeración 65 que no se produce hasta más tarde en la dirección
de circulación - en forma de las corrientes parciales de aire de
circulación 65A y 65B - esta corriente de aire de refrigeración está
mezclada con combustible 63. Con ello ya está alimentada la mayor
parte del combustible 63 a quemar por unidad de tiempo de la turbina
de gas, a través del dispositivo de adición de combustible 37. Éste
está diseñado mediante la configuración correspondiente del canal de
alimentación de combustible 33, de la bomba principal de combustible
40A y de la paleta directriz de compresor 35 para alimentar estas
grandes cantidades de combustible. La mezcla de
combustible-aire de la corriente de aire de
combustión 61 alimentada a la combustión primaria presenta de este
modo la misma mezcla que la corriente de aire de refrigeración 65.
La refrigeración mediante una corriente de aire de refrigeración 65,
que presenta una mezcla con capacidad de encendido como la de la
mezcla alimentada a la verdadera combustión en la zona primaria de
la cámara de combustión 9, es una medida inusual y a primera vista
descaminada, ya que la consecuencia de un autoencendido en la
corriente de aire de refrigeración 65 parecen ser unos daños
considerables hasta llegar a una destrucción total de la turbina de
gas 3. Sin embargo, de forma sorpresiva, precisamente con el uso de
metano como combustible 63 la temperatura de encendido es tan
elevada y al mismo tiempo un tiempo de retardo de encendido es tan
largo, que queda descartado el riesgo de un autoencendido. De este
modo puede por tanto usarse una parte importante de la cantidad de
aire de refrigeración total utilizado para refrigerar la turbina de
gas 3, con preferencia al menos la mitad de esta cantidad de aire de
refrigeración total, tanto para refrigerar como para una combustión,
ya que la corriente de refrigeración 65 que sale a la cámara de
combustión 9 y al canal de circulación de gas caliente 26 allí se
enciende espontáneamente y se quema a causa de la elevadas
temperaturas. De este modo se eleva tanto la potencia específica
como el grado de eficacia de la turbina de gas 3. Además de esto se
produce un mezclado muy bueno del combustible 63 con la corriente de
aire de combustión 61 a través del largo tramo de mezclado que se
produce con el canal de aire de combustión 15. Esto tiene como
consecuencia una considerable reducción de las emisiones de óxido de
nitrógeno.
Claims (19)
1. Turbina de gas (3) con
- \bullet
- un compresor (7) para generar una corriente de aire de combustión (61) comprimida, que circula a lo largo de una dirección de circulación (62),
- \bullet
- una región de gas caliente (12) que comprende una cámara decombustión (9) y una parte de turbina (11) con un canal de circulación de gas caliente (26),
- \bullet
- y un abastecimiento de aire de refrigeración (19) para derivar una corriente de aire de refrigeración (65) desde la corriente de aire de combustión (61) a una posición de derivación (17) y para alimentarla a una pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) cargada térmicamente de la región de gas caliente (12),
estando previsto un dispositivo de
adición de combustible (37) para añadir combustible (63) a la
corriente de aire de combustión (61) en una posición de adición de
combustible (38), caracterizada porque la posición de adición
de combustible (38) está dispuesta en la dirección de circulación
(62) delante de la posición de derivación
(17).
2. Turbina de gas (3) según la reivindicación 1,
en la que el dispositivo de adición de combustible (37) está
diseñado de tal manera que, a través del mismo, puede alimentarse al
menos el 80% de una corriente másica de combustible a quemar en
total por unidad de tiempo.
3. Turbina de gas (3) según la reivindicación 1 ó
2, en la que el dispositivo de adición de combustible (37) está
unido a un depósito de reserva (31) para un combustible gaseoso
(63), en especial metano.
4. Turbina de gas (3) según la reivindicación 1,
2 ó 3, en la que la pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27)
es una paleta de turbina (25, 27).
5. Turbina de gas (3) según la reivindicación 4,
en la que la pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) es una
paleta directriz (25).
6. Turbina de gas (3) según la reivindicación 5,
en la que la pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) es una
paleta directriz (25) es una primera corona de paleta directriz (28)
en dirección de circulación (62) en el canal de circulación de gas
caliente (26).
7. Turbina de gas (3) según la reivindicación 5,
en la que la pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) es una
paleta motriz (27) es una primera corona de paleta motriz (30) en
dirección de circulación (62) en el canal de circulación de gas
caliente (26).
8. Turbina de gas (3) según la reivindicación 1,
en la que la pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27) es un
segmento de pared (53) de un revestimiento interior (51) de la
cámara de combustión (9).
9. Turbina de gas (3) según la reivindicación 1,
en la que la posición de adición de combustible (38) está situada en
el compresor (7).
10. Turbina de gas (3) según la reivindicación 9,
en la que el dispositivo de adición de combustible (37) comprende
una paleta directriz de compresor (35).
11. Turbina de gas (3) según la reivindicación
10, en la que la paleta directriz de compresor (35) forma parte de
una última corona de paleta directriz de compresor (34) en la
dirección de circulación (62).
12. Procedimiento para hacer funcionar una
turbina de gas (3) con
- \bullet
- un compresor (7) y
- \bullet
- una región de gas caliente (12) que comprende una cámara de combustión (9) y una parte de turbina (11) con un canal de circulación de gas caliente (26),
en el que se genera en el compresor
(7) una corriente de aire de combustión (61) comprimida, que circula
a lo largo de una dirección de circulación (62), a la corriente de
aire de combustión (61) se alimenta combustible (63) en una posición
de adición de combustible (38), de la mezcla de aire de
combustión/combustible así generada se deriva una corriente de aire
de refrigeración (65) y la corriente de aire de refrigeración (65)
se alimenta a una pieza constructiva de gas caliente (53, 25, 27)
muy cargada térmicamente, dispuesta en la región de gas caliente
(12).
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que como combustible (63) se utiliza metano.
14. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que al combustible (63) se añaden mezclando hidrocarburos de
cadena larga.
15. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que mediante la corriente de aire de refrigeración (65) se
refrigera una paleta directriz (25) de una primera corona de paleta
directriz (28), en la dirección de circulación (62), de la parte de
turbina (11).
16. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que mediante la corriente de aire de refrigeración (65) se
refrigera una paleta motriz (27) de una primera corona de paleta
motriz (30), en la dirección de circulación (62), de la parte de
turbina (11).
17. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que la alimentación del combustible (63) a la corriente de aire
de combustión (61) se realiza a través de una paleta directriz de
compresor (35).
18. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que la alimentación del combustible (63) a la corriente de aire
de combustión (61) se realiza a través de una paleta directriz de
compresor (35) de una última corona de paleta directriz (34), en la
dirección de circulación (62), del compresor (7).
19. Procedimiento según la reivindicación 17, en
el que a la corriente de aire de combustión (61) se alimenta en la
posición de adición de combustible (38) al menos el 80% de una
corriente másica de combustible, que se quema en total por unidad de
tiempo.
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