CZ20014023A3

CZ20014023A3 - Zařízení na odstraňování znečiątění alkalickými kovy z kapalného paliva plynové turbíny a způsob tohoto odstraňování

Info

Publication number: CZ20014023A3
Application number: CZ20014023A
Authority: CZ
Inventors: Alan Whitehead; Vinod Kumar Pareek; Andrew Philip Shapiro
Original assignee: General Electric Company
Priority date: 2000-12-18
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2002-08-14
Also published as: US6526741B2; EP1217062A3; KR100705866B1; JP4268776B2; KR20020048899A; US20020112481A1; EP1217062A2; JP2002266659A

Description

(57) Anotace:

Zařízení (10) na kontinuální odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva, přiváděného do spalovací komory (16) plynové turbíny (18) obsahuje zdroj (11) paliva, prostředky (12, 14, 26) pro přivádění paliva do plynové turbíny (18), předběžný filtr (20), umístěný ve směru proudění za zdrojem (11) paliva a před plynovou turbínou ~ (18) pro odstraňování pevných částic z kapalného paliva, a shlukovací filtr (22), umístěný ve směru proudění za ^L předběžným filtrem (20) a před plynovou turbínou (18) pro odlučování vody, obsahující alkalické kovy, z kapalného paliva. Je rovněž popsán způsob činnosti zařízení (10) při odstraňování znečistění alkalickými kovy z kapalného paliva.

té >

• * · · · · / • · · · · · · • · · · · • · · · · · • · 9 9 9

9999 99 999 9 dwt' Í/OÍ7

Ol-3545-Ol-Če s-ařízení na odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva plynové turbíny 6t č,J&he—křlW)(£h^r >

ódchtfAiOTzrtii

Oblast techniky

Vynález se obecně týká paliva pro plynové turbíny, přičemž se zejména týká způsobu odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalných paliv.

Dosavadní stav techniky

U spalovacích turbín musejí být používána paliva s velmi nízkým obsahem alkalických kovů, jako je sodík a draslík. Je to proto, že při provozních teplotách součástí těchto turbín, ležících v dráze horkých plynů, mohou slitiny, ze kterých jsou tyto součásti vyrobeny, trpět silným nepříznivým působením koroze, pokud jsou vystaveny působení nadměrného množství alkalických kovů, obsažených ve spalovacích plynech. Přípustné hladiny alkalických kovů u některých známých kapalných paliv pro plynové turbíny jsou uvedeny v následující tabulce 1.

Tabulka 1

Stopové množství znečišťujících kovů	Pravé destiláty	Paliva obsahující popílek
Sodík a draslík	1,0	1,0

• ·

Současné moderní turbíny jsou zkonstruovány ze slitin, které mají vysokou pevnost a vysokou odolnost vůči vysokým teplotám, přičemž jsou tyto materiály mimořádně citlivé na působení alkalických kovů, a proto jsou na ně kladeny velice přísné požadavky, jak je uvedeno v následující tabulce 2.

Tabulka 2

Palivo Lehké pravé destiláty	Limit alkalických kovů (sodík a draslík)
Nafta Kerosin Destilát č. 2 Dieselové palivo	0,4 ppm
Těžký pravý destilát	0,4 ppm

Existuji takové chemické sloučeniny alkalických kovů které jsou rozpustné v některých palivech pro plynové turbíny. V palivech, používaných u plynových turbín na výrobu elektrické energie jsou však alkalické kovy přítomny rozpuštěné v malých množstvích vody, kterou paliva běžně obsahují. Tato voda je přítomna ve formě suspendovaných nebo oddělených kapiček, přičemž je nemalé množství vody rovněž skutečně rozpuštěno v palivu. _________________________________________________________________ dířaslfku^j^oů' ne jobvyklejší, neboť jde o - nejčastěji se vyskytující alkalické kovy. Soli lithia jsou velmi nebezpečné z hlediska koroze, přičemž se však nevyskytují ve výrazných koncentracích.

Za účelem zabránění znečištění paliva může provozovatel plynové turbíny provést následující opatření:

1) ponechat palivo usadit v zásobních nádržích před použitím, takže palivo při spalování obsahuje pouze malé množství nebo žádnou suspendovanou vodu; nebo

2) proprat palivo vysoce čistou vodou a odstranit vodu mechanicky v odstředivce nebo elektrostaticky v elektrickém odsolovacím zařízení.

Tyto způsoby vyžadují provádění přesných postupů vzorkování paliva a rovněž analýz pro potvrzení, že nakoupené nebo vyrobené palivo splňuje požadavky na obsah alkalických kovů. Tyto způsoby jsou rovněž mimořádně obtížně proveditelné spolehlivě v elektrárnách nebo v průmyslových závodech.

Podstata vynálezu

Zařízení podle tohoto vynálezu obsahuje předběžný filtr a shlukovací filtr, zapojené do série v potrubí pro přivádění paliva do spalovací komory plynové turbíny. Tyto součásti odstraňují vodu a v důsledku toho rovněž alkalické kovy z kapalného paliva kontinuálně při jeho přivádění do plynové turbíny.

Předběžný filtr odstraňuje částice, které jsou větší, než zhruba 2b pm, takže zabraňuje tomu, aby docházelo ke znečištění shlukovacího filtru. Shlukovací filtr je proveden z hydrofobního média, které zpomaluje pohyb vody při jejím průchodu tímto filtrem. Voda se shlukuje do kapiček a je odváděna ze shlukovacího filtru.

··· · ¹ * ¹ · · · • · · · • ·

Dalším znakem předmětu tohoto vynálezu je případné zařazení snímače množství vody a/nebo průtokoměru ve směru proudění za shlukovacím filtrem pro účely' zajištění, že shlukovací filtr řádně funguje.

V souladu s jedním aspektem předmětu tohoto vynálezu bylo tedy vyvinuto zařízení na kontinuální odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva, přiváděného do spalovací komory plynové turbíny, které obsahuje:

zdroj paliva, prostředky pro přivádění paliva do plynové turbíny, předběžný filtr, umístěný ve směru proudění za zdrojem paliva a před plynovou turbínou pro odstraňování pevných částic z kapalného paliva, a shlukovací filtr, umístěný ve směru proudění za předběžným filtrem a před plynovou turbínou pro odlučování vody, obsahující alkalické kovy, z kapalného paliva.

Zařízení podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje snímač množství vody, umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem.

Zařízení podle tohoto vynálezu dále rovněž s výhodou___________________ dbšáhuje průtokoměr, umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem.

Zařízení podle tohoto vynálezu dále s výhodou obsahuje alespoň jeden vzorkový otvor, umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem.

·· «··

Zařízení podle tohoto vynálezu dále rovněž s výhodou obsahuje alespoň jeden vzorkový otvor, umístěný ve směru proudění za průtokoměrem.

V souladu s dalším aspektem předmětu tohoto vynálezu byl dále rovněž vyvinut způsob kontinuálního odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva, přiváděného do spalovací komory plynové turbíny, který obsahuje následující kroky:

(a) přivádění kapalného paliva ze zdroje paliva do předběžného .filtru, (b) odstraňování pevných částic z uvedeného kapalného paliva v uvedeném předběžném filtru, (c) následně přivádění kapalného paliva do shlukovacího filtru, kde se odlučuje a odstraňuje voda, obsahující znečištění alkalickými kovy, a (d) přivádění kapalného paliva ze shlukovacího filtru do spalovací komory plynové turbíny.

Po kroku (c) předmětný způsob______s______výhodou... obsahuje zjišťování množství zbytkové vody v kapalném palivu.

Přehled obrázků na výkrese

Vynález bude v dalším podrobněji objasněn na příkladech jeho konkrétního provedení, jejichž popis bude podán s přihlédnutím k přiloženému jedinému obrázku výkresů, na kterém je schematicky znázorněno blokové schéma zařízení pro ··· · ·©· odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva plynové turbíny podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na přiloženém obrázku výkresů je schematicky znázorněno zařízení 10 na odstraňování alkalických kovů z kapalného paliva pro parní turbínu. Kapalné palivo ze zásobní nádrže (na vyobrazení neznázorněno, proudí potrubím 12 přes čerpadlo 14 do spalovací komory 16 plynové turbíny 18. Palivo však může být nejdříve vyčištěno, a to průchodem přes předběžný filtr 20 a shlukovací filtr 22.

Předběžný filtr 20 a shlukovací filtr 22 mohou mít jakoukoliv vhodnou a komerčně dostupnou konstrukci. Jednou z takových jednotek je shlukovací filtr Phase Sep Coalescer, přičemž přidružený předběžný filtr je dostupný od firmy Pall Process Filtration Company, Hydrocarbon, Chemical, Polymer Group.

TM

Předběžný filtr 20 je využíván pro odstraňování pevných částic, přičemž jde o částice větší, než 25 gm. Odstraňování pevných částic přispívá k ochraně shlukovacího filtru 22 a k prodlou žen i jeho životnos t i, snižuje koncentraci„částic a usnadňuje oddělování vody od kapalného topného oleje s využitím hydrofilního filtru, který zpomaluje pohyb vody při jejím průchodu přes filtr.

V důsledku toho se koncentrace vody v oleji ve filtru zvyšuje, přičemž vodní kapičky přicházejí do vzájemného styku a shlukují se. Ve směru proudění za filtrem větší kapičky *· · ··· ·· · · • · · · · · · • ··· > · · • · · ♦ β · • · · · · ··*·*·· · * · ·« a «· ♦♦ • * * 1 • · « vody padají působením gravitace a jsou oddělovány od proudu paliva směrem do odvodňovacího otvoru 24.

Vyčištěné palivo opouští shlukovací filtr 22 potrubím 26 a je přiváděno do spalovací komory 16 plynové turbíny 18 s využitím běžně známých ventilů pro přivádění paliva a příslušných regulačních prostředků (na vyobrazení neznázorněno).

Snímač 28 množství vody a průtokoměr 30 mohou být umístěny v potrubí 26 ve směru proudění za shlukovacím filtrem 22 pro účely zajištění, aby shlukovací filtr 22 řádně fungoval. Takovéto údaje o tom, že zařízení řádně funguje, které dostává operátor v reálném čase, jsou velice důležité.

Jakýkoliv z celé řady . běžně známých a komerčně dostupných snímačů množství vody může být využit, přičemž může jít například o optické zařízení, založené na světelném rozptylu a/nebo pohlcování, o hydroskopické filtry, které pohlcují vodu, a podobně. Kromě toho mohou být vstupní a výstupní vzorkové otvory 32 a 34 využívány pro další sledování účinnosti funkce předběžného filtru a shlukovacího zařízení.

Potenciální výhody předmětu tohoto vynálezu jsou následuj ící:

1) schopnost kontinuálně přivádět kapalné palivo do plynové turbíny s obsahem alkalických kovů nižším, než

0,1 ppm, čímž dojde k rozšíření technických podmínek dokonce i na velmi moderní plynové turbíny;

·· ···· · ’· ··» » ··· ♦ · ·

2) předcházení poškození turbíny pokud dojde ke kontaminaci paliva během jeho přepravy, to znamená po původním vyčištění;

3) odstranění nutnosti komerčního využívání vysoce čistého paliva ve prospěch využívání standardní čistoty komerčně dostupného paliva; a

4) nezbytnost kontinuálního odebírání vzorků a provádění zkušebních testů paliva pro zajištění jeho vhodnosti pro používání u moderních plynových turbín může být odstraněna.

Přestože byl předmět tohoto vynálezu popsán ve spojitosti s jeho příkladným provedením, které je v současné době považováno za nejpraktičtější, je zcela pochopitelné, že předmět tohoto vynálezu se neomezuje pouze na shora popsané provedení, neboť je naopak určen k pokrytí různých modifikací a ekvivalentních uspořádání, které spadají do myšlenky a rozsahu přiložených patentových nároků.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zařízení (10) na kontinuální odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva, přiváděného do spalovací komory (16) plynové turbíny (18), vyznačuj ící se tím, že obsahuje:

zdroj (11) paliva, prostředky (12, 14, 26) pro přivádění paliva do plynové turbíny (18), předběžný filtr (20) , umístěný .ve směru proudění za zdrojem (11) paliva a před plynovou turbínou (18) pro odstraňování pevných částic z kapalného paliva, a shlukovací filtr (22), umístěný ve směru proudění za předběžným filtrem (20) a před plynovou turbínou (18) pro odlučování vody, obsahující alkalické kovy, z kapalného paliva.

2. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j ící se tím, že dále obsahuje snímač (28) množství vody, umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem (22). 3. Zařízení podle nároku _______________________1, v y z n a č u j ící se tím, že dále obsahuje

průtokoměr (30), umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem (22).
4. Zařízení podle nároku 1, vyznačující se tím, že dále obsahuje alespoň jeden vzorkový otvor (34), umístěný ve směru proudění za shlukovacím filtrem (22).

• ·
5. Zařízení podle nároku 3, vyznačující se tím, že dále obsahuje alespoň jeden vzorkový otvor (34), umístěný ve směru proudění za průtokoměrem (30).
6. Způsob kontinuálního odstraňování znečištění alkalickými kovy z kapalného paliva, přiváděného do spalovací komory . (16) plynové turbíny (18), vyznačující se tím, že obsahuje následující kroky:

(a) přivádění kapalného paliva ze zdroje (11) paliva do předběžného filtru (20) , (b) odstraňování pevných částic z uvedeného kapalného paliva v uvedeném předběžném filtru (20) , (c) následně přivádění kapalného paliva do shlukovacího filtru (22), kde se odlučuje a odstraňuje voda, obsahující znečištění alkalickými kovy, a

(d) přivádění kapalného paliva ze shlukovacího filtru (22) do spalovací komory (16) plynové turbíny (18). 7. Způsob podle nároku 6, v y z n a č u j í c í se tím, že po kroku (c)

-obsahuje z-j-i-š-fo-v-á-n-í-mno-ž-s-fe-v-í—z-by-bk-ové—vody-v—kapabn-ém-p-al-řvuT