УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ГОРЕЛОК
BURNER CLEANING DEVICE

Изобретение относится к устройству для очистки горелок, в частности горелок газовых турбин, по меньшей мере, с одним топливным соплом и, по меньшей мере, одной топливоподающей линией.
Во время работы горелок на мазуте может возникнуть загрязнение или произойти нагарообразование, в частности в зоне их сопел. Вследствие этого горелки больше не могут развивать свою полную мощность. Кроме того, чрезмерное загрязнение или нагарообразование может повредить детали горелок. В частности, в газовых турбинах падение мощности из-за загрязнения или нагарообразования на горелках приносит вред, поскольку в результате это негативно влияет на общую мощность и эмиссионные показатели газовой турбины.
Если обнаружены загрязнения горелок газовой турбины, то в настоящее время их сопла пробиваются вручную. Затем с помощью газовой турбины осуществляется продувка, в процессе которой остатки загрязнений выдуваются из сопел.
Нередко горелки газовой турбины снабжены кольцевыми камерами, которые направляют мазут из центральной подающей линии к кольцеобразно расположенным вокруг центральной части горелок топливным соплам. Очистка кольцевой камеры внутри горелки известными средствами невозможна. В случае если с помощью пробивки сопел эксплуатационные ограничения горелки устранить не удается, сопла должны быть демонтированы. Только после этого кольцевая камера может быть очищена, да и то лишь условно. Демонтированные сопла могут быть затем очищены в очищающей ванне, как это описано, например, в EP 0636767 А1. Более тщательная очистка требует полного демонтажа горелки.
Устройство для очистки воздухоподводящего канала в горелке газовой турбины описано в EP 1452802 A1. Оно содержит сопловый корпус с выходным концом, в котором находится кольцеобразное сопловое устройство, которое может быть расположено напротив также кольцеобразного воздухоподводящего канала. За счет ввода текучей среды из кольцеобразного соплового устройства в воздухоподводящий канал оно может быть очищено от остатков. Для закрепления устройства на горелке оно содержит, кроме того, выступающую из выходного конца соплового корпуса штангу с удаленным от него кольцеобразным фланцем. Для очистки сопловый корпус приставляется изнутри горелки к ее воздухоподводящему каналу, и штанга пропускается через горелку до ее другого конца. Сопловое устройство может быть тогда фиксировано зажимным винтом за счет притягивания соплового корпуса и фланца к противоположным друг другу концам горелки.
Мобильный промывочный блок описан в EP 1574675 A2. Он содержит гибкие шланги, закрепляемые на противоположных концах детали. Затем через гибкие шланги и деталь могут прокачиваться сжатый воздух и чистящая жидкость.
В US 4995915 раскрыта система для очистки загрязненных сопел газовой топки в газовых турбинах, в которой в газ в текущем режиме работы газовой турбины вводится химическое чистящее средство.
Техническим результатом данного изобретения является обеспечение очистки горелки без ее демонтажа.
Предложенное устройство для очистки горелок, по меньшей мере, с одним топливным соплом и, по меньшей мере, одной топливоподающей линией, в частности, для очистки горелок газовой турбины, содержит, по меньшей мере, одну промывочную головку, по меньшей мере, с одним отверстием, по меньшей мере, одну линию для промывочной жидкости и, по меньшей мере, один насос. Промывочная головка выполнена таким образом, что она своим отверстием может надеваться на топливное сопло горелки, обеспечивая подачу промывочной жидкости к соплу и ее отвод от него. Линия для промывочной жидкости выполнена таким образом, что она может присоединяться к топливоподающей линии горелки, обеспечивая подачу промывочной жидкости к топливоподающей линии и ее отвод от нее. Насос, промывочная головка и линия для промывочной жидкости гидродинамически связаны между собой таким образом, что образуют последовательно обтекаемый промывочной жидкостью тракт течения.
Посредством насоса промывочная жидкость может подаваться под давлением с помощью промывочной головки через топливное сопло в топливную систему, что вызывает промывку последней. Промывочная жидкость может затем снова вытекать по топливоподающей линии из топливоподающей системы. В качестве альтернативы можно подавать промывочную жидкость не через топливное сопло, а через топливоподающую линию и позволить ей снова вытекать через сопло. С помощью промывочной головки и линии для промывочной жидкости можно реализовать к тому же замкнутый промывочный контур.
Предложенное устройство обеспечивает очистку всей топливоподающей системы за счет промывки под давлением с помощью промывочной жидкости. Очистки вручную больше не требуется. Кроме того, заодно могут быть очищены лежащие внутри участки топливоподающей системы, например кольцевые камеры. Поэтому в демонтаже горелок для полной очистки больше нет необходимости. Поскольку при промывке остатки загрязнений подхватываются промывочной жидкостью и потому не остаются в топливоподающей системе, может в значительной степени отпасть продувка после очистки.
Это имеет то преимущество, что горелка, следовательно, не требует разборки для процесса промывки посредством промывочной головки. Предложенное устройство имеет далее то преимущество, что его не приходится удерживать с задней стороны (внешняя сторона). Однако это имеет то преимущество, что промывка может осуществляться с легкодоступной стороны, а именно со стороны камеры сгорания, без какой-либо переделки, т.е. не обращая внимания, например, на подающие каналы. Горелка, следовательно, не требует разборки, а устройство не приходится удерживать с задней стороны (внешняя сторона), т.е. достаточно закрепления с простой стороны, а именно со стороны камеры сгорания.
Предложенное устройство подходит, в частности, для очистки мазутоподающих систем горелок газовых турбин.
Чтобы избежать вытекания промывочной жидкости на переходе между трактом течения, образованным насосом, промывочной головкой и линией для промывочной жидкости, и горелкой, промывочная головка в одном варианте осуществления изобретения снабжена, по меньшей мере, одним, охватывающим ее отверстие уплотнением. Уплотнение выполнено и расположено на промывочной головке таким образом, что оно при надетой на топливное сопло промывочной головке охватывает сопловое отверстие. Уплотняющее действие может быть дополнительно усилено, если промывочная головка содержит прижимное устройство, с помощью которого она притягивается к сопловому отверстию. Притягивание позволяет, кроме того, фиксировать промывочную головку на горелке.
В частности, промывочная головка может содержать стенку в форме цилиндра или усеченного конуса. Прижимное устройство может быть тогда выполнено в виде расположенного на внешней стороне стенки, создающего давление устройства, например в виде пружины сжатия. В этом случае промывочная головка может быть просто вставлена в горелку через ее выходное отверстие и с использованием имеющихся стенок горелки фиксирована с ее передней стороны за счет притягивания к окружающей выходное отверстие горелки стенке. Доступа к горелке с обращенной от камеры сгорания задней стороны горелки, чтобы фиксировать промывочную головку на ней, тогда не требуется.
В качестве альтернативы пружине сжатия в качестве создающего давление устройства может служить также надувной шланг. Он дает то дополнительное преимущество, что может к тому же выполнять уплотняющую функцию. Кроме того, его можно адаптировать к геометрии стенки горелки, в частности в зоне выходного отверстия горелки.
В одном предпочтительном варианте устройства в тракт течения, образованный насосом, промывочной головкой и линией для промывочной жидкости, включен фильтр. Он обеспечивает отфильтровывание подхваченных промывочной жидкостью нерастворимых остатков загрязнений. Отфильтрованная промывочная жидкость может быть снова использована для следующего процесса промывки, что обеспечивается, в частности, в замкнутом промывочном контуре.
В частности, устройство может содержать также включенный в тракт течения бак, служащий в качестве промежуточного накопителя для промывочной жидкости. В случае замкнутого промывочного контура бак может служить резервуаром для промывочной жидкости.
Предпочтительным образом устройство содержит также включенный в тракт течения клапан. Он обеспечивает, при необходимости, его перекрытие. Если тракт течения ведет обратно к клапану, а тот имеет, по меньшей мере, два открывающих тракт течения положения, причем в одном открывающем его положении направление течения промывочной жидкости через промывочную головку и/или линию для нее является обратным по отношению к направлению течения в другом открывающем тракт течения положении, то за счет переключения клапана можно вызвать реверсирование направления течения через топливоподающую систему горелки. Это позволяет, например, удалить через топливоподающую линию остатки загрязнений, которые слишком велики для прохождения через сопловое отверстие. В случае замкнутого промывочного контура он имеет предпочтительно участок, всегда обтекаемый в одном и том же направлении. На этом участке тогда расположен фильтр, так что остатки загрязнений при реверсировании направления течения не могут снова попасть в топливоподающую систему.
Другие признаки, свойства и преимущества настоящего изобретения приведены в нижеследующем описании примера его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых изображают:
- фиг.1 - схематичный разрез горелки газовой турбины с размещенными на ней элементами устройства для очистки горелки;
- фиг.2 - гидросхему устройства с клапаном в первом положении;
- фиг.3 - гидросхему из фиг.2 во втором положении клапана;
- фиг.4 - гидросхему из фиг.2 в третьем положении клапана;
- фиг.5 - второй пример выполнения устройства для очистки горелки.
На фиг.1 изображена горелка 1 газовой турбины, на которой расположены промывочная головка 3 и линия 5 для промывочной жидкости. Горелка 1, промывочная головка 3 и линия 5 изображены схематично в разрезе вдоль продольной оси А горелки.
Горелка 1 включает в себя главную горелочную систему 7 с кольцеобразным воздухоподводящим каналом 9 и топливоподающей системой 11 с топливными соплами 13, направленными в воздухоподводящий канал 9. Топливо вводится по топливоподающей линии 15 топливоподающей системы 11 в кольцевую камеру 17, которая кольцеобразно охватывает продольную ось А горелки, откуда оно распределяется по топливным соплам 13. В качестве топлив рассматриваются, в принципе, любые горючие газы или жидкости, в частности, однако, мазут.
Горелка выполнена в виде так называемой горелки предварительного смешивания, в которой топливо перед сжиганием впрыскивается в поступающий в воздухоподводящий канал 9 воздушный поток. При работе горелки, в частности, на мазуте в качестве жидкого топлива во всей топливоподающей системе 11 возникают загрязнения, и происходит нагарообразование, которые могут привести, в частности, к забиванию сопловых отверстий.
Дополнительно к главной горелочной системе 7 горелка включает в себя дополнительную горелочную систему (не показана), расположенную во внутреннем пространстве 19 главной горелочной системы 7. Дополнительная горелочная система может включать в себя, например, пилотную горелочную систему.
На фиг.1 изображены также промывочная головка 3 и линия 5 для промывочной жидкости. Промывочная головка 3 выполнена в данном примере вращательно-симметричной и содержит стенку 21 в форме боковой поверхности цилиндра или боковой поверхности усеченного конуса, через внутреннее пространство которой к торцевой поверхности 25 стенки 21 ведут каналы 23 для промывочной жидкости. Торцевая поверхность 25 окружает отверстие в торцевой стороне образованного стенкой 21 полого цилиндра или усеченного конуса. К противоположному этому отверстию концу стенки 21 примыкает торцевая стенка 26, через которую к ее центральному участку 27 ведут каналы 23. В центральный участок 27 направлена магистраль 29 для промывочной жидкости. По магистрали 29 промывочная жидкость может подводиться к промывочной головке 3 и отводиться от нее.
Промывочная головка 3 выполнена таким образом, что она вставляется через выходное отверстие 31 горелки 1 в воздухоподводящий канал 9 до топливных сопел 13. Геометрия стенки 21 выбрана так, что торцевая поверхность 25 может быть надета на топливные сопла 13, расположенные венцеобразно внутри воздухоподводящего канала 9 вокруг продольной оси А горелки. В торцевой поверхности 25 выполнены выходные отверстия 33 для промывочной жидкости таким образом, что при вставленной в горелку 1 промывочной головке 3 они совпадают с топливными соплами 13. Вокруг отверстий 33 расположены уплотнения 35, которые герметизируют воздухоподводящий канал 9 от протекающей через отверстия 33 и сопла 13 промывочной жидкости. Уплотняющее действие усилено в данном примере пружинами сжатия 36, которые расположены на внешней стороне промывочной головки 3 и действуют в качестве прижимных элементов между промывочной головкой 3 и противоположной сопловым отверстиям 13 стенкой 38 воздухоподводящего канала 9. Пружины сжатия 36 обеспечивают, кроме того, фиксацию промывочной головки 3 на горелке 1. Также возможны альтернативные выполнения прижимных элементов, например, в виде накладки к горелке 1, в виде зажимного рычага и т.д.
Через промывочную головку 3 и магистраль 29 промывочная жидкость может подаваться в топливную систему 11. Через кольцевую камеру 17 и топливоподающую линию 15 промывочная жидкость может затем снова вытекать из топливной системы 11. Таким образом, посредством промывочной головки 3 возможна промывка всей топливоподающей системы. Протекающая через топливоподающую систему 11 промывочная жидкость вымывает из нее загрязнения или нагар, возникающие, в частности, в зоне топливных сопел 13. Промывочная жидкость, вытекающая по топливоподающей линии 15 из топливоподающей системы 11, может быть собрана. В качестве промывочной жидкости может использоваться, в частности, деминерализованная вода или растворитель.
Устройство содержит, кроме того, насос 37 (фиг.2-4), с помощью которого промывочная жидкость прокачивается через топливоподающую систему 11.
Правда, в принципе, можно утилизировать вытекающую из топливоподающей системы 11 промывочную жидкость с содержащимися в ней загрязнениями, однако в данном примере используется замкнутый промывочный контур. К топливоподающей линии 15 присоединена линия 5 для промывочной жидкости, которая направляет вытекающую из топливоподающей системы 11 промывочную жидкость к фильтру 39, который отфильтровывает захваченные ею загрязнения. После протекания через фильтр 39 промывочная жидкость собирается в баке, откуда она насосом снова подается к промывочной головке 3.
Промывочный контур изображен на фиг.2-4 в виде гидросхемы. На ней помимо промывочной головки 3 и линии 5 для промывочной жидкости показаны также насос 37, фильтр 39, бак 41 и клапан 43. Клапан 43 выполнен в данном примере в виде приводимого в действие вручную 4-ходового 3-позиционного распределителя с запирающим средним положением. Однако он может быть выполнен также в виде клапана с электроприводом, например в виде соленоидного клапана.
Промывочная головка 3, линия 5 для промывочной жидкости, насос 37, фильтр 39, бак 41 и клапан 43 образуют вместе с топливоподающей системой 11 горелки 1, как уже сказано, замкнутый жидкостный контур. Он имеет первый участок 45, включающий в себя промывочную головку 3, ведущую к ней магистраль 29 для промывочной жидкости, линию 5 для промывочной жидкости и топливоподающую систему 11. Помимо этого он имеет второй участок 47, включающий в себя насос 37, фильтр 39, бак 41 и соединяющие эти элементы между собой магистрали 49 для промывочной жидкости. Между участками 45, 47 расположен 4-ходовой 3-позиционный распределитель 43 с запирающим средним положением.
В изображенном на фиг.2 положении клапана промывочная жидкость течет от насоса 37 в промывочную головку 3, через топливоподающую систему 11, линию 5 и фильтр 39 в бак 41, откуда насос 37 снова качает ее к промывочной головке 3. В фильтре 39 из промывочной жидкости отфильтровываются взвешенные частицы, происходящие от очистки топливоподающей системы 11.
Может быть целесообразным реверсирование направления течения охлаждающей жидкости через участок 45 жидкостного контура. Для достижения этого клапан 43 переключается через положение, в котором жидкостный контур прерван (фиг.3), в положение, в котором гидродинамические условия на участке 45 обратные по сравнению с показанным на фиг.2 положением клапана. Гидродинамические условия на участке 47 остаются, напротив, неизменными. За счет реверсирования направления промывки можно, например, воспрепятствовать тому, чтобы остатки, которые не могут вымываться в одном направлении промывки из топливоподающей системы 11, после очистки еще оставались в ней.
За счет того, что участок 47 промывочного контура обтекается всегда в одном направлении, можно воспрепятствовать тому, чтобы загрязнения, отфильтровываемые фильтром при протекании в одном направлении, при протекании в другом направлении снова проникали в топливоподающую систему 11. Кроме того, насос 37, который может быть выполнен в виде напорного или всасывающего насоса, способен качать только в одном направлении.
Как уже сказано, устройство вместо замкнутого промывочного контура может эксплуатироваться с открытым промывочным трактом. В этом случае промывочная жидкость подается через промывочную головку 3 к топливоподающей системе 11, а затем вытекает по топливоподающей линии 15 из топливоподающей системы 11 и утилизируется. В качестве альтернативы можно также подавать промывочную жидкость по линии 5. В этом случае промывочная жидкость после протекания через топливоподающую систему 11 вытекает из топливных сопел 13 и после вытекания может быть собрана и утилизирована. Однако замкнутый промывочный контур предпочтителен в отношении расхода промывочной жидкости и в экологическом отношении.
В описанном примере все каналы 23 для промывочной жидкости расположены в общей стенке 21, адаптированной к очищаемой горелке 1. Однако можно также снабдить промывочную головку подводящими линиями, например, в виде шлангов или труб, которые по отдельности надеваются на топливные сопла 13. Это имеет то преимущество, что промывочная головка может эксплуатироваться в сочетании с разными горелками, которые отличаются друг от друга, например, числом или расположением топливных сопел. Описанный вариант с адаптированным специально к горелке выполнением промывочной головки 3 имеет то преимущество, что очистку горелки можно автоматизировать, поскольку не требуется вручную надевать промывочные шланги на топливные сопла 13.
Второй пример устройства изображен на фиг.5. Оно отличается от устройства на фиг.1 только тем, что вместо пружин сжатия в качестве создающих давление устройств вокруг внешней стороны стенки 21 расположен надувной шланг 136. В надутом состоянии он имеет такой размер, что прижимается к внутренней стороне наружной стенки 138 воздухоподводящего канала 9 и оказывает на нее давление. Надувание шланга 136 происходит за счет подходящей текучей среды, например воздуха или воды. Оказываемое давление давит на промывочную головку 3 в направлении сопловых отверстий 13 и удерживает ее в нужном положении. Усилие, давящее промывочная головка 3 на промывочную головку 3 в направлении сопловых отверстий 13, можно устанавливать за счет давления среды внутри шланга 136. По своей геометрии шланг может быть адаптирован, в частности, также к форме промежутка между промывочной головкой 3 и наружной стенкой 138 воздухоподводящего канала 9. В остальном устройство во втором примере не отличается от первого.
С помощью предложенного устройства может отпасть трудоемкая очистка горелки от руки. В частности, устройство позволяет в значительной степени автоматизировать очистку горелки. За счет этого при ее очистке можно сэкономить время и издержки.