CH697710A2 - Verfahren zum Steuern einer Turbine, die mehrere parallel angeordnete Brennstoffventile hat. - Google Patents

Abstract

Brennstoffsystem (2) für eine Turbine (6), das mehrere mit der Turbine (6) und parallel miteinander verbundene Brennstoff-Steuerventile (80, 90) und ein Steuergerät (100) zum Öffnen jedes der Steuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen, und zum weiteren Öffnen eines der Steuerventile (80) als Reaktion auf ein Steuersignal (85) zum Steuern der Turbine(6) umfasst.

Description

  Allgemeiner Stand der Technik

Technisches Gebiet

[0001] Der hier beschriebene Gegenstand betrifft im Allgemeinen Kraftwerke, die Verbrennungsprodukte als Antriebsfluid verwenden, wobei die Leistungsabgabe selbsttätig durch das Steuern der Brennstoffmenge geregelt wird, und insbesondere eine Gasturbinenregelung mit parallelen Brennstoff-Steuerventilen.

Stand der Technik

[0002] Gas-und-Dampf- (oder "GuD"-) Kombikraftwerke mit integrierter Vergasung sind eine der vielen Arten von Anlagen, die synthetischen Brennstoff oder "Synthesegas" als Quelle für flüssigen oder gasförmigen Brennstoff verwenden, um Energie zu erzeugen. Typischerweise wird ein niedrigwertiger Brennstoff, wie beispielsweise Kohle, Petrolkoks, oder Biomasse, in einem Vorgang, der als "Vergasung" bezeichnet wird, in ein Gemisch umgewandelt, das hauptsächlich aus Wasserstoff und Kohlenmonoxid besteht.

   Dampf, Wasser, Kohlendioxid, Stickstoff, Luft, Erdgas, Destillat, Heizöl und/oder andere Bestandteile können dem Rohsynthesegas ebenfalls hinzugefügt werden, um die Verbrennung des Gemischs in einer Heizanlage, einem Kessel, einer Turbine und/oder einer anderen Wärmeenergie-Umwandlungsvorrichtung zu verbessern.

[0003] Synthesegas hat typischerweise einen Heizwert, der drei- bis achtmal niedriger ist als derjenige von Erdgas. Demzufolge müssen für eine gegebene Last bedeutend grössere Mengen an Brennstoff in eine Turbine eingespritzt werden, die mit Synthesegas läuft, als bei der gleichen Turbine, die mit Erdgas, Destillat oder anderen, herkömmlichen Brennstoffen läuft. Auch sind Synthesegasquellen anfällig für Schwankungen in der Menge und Güte des Brennstoffs, den sie erzeugen.

   Demzufolge ziehen es viele Betreiber vor, dazu in der Lage zu sein, ihre Turbinen mit alternativen oder Unterstützungsbrennstoffquellen laufen zu lassen, insbesondere während des Anfahrens, wenn der hohe Wasserstoffgehalt manches Synthesegases es besonders gefährlich in der Verwendung macht. Solche Anforderungen an die "Brennstoff-Flexibilität" stellen für den Kraftwerksbetrieb eine Vielzahl von Herausforderungen.

[0004] Um die Leistung der Turbine oder des Kraftwerks so dicht wie möglich an einem Betriebssollwert zu halten, ist das Brennstoff-Zufuhrsystem typischerweise mit einem oder mehreren Steuerventilen in der Brennstoff-Zufuhrleitung versehen. Diese Steuerventile manipulieren den Brennstoffstrom zur Turbine, um jegliche Laststörungen auszugleichen und die Turbine mit der angemessenen Geschwindigkeit laufen zu lassen.

   Zum Beispiel offenbart eine englischsprachige Zusammenfassung der Koreanischen Patentschrift Nr. 100 311 069B ein doppeltes Brennstoffsystem für eine Gasturbine, das gesonderte Gasbrennstoff- und Flüssigbrennstoff-Steuerventile einschliesst. In einer anderen Anordnung offenbart eine englischsprachige Zusammenfassung der Japanischen Patentschrift Nr. JP2003 161 168 zwei Brennstoff-Steuerventile, die parallel stromaufwärts von einer Gasturbinen-Brennkammer angeordnet sind.

[0005] Allgemeine Informationen über Steuerventile sind in dem "Control Valve Handbook", vierte Ausgabe, von der Fisher Controls International LLC, einem Mitglied des Unternehmensbereichs Emerson Process Management der Emerson Electric Co. in Marshalltown, Iowa, USA, und anderenorts verfügbar.

   Die in diesem Verweis erörterten Steuerventilbaugruppen bestehen typischerweise aus einem Ventilgehäuse und inneren Abstimmteilen, einem Stellantrieb, um die Antriebskraft zum Betreiben des Ventils bereitzustellen, und einer Vielzahl von zusätzlichen Ventilzubehörteilen, die Positioniervorrichtungen, Wandler, Zufuhrdruckregler, manuelle Bedienungen, Dämpfer, Grenzschalter und/oder andere Vorrichtungen einschliessen können. Danach liefert ein Steuergerät ein passendes Signal, um das Ventil als Reaktion auf Informationen über den Zustand einer oder mehrerer der gesteuerten Prozessvariablen zu betätigen.

   Verschiedene andere Aspekte der Prozess-Steuerung werden ferner in "Instrumentation & Control: Process Control Fundamentals" und anderen Veröffentlichungen von PAControl.com industrial automation training erörtert.

[0006] Die Art und die Dimensionierung dieser Steuerventile können eine bedeutende Auswirkung auf die Gesamtleistung der Turbine haben. Während die Ventile gross genug sein müssen, um die erforderliche Durchflussmenge unter allen möglichen Prozessbedingungen und Brennstoffarten hindurchzulassen, dürfen sie ebenfalls nicht zu gross sein, um eine angemessene Prozess-Steuerung zu gewährleisten. In dieser Hinsicht hat jede Steuerventilauslegung eine "Durchflusskennlinie", welche die Beziehung zwischen der Durchflussmenge durch das Ventil und der Bewegung des Ventilverschlusselements beschreibt.

   Diese Beziehung wird häufig als ein Prozentsatz einer rechnerischen höchsten steuerbaren Durchflussmenge durch das Ventil gegenüber einem Prozentsatz einer "Hub"-Bewegung des Verschlusselements von einer geschlossenen Position zu einer berechneten, vollständig offenen Position ausgedrückt.

[0007] Der Begriff "Bereichsverhältnis" wird verwendet, um das Verhältnis der berechneten höchsten zur niedrigsten steuerbaren Durchflussmenge auszudrücken, für das die Abweichung von der spezifizierten Durchflusskennlinie spezifizierte Grenzen nicht überschreitet. Als allgemeine Faustregel treten diese berechneten höchsten und niedrigsten steuerbaren Durchflussmengen üblicherweise um neunzig Prozent bzw. zehn Prozent Hub auf. Demzufolge betreiben Bediener Steuerventile im Allgemeinen innerhalb dieser Hubgrenzen.

   Ein gutes Bereichsverhältnis ist besonders wichtig für Turbinen-Brennstoff-Steuerventile bei Anwendungen mit flexiblem Brennstoff, wobei sich die Brennstoff-Durchflussmengen in Abhängigkeit von dem Energiegehalt des Brennstoffs und/oder der Last an der Turbine zu einem bestimmten Zeitpunkt weit verändern können. In den meisten Fällen wird für eine verbesserte Bedienbarkeit ein breites Bereichsverhältnis vorgezogen. Jedoch sind, selbst wenn ein Steuerventil mit einem ausreichend hohen Bereichsverhältnis verfügbar ist, solche Ventile im Allgemeinen auf Grund der engen Toleranzen, die zwischen dem Scheibenverschlusselement und dem Sitz erforderlich sind, teuer in der Herstellung.

[0008] Selbst bei einem guten Bereichsverhältnis kann ein Überdimensionieren des Steuerventils die Prozessvariabilität noch auf wenigstens zwei Weisen beeinträchtigen.

   Erstens bringt ein überdimensioniertes Ventil im Allgemeinen zu viel Gewinn in dem Ventil, was weniger Flexibilität beim Einstellen des Steuergeräts zum Verringern der Prozessvariabilität lässt. Die zweite Weise, wie überdimensionierte Ventile die Prozessvariabilität beeinträchtigen, ist, dass sie wahrscheinlich häufiger bei kleineren Ventilöffnungspositionen arbeiten, die für eine gegebene Schrittweite des Ventilhubs eine unverhältnismässig grosse Durchflussveränderung haben.

   Diese Erscheinung kann die Prozessvariabilität, die verbunden ist mit dem Totzonen-Bereich, in dem eine kleine Umkehr im Eingangssignal vom Steuergerät keinerlei zu beobachtende Veränderung des Ventilverschlusselements bewirkt, stark überhöhen.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0009] Diese und andere Aspekte solcher herkömmlicher Herangehensweisen werden hier in verschiedenen Ausführungsformen behandelt durch das Bereitstellen eines Verfahrens zum Steuern einer Turbine, die mehrere parallel angeordnete Brennstoffsteuerventile hat.

   Bei einer Ausführungsform wird jedes der Steuerventile geöffnet, um annähernd eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen, und eines der Steuerventile wird als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine weiter geöffnet.

[0010] Es wird hier ausserdem ein Kraftwerk offenbart, das eine Turbine, mehrere mit der Turbine und parallel miteinander verbundene Brennstoffsteuerventile und ein Steuergerät zum Öffnen jedes der Steuerventile, um annähernd eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen, und zum weiteren Öffnen eines der Steuerventile als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine einschliesst.

[0011] Eine andere hier offenbarte Ausführungsform betrifft ein Brennstoffsystem für eine Turbine,

   das mehrere mit der Turbine und parallel miteinander zu verbindende Brennstoff-Steuerventile und ein Steuergerät zum Öffnen jedes der Steuerventile, um annähernd eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen, und zum weiteren Öffnen eines der Steuerventile als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine einschliesst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0012] Es werden nun verschiedene Aspekte dieser und anderer Ausführungsformen beschrieben, unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren ("Fig."), die nicht unbedingt im Massstab gezeichnet sind, aber durch jede der mehreren Ansichten die gleichen Bezugszahlen verwenden, um entsprechende Teile zu bezeichnen.
<tb>Fig. 1<sep>ist ein schematischer Rohrverlegungsplan, der ein Brennstoffsystem für ein Kraftwerk illustriert.


  <tb>Fig. 2<sep>illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einer Zufuhrkonfiguration für nicht synthetischen Brennstoff, wobei Ventile in der offenen Position als nicht schattiert abgebildet sind und Ventile in der geschlossenen Position als schattiert abgebildet sind.


  <tb>Fig. 3<sep>illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einer Zufuhrkonfiguration für synthetischen Brennstoff.


  <tb>Fig. 4<sep>ist ein schematisches Zeitsteuerungsdiagramm, das den Hub der in dem Rohrverlegungsplan von Fig. 3 gezeigten Steuerventile illustriert.


  <tb>Fig. 5<sep>illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einem Konfigurationsmodus zum Inertspülen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0013] Fig. 1 ist ein schematischer Rohrverlegungsplan, der ein Brennstoffsystem 2 für eine Verwendung mit einem Kraftwerk 4 illustriert. Fig. 1 zeigt das Brennstoffsystem 2 mit allen Ventilen in einer offenen Konfiguration, während Fig. 2, 3 und 5 bestimmte der Ventile in einer geschlossenen Konfiguration, angezeigt durch ein schwarzes Ausfüllen mit Schattierung, für typische Betriebskonfigurationen oder -modi des Brennstoffsystems 2 zeigen.

   Obwohl das illustrierte Kraftwerk 4 eine Gasturbine 6 und einen Verdichter 8 einschliesst, kann eine Vielzahl anderer Arten von Kraftwerken, einschliesslich derjenigen mit ölbefeuerten Turbinen, Dampfturbinen, Kesseln, Heizanlagen, Generatoren usw., ebenfalls mit dem Brennstoffsystem 2 verwendet werden. Das Brennstoffsystem 2 kann ebenfalls in einer Vielzahl von anderen Rohrverlegungsauslegungen und anderen Konfigurationen als der genauen hier illustrierten Konfiguration umgesetzt werden. Zum Beispiel kann einiges oder alles von dem Brennstoffsystem 2 als Teil der Turbine 6 oder eines anderen Teils des Kraftwerks 4 eingeschlossen sein.

[0014] Für das in diesen Figuren illustrierte Konfigurationsbeispiel der Rohrverlegung nimmt die Turbine 6 durch das Brennstoffsystem 2 synthetischen Brennstoff, nicht synthetischen Brennstoff, Stickstoff und Luft auf.

   Jedoch kann eine Vielzahl von anderen Fluids an Stelle von oder zusätzlich zu diesen Fluids bereitgestellt werden. Der Brennstoff und die Luft werden verbrannt und danach zur Turbinenabgas-Auslassöffnung 10 abgelassen und/oder durch mehrere Abzüge ausgeblasen, wie weiter unten ausführlicher beschrieben. Die Turbine 6 treibt den Verdichter 8 an, der an der Verdichter-Lufteinlassöffnung 12 Luft aufnimmt. Während des normalen Betriebs der Turbine 6 und des Verdichters 8 wird ein Teil der vom Verdichter unter Druck gesetzten Abluft am Auslass des Verdichters 8 durch das stromaufwärts gelegene Verdichterablass-Ausblasventil 14 und ein stromabwärts gelegenes Verdichterablass-Ausblasventil 16 zum Einlass der Turbine 6 geschickt.

   Obwohl das Verdichterablass-Abzugsventil 18 normalerweise geschlossen ist, wenn in diesem Modus gearbeitet wird, kann das Verdichterabzugsventil 18 geöffnet werden, um von dem Verdichter unter Druck gesetzte Abluft oder Stickstoff aus dem Verrohrungshohlraum zwischen geschlossenen Ventilen abziehen zu lassen, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird.

[0015] Das hier illustrierte Brennstoffsystem 2 ist ebenfalls mit einer Stickstoff-Einlassöffnung 20 versehen, um dem System Stickstoff als ein Medium zum Ausspülen des Inhalts des Systems mit einem trockenen, inerten Gas zuzuführen.

   Es kann jedoch eine breite Vielzahl von anderen Brennstoffzusätzen und/oder Spülmaterialien, wie beispielsweise Dampf, Kohlendioxid und andere inerte Medien, ebenfalls über die Stickstoff-Einlassöffnung 20 und/oder über andere hier nicht illustrierte Öffnungen an das Brennstoffsystem 2 geliefert werden. Für die illustrierte Konfiguration wird Stickstoff von der Stickstoff-Einlassöffnung 20 durch drei Zweige, die zu den Stickstoff-Zufuhrventilen 22, 24 und/oder 26 führen, zugeführt. Jeder dieser parallelen Zweige in der Stickstoff-Zufuhrleitung ist mit einem Durchfluss-Messloch 28 zum Messen der Durchflussmenge von Stickstoff durch das entsprechende Stickstoff-Zufuhrventil 22, 24 oder 26 versehen. Ein Drosselloch 30 wird ebenfalls in jedem Zweig bereitgestellt, um den Durchfluss von Stickstoff durch die entsprechenden Stickstoff-Zufuhrventile 22, 24 oder 26 zu steuern.

   Zusätzliche Drossellöcher 30 und/oder Durchfluss-Messlöcher (nicht gezeigt) werden ähnlich stromabwärts von dem Verdichterablass-Abzugsventil 18 und stromaufwärts von dem Verrohrungshohlraum-Abzugsventil 38 bereitgestellt, um den Durchfluss durch die entsprechenden Ventile und aus den Abzugsöffnungen 32 zu steuern. Jedoch kann ebenfalls eine breite Vielzahl von anderen Vorrichtungen und/oder Konfigurationen verwendet werden, um den Durchfluss von Fluids an diesen und anderen Positionen durch das gesamte Brennstoffsystem 2 zu steuern und/oder zu messen.

[0016] Das Brennstoffsystem 2 nimmt von der Synthesegas-Einlassöffnung 34 einen synthetischen Brennstoff, wie beispielsweise Synthesegas, auf.

   Da sich die Güte und Menge des Synthesegases häufig bedeutend verändern können, wird typischerweise ein nicht synthetischer Brennstoff verwendet, um die Turbine 6 anzufahren und um den Turbinenbetrieb während Schwankungen der Synthesegas-Produktionskapazität aufrechtzuerhalten. Zum Beispiel kann der nicht synthetische Brennstoff flüssiges Heizöl oder Methan-Versorgungsgas, das dem Einlass der Turbine 6 über eine hier nicht gezeigte Verrohrung zugeführt wird, sein. Fig. 2 illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem 2 von Fig. 1, wenn nur ein flüssiger oder ein anderer solcher nicht synthetischer Brennstoff verwendet wird, um die Turbine 6 zu befeuern.

   Die geschlossenen Ventile werden in Fig. 2 mit schwarzer Ausfüllung bezeichnet.

[0017] In Fig. 2 ist das Absperrventil 42 für synthetischen Brennstoff geschlossen, um so das Produktionssystem für synthetischen Brennstoff (nicht gezeigt) vom Rest des Brennstoffsystems 2 zu isolieren. Das Absperr-Geschwindigkeitsverhältnis-Ventil 44 für synthetischen Brennstoff, das dazu beiträgt, den Zufuhrdruck des synthetischen Brennstoffs zu den Steuerventilen 80 und 90 (weiter unten erörtert) zu steuern, ist ebenfalls geschlossen. Ein Verrohrungshohlraum-Abzugsventil 46 ist zu einer Abzugsöffnung 32 geöffnet, um jeglichen verbleibenden Brennstoff, Luft und/oder Stickstoff aus dem Hohlraum zwischen dem Absperr-Geschwindigkeitsverhältnis-Ventil 44 und dem geschlossenen Absperrventil 42 für synthetischen Brennstoff abzulassen.

   Die Abzugsöffnungen 32 sind typischerweise mit einer Gasfackel oder einem Fackelrohr (nicht gezeigt) verbunden, um nicht verwendbares Abgas zu verbrennen. Es ist jedoch ebenfalls eine breite Vielzahl von anderen Sammel- und/oder Entsorgungstechniken verfügbar, um an die Abzugsöffnungen 32 angeschlossen zu werden.

[0018] Das Rückführungsventil 47 für synthetischen Brennstoff wird ebenfalls in der in Fig. 2 illustrierten Konfiguration für nicht synthetischen Brennstoff als geschlossen illustriert.

   Jedoch kann das Rückführungsventil 47 für synthetischen Brennstoff geöffnet werden, während das Absperrventil 42 für synthetischen Brennstoff geschlossen bleibt, um ein Wiederumlaufen des synthetischen Brennstoffs zurück zu dem Produktionssystem für synthetischen Brennstoff (nicht gezeigt) zu ermöglichen, wie es hier durch eine Wiederum-lauföffnung 48 angezeigt wird.

[0019] An der Mitte der in Fig. 1, 2, 3 und 5 gezeigten Rohrverlegungspläne befinden sich ein erstes (oder "führendes") Steuerventil 80 und ein zweites (oder "folgendes") Steuerventil 90, die parallel angeordnet sind. Das heisst, dass der Brennstoff-Druckabfall über die Verrohrungszweige, die jedes der Steuerventile 80 und 90 haben, bei der illustrierten parallelen Konfiguration im Wesentlichen der gleiche sein wird.

   Zusätzliche parallele Steuerventile können, wie weiter unten ausführlicher erörtert, ebenfalls bereitgestellt werden.

[0020] Das Steuergerät 100 stellt über Signalleitungen 85 bzw. 95 den Steuerventilen 80 und 90 ein entsprechendes Signal bereit, um das Ventil als Reaktion auf Informationen über den Zustand einer oder mehrerer der gesteuerten Prozessvariablen zu betätigen. Zum Beispiel könnte das Steuergerät 100 Informationen über die Geschwindigkeit der Turbine 6 empfangen und einem oder beiden der Steuerventile 80, 90 signalisieren, zu schliessen, wenn die Geschwindigkeit zu hoch ist.

   Wenn die Turbine in der in Fig. 2 illustrierten Ventilpositionskonfiguration mit nicht synthetischem Gas läuft, sind die beiden Steuerventile 80 und 90 vollständig geschlossen, und das Stickstoff-Zufuhrventil 22 ist geöffnet, um dem Verrohrungshohlraum zwischen den Steuerventilen 80, 90 und dem Absperr-Geschwindigkeitsverhältnis-Ventil 44 inertes Spülgas zuzuführen.

[0021] Fig. 3 illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem 2 von Fig. 1 in einer Brennstoffzufuhr-Konfiguration für Synthesegas. In Fig. 3 sind das Verrohrungshohlraum-Abzugsventil 46 und das Stickstoff-Zufuhrventil 22 geschlossen. Das Absperrventil 42 für synthetischen Brennstoff ist geöffnet, um dem wenigstens teilweise geöffneten Absperr-Geschwindigkeitsverhältnis-Ventil 44 für synthetischen Brennstoff synthetischen Brennstoff zuzuführen.

   Da wenigstens eines der Steuerventile 80 und 90 ebenfalls teilweise geöffnet ist (wie weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben), wird dem Brennstoff einlass der Turbine 6 synthetischer Brennstoff zugeführt. Fig. 3 illustriert ebenfalls die stromaufwärts und stromabwärts gelegenen Verdichterablass-Ausblasventile 14 und 16 in einer geschlossenen Position, wobei das Stickstoff-Zufuhrventil 26 in einer offenen Position dem inneren Ventil-Verrohrungshohlraum Stickstoff zuführt.

[0022] Fig. 4 ist ein Beispiel eines schematischen Zeitsteuerungsdiagramms für eine Steuertechnik unter Verwendung des Steuergeräts 100 zum Betätigen der Steuerventile 80 und 90. Jedoch könnten die Steuerventile 80 und 90 auch auf eine Vielzahl anderer Weisen, einschliesslich durch manuelles Umgehen des Steuergeräts, gesteuert werden.

   Die vertikale Achse des Zeitsteuerungsdiagramms in Fig. 4 stellt den prozentualen Hub der Steuerventile 80, 90 dar, während die horizontale Achse ein typisches Fortschreiten mit der Zeit zwischen einem anfänglichen Öffnen und einem abschliessenden Schliessen jedes Ventils darstellt. Keine der Achsen ist in einem bestimmten Massstab gezeichnet.

[0023] Die durchgehende Linie im Hauptteil von Fig. 4 stellt das Betätigen des ersten oder führenden Steuerventils 80 dar, während die gestrichelte Linie das Betätigen des zweiten oder folgenden Steuerventils 90 darstellt. Jedoch können die Ventile umgekehrt werden, und/oder es können ebenfalls zusätzliche Steuerventile parallel mit den illustrierten Steuerventilen 80 und 90 bereitgestellt werden.

   Ferner können die Zeiträume des Dauerbetriebs länger oder kürzer als die illustrierten Zeitspannen sein, und diese Zeitspannen können durch andere Betätigungen der Steuerventile 80 und/oder 90 unterbrochen werden. Die Raten der Betätigungsveränderung können ebenfalls steiler oder flacher als die in Fig. 4 gezeigten Raten sein, einschliesslich der relativen Betätigungsraten zwischen den Ventilen. Die Ventilbetätigungen können ebenfalls schrittweise, krummlinig und/oder nicht linear über die Zeit sein.

[0024] Für den in Fig. 4 illustrierten Betriebsmodus beginnen beide Steuerventile 80 und 90 an der in Fig. 2 illustrierten Position, wobei der Turbine 6 nur nicht synthetischer Brennstoff zugeführt wird.

   Eines der Steuerventile 80 und 90 (hier als erstes Steuerventil 80 gezeigt) wird anfangs zu einer Bezugszeit 102 um ein kleines Mass geöffnet, wobei ermöglicht wird, dass das Brennstoffsystem 2 einen vollständigen Übergang zu einem Betrieb mit synthetischem Brennstoff vornimmt. Als ein Teil dieses Übergangs sind die anderen Ventile im Verrohrungssystem 2 von der in Fig. 2 illustrierten Konfiguration zu der in Fig. 3 illustrierten Konfiguration geöffnet und/oder geschlossen worden.

[0025] Sobald die Turbine 6 zur nächsten Bezugszeit 104 vollständig zu synthetischem Brennstoff überführt ist, werden die beiden Steuerventile 80 und 90 geöffnet oder weiter geöffnet, um sich zur Bezugszeit 106 einem unteren steuerbaren Brennstoffdurchfluss durch jedes Ventil anzupassen.

   Obwohl Fig. 4 zur Bezugszeit 106 den gleichen Hub für jedes Steuerventil 80 und 90 illustriert, können ebenfalls unterschiedliche Hübe verwendet werden. Dieser untere steuerbare Durchfluss kann bei einem bestimmten Prozentsatz der berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflussmenge für eines oder beide der Steuerventile 80 und 90 auftreten. Es könnte ebenfalls ein Sicherheitsfaktor über den 100 Prozent der berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflussmenge, wie beispielsweise ein zehnprozentiger Sicherheitsfaktor bei 110 Prozent der berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflussmenge oder ein 100-prozentiger Sicherheitsfaktor bei 200 Prozent der berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflussmenge, für eines oder beide der Steuerventile 80, 90 bereitgestellt werden.

   Es können ebenfalls beliebige andere Sicherheitsfaktoren verwendet werden.

[0026] Alternativ oder zusätzlich dazu kann der untere steuerbare Durchfluss durch eines oder beide der Steuerventile 80, 90 ebenfalls bei einem bestimmten prozentualen Hub auftreten.

[0027] Zum Beispiel könnte der untere steuerbare Durchfluss zwischen ein und fünfundzwanzig Prozent, fünf und zwanzig Prozent, fünf und fünfzehn Prozent oder ungefähr zehn Prozent des Ventilhubs für eines oder beide der Steuerventile 80 und 90 auftreten. Bei dem in Fig. 4 illustrierten Beispiel sind die Steuerventile 80 und 90 so ausgelegt, dass der untere steuerbare Durchfluss für eines oder beide der Ventile bei rund zehn Prozent des Hubs für jedes Ventil auftritt.

   Jedoch könnte es auch so angeordnet sein, dass der untere steuerbare Durchfluss, in Abhängigkeit von der Konfiguration jedes der Steuerventile 80 und 90, den charakteristischen Eigenschaften des Brennstoffgemischs und/oder anderen Prozessparametern und Auslegungserwägungen, bei anderen teilweisen Öffnungen der Verschlusselemente in einem oder beiden der Steuerventile 80 und 90 auftritt.

   Falls der untere steuerbare Durchfluss für das Steuerventil 80 oder 90 ebenfalls der berechnete niedrigste steuerbare Durchfluss ist, dann könnte ein weiteres Schliessen des Ventils 80 oder 90 unsicher sein und/oder zu nicht annehmbaren Niveaus der Prozessvariabilität führen.

[0028] Sobald beide Ventile zur Bezugszeit 106 annähernd ihren unteren steuerbaren Durchfluss erreicht haben, wird eines der Steuerventile (hier als erstes Steuerventil 80 gezeigt) weiter geöffnet und dafür verwendet, den Brennstoffdurchfluss zur Turbine 6 zu steuern. Die Brennstoffzufuhr zur Turbine 6 nimmt bis zur Bezugszeit 108 weiter zu, wenn das erste Steuerventil 80 beginnt, bei einer oberen steuerbaren Durchflussmenge zu arbeiten.

   Zum Beispiel kann dieser obere steuerbare Durchfluss bei einem bestimmten Prozentsatz der berechneten höchsten steuerbaren Durchflussmenge und/oder den zugeordneten Hub für eines oder beide der Steuerventile 80 und 90 auftreten. Wie bei dem weiter oben erörterten unteren steuerbaren Durchfluss könnte ebenfalls ein Sicherheitsfaktor zu den neunzig (oder anderen) Prozent des berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflusses, wie beispielsweise ein zehnprozentiger Sicherheitsfaktor bei einundneunzig Prozent des berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflusses oder andere Sicherheitsfaktoren auf der Grundlage eines gegebenen Prozentsatzes des berechneten niedrigsten steuerbaren Durchflusses für eines oder beide der Steuerventile 80, 90,

   bereitgestellt werden.

[0029] Alternativ oder zusätzlich dazu könnte der obere steuerbare Durchfluss bei einem bestimmten prozentualen Hub für eines oder beide der Steuerventile 80, 90 auftreten. Zum Beispiel könnte der obere steuerbare Durchfluss zwischen fünfundsiebzig und einhundert Prozent, fünfundsiebzig und fünfundneunzig Prozent, fünfundachtzig und fünfundneunzig Prozent oder bei ungefähr neunzig Prozent des Ventilhubs für eines oder beide der Steuerventile 80 und 90 auftreten. Bei dem in Fig. 4 illustrierten Beispiel sind die Steuerventile 80 und/oder 90 so ausgelegt, dass der obere steuerbare Durchfluss für beide Ventile 80 und 90 bei rund neunzig Prozent Hub für jedes Ventil auftritt.

   Jedoch könnte es auch so angeordnet sein, dass der obere steuerbare Durchfluss, in Abhängigkeit von der Konfiguration jedes der Steuerventile 80 und 90, den charakteristischen Eigenschaften des Brennstoff gemischs und/oder anderen Prozessparametern und Auslegungserwägungen, bei anderen teilweisen Öffnungen der Verschlusselemente in einem oder beiden der Steuerventile 80 und 90 auftritt.

   Falls der obere steuerbare Durchfluss für das Steuerventil 80 oder 90 ebenfalls der berechnete höchste steuerbare Durchfluss ist, dann könnte ein weiteres Öffnen des Ventils 80 oder 90 unsicher sein und/oder zu nicht annehmbaren Niveaus der Prozessvariabilität führen.

[0030] Da die Steuerventile 80 und 90 nicht unbedingt die gleiche Grösse oder Konfiguration haben, können sie so angeordnet sein, dass sie ihre oberen und/oder unteren steuerbaren Durchflussmengen bei unterschiedlichen Zeiten und/oder Hubprozentsätzen erreichen. Ein Sicherheitsfaktor kann ebenfalls zu den berechneten höchsten und/oder niedrigsten steuerbaren Durchflussmengen hinzugefügt worden sein, so dass Bediener dazu in der Lage sind, sicher über die spezifizierten Niveaus hinauszuschiessen, ohne die Steuerbarkeit des Brennstoffsystems 2 bedeutend zu beeinträchtigen.

   Ferner werden die berechneten höchsten und/oder niedrigsten steuerbaren Durchflussmengen und daher jegliche entsprechenden oberen und unteren steuerbaren Durchflussmengen häufig von einer Vielzahl von Faktoren, wie beispielsweise dem verfügbaren Druckabfall für den Prozess, der Kapazität der Brennstoffquellen, Steuerungsparametern, wie beispielsweise dem Prozessgewinn und dem Ventilgewinn, und den Brennstoffeigenschaften, die sogar zu unterschiedlichen Zeiträumen während der Dauer des Prozesses neu berechnet werden können, abhängen.

[0031] Zur Bezugszeit 108 hat das erste Steuerventil 80 seine obere steuerbare Durchflussmenge erreicht. Wie weiter oben angemerkt, tritt dieser obere steuerbare Durchfluss vorzugsweise bei oder unter dem berechneten höchsten steuerbaren Durchfluss für das Ventil 80 auf.

   Jeglichem zusätzlichen Bedarf an Brennstoff wird durch weiteres Öffnen des zweiten Steuerventils 90 entsprochen, welches das erste Steuerventil 80 ersetzt, um weitere Einstellungen an dem Brennstoffdurchfluss vorzunehmen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das erste Steuerventil 80 dafür verwendet werden, den Brennstoffdurchfluss zu vermindern, so dass das erste Steuerventil 80 unterhalb seiner oberen steuerbaren Durchflussmenge arbeitet.

[0032] Zur Bezugszeit 110 hat sich das zweite Steuerventil zu nahezu 90% Hub geöffnet, und beide Steuerventile 80 und 90 sind nahe ihren oberen steuerbaren Durchflussmengen. In Fig. 4 ist die obere steuerbare Durchflussmenge für das zweite Steuerventil 90 geringfügig niedriger als seine höchste steuerbare Durchflussmenge und der obere steuerbare Durchfluss für das erste Steuerventil 80 bestimmt worden.

   Auf diese Weise ist unter Bedingungen, die zusätzlichen Brennstoff gewährleisten, ein zusätzlicher steuerbarer Brennstoffdurchfluss durch das zweite Steuerventil 90 verfügbar. Es kann sich jedoch bei den Bestimmungen der oberen und/oder unteren steuerbaren Durchflüsse für jedes der Steuerventile 80 und 90 an verschiedene andere Sicherheitsspannen angepasst werden.

[0033] Zur Bezugszeit 112 beginnt der Brennstoff-Durchflussbedarf abzufallen, bis eines der Steuerventile (hier als das zweite Steuerventil 90 gezeigt) zur Bezugszeit 114 seinen unteren steuerbaren Durchfluss erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt die Brennstoffsteuerung auf das erste Steuerventil 80 übertragen wird. Ähnlich könnten eines oder beide der Steuerventile 80 und 90 gleichzeitig oder intermittierend geschlossen werden.

[0034] In Fig.

   4 treten nach der Bezugszeit 114 durch Schliessen des ersten Steuerventils 80 zwischen der Bezugszeit 114 und der Bezugszeit 116 weitere Verringerungen des Brennstoffdurchflusses auf. Zur Bezugszeit 116 haben beide Steuerventile 80 und 90 annähernd ihren unteren steuerbaren Durchfluss erreicht, und das zweite Steuerventil 90 wird zur Bezugszeit 118 zu einer vollständig geschlossenen Position bewegt, während das erste Steuerventil 80 teilweise offen gehalten wird, um einen gegebenen Brennstoffbedarf für die Turbine aufrechtzuerhalten.

   Zur Bezugszeit 120 ist das Steuerventil 80 vollständig geschlossen, was anzeigt, dass das Brennstoffsystem 2 heruntergefahren oder zurück zu dem nicht synthetischen Brennstoff überführt worden ist.

[0035] Obwohl die in diesen Figuren gezeigten Beispiele nur zwei Steuerventile 80 und 90 benutzen, die parallel zueinander angeordnet sind, kann ebenfalls eine beliebige Zahl von Steuerventilen verwendet werden. Bei solchen Konfigurationen können mehrere Steuerventile annähernd einen oberen steuerbaren Durchfluss erreichen, bevor eines oder mehrere andere der Steuerventile weiter von ihrem annähernden unteren steuerbaren Durchfluss geöffnet werden, um weitere schrittweise Brennstoff-Durchflussveränderungen für das Kraftwerk 4 bereitzustellen.

   Wenn jedes nachfolgende Steuerventil geöffnet wird, um annähernd einen oberen und/oder unteren steuerbaren Durchfluss durch das Ventil zu erreichen, übernimmt das nächste nachfolgende Ventil die Steuerung der Turbine. Ferner könnten in Situationen, in denen die Ventile am oberen und/oder höchsten steuerbaren Durchfluss den Brennstoffdurchfluss nicht mehr mässigen, diese Ventile weiter bis zu ihrer vollständig geöffneten, 100-prozentigen Hubposition geöffnet werden, um den Druckabfall durch das Brennstoffsystem 2 auf ein Minimum zu verringern.

[0036] Fig. 5 illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einem Konfigurationsmodus zum Inertspülen. In Fig. 5 ist jedes der Stickstoff-Zufuhrventile 22, 24 und 26 offen, zusammen mit jedem der Abzugsventile 18, 38 und 46.

   Die anderen Ventile sind geschlossen.

[0037] Die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen und Betriebsmodi bieten verschiedene Vorzüge gegenüber herkömmlicher Technologie. Zum Beispiel gewährleisten solche parallelen Brennstoffsteuerventil-Konfigurationen ein weites Bereichsverhältnis ohne die zusätzlichen Kosten, die mit den engen Toleranzen von Ventilen mit hohem Bereichsverhältnis verbunden sind. Es ist ebenfalls weniger wahrscheinlich, dass diese Konfigurationen bei Konfigurationen mit niedrigem Brennstoffdurchfluss überdimensioniert sind, und weniger wahrscheinlich, dass sie die mit der toten Zone bei einer beliebigen Durchflussmenge verbundene Prozessvariabilität überhöhen.

   Diese Vorzüge können besonders nützlich bei GuD-Kraftwerken mit integrierter Vergasung sein, wobei sich die Brennstoff-Durchflussanforderungen über die Zeit bedeutend verändern können.

[0038] Es sollte hervorgehoben werden, dass die weiter oben beschriebenen Ausführungsformen und insbesondere jegliche "bevorzugten" Ausführungsformen nur Beispiele von verschiedenen Umsetzungen sind, die hier dargelegt worden sind, um ein Verständnis verschiedener Aspekte dieser Technologie zu gewährleisten. Ein Durchschnittsfachmann wird dazu in der Lage sein, viele dieser Ausführungsformen zu ändern, ohne wesentlich von dem Schutzrahmen abzuweichen, der ausschliesslich durch den richtigen Aufbau der folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims (16)

1. Verfahren zum Steuern einer Turbine (6), die mehrere parallel angeordnete Brennstoffsteuerventile (80, 90) hat, das die folgenden Schritte umfasst: Öffnen jedes der Steuerventile, um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil (80 und 90 bei 106 in Fig. 4) hindurchzulassen, und weiteres Öffnen eines der Steuerventile als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine (80 bei 106-108 in Fig. 4).

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, das eine Steuerventil noch weiter zu öffnen, um eine obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil (80 bei 106-108 in Fig. 4) hindurchzulassen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, das ferner den Schritt umfasst, nach dem Erreichen der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil (80 bei 108 in Fig. 4) ein anderes der Steuerventile (90 bei 108-110 in Fig. 4) als Reaktion auf das Steuersignal (95) zum Steuern der Turbine (6) noch weiter zu öffnen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das eine der Steuerventile (80) während des weiteren Öffnens des anderen der Steuerventile (90 bei 108-110 in Fig. 4) annähernd bei der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge gehalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2, 3 und 4, wobei der Schritt des noch weiteren Öffnens des einen Steuerventils (80), um die obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil hindurchzulassen, einschliesst, ein Verschlusselement des einen Steuerventils bis zu annähernd neunzig Prozent Hub zu bewegen (80 bei 106-108 in Fig. 4).

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 4 und 5, wobei der Schritt des Öffnens jedes der Steuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen, einschliesst, ein Verschlusselement jedes der Steuerventile bis zu annähernd zehn Prozent Hub zu bewegen (80, 90 bei 104-106 in Fig. 4).

7. Kraftwerk (4), das Folgendes umfasst: eine Turbine (6), mehrere mit der Turbine und parallel miteinander verbundene Brennstoffsteuerventile (80, 90) und ein Steuergerät (100) zum Öffnen jedes der Steuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen (106 in Fig. 4), und zum weiteren Öffnen eines der Steuerventile (80 bei 106-108 in Fig. 4) als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine.

8. Kraftwerk nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (100) das eine Steuerventil (80) weiter öffnet, um eine obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil hindurchzulassen (80 bei 108 in Fig. 4).

9. Kraftwerk nach Anspruch 8, wobei, nach dem Erreichen der steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil (80 bei 108 in Fig. 4), das Steuergerät (100) ein anderes der Steuerventile (90) als Reaktion auf das Steuersignal (95) zum Steuern der Turbine (6) noch weiter öffnet.

10. Kraftwerk nach Anspruch 9, wobei das Steuergerät (100) das eine der Steuerventile (80) während des weiteren Öffnens des anderen der Steuerventile (90 bei 108-110 in Fig. 4) annähernd bei der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge (80) hält.

11. Kraftwerk nach Anspruch 10, wobei die untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil (80, 90) bei annähernd zehn Prozent Ventilhub auftritt und die obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge bei annähernd neunzig Prozent Ventilhub auftritt (Fig. 4).

12. Brennstoffsystem (2) für eine Turbine (6), das Folgendes umfasst: mehrere mit der Turbine (6) und parallel miteinander zu verbindende Brennstoffsteuerventile (80, 90) und ein Steuergerät (100) zum Öffnen jedes der Steuerventile (80, 90), um annähernd eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil hindurchzulassen (106 in Fig. 4), und zum weiteren Öffnen eines der Steuerventile (80) als Reaktion auf ein Steuersignal (85) zum Steuern der Turbine(6).

13. Brennstoffsystem nach Anspruch 12, wobei das Steuergerät das eine Steuerventil (80) weiter öffnet, um eine obere steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge (108 in Fig. 4) durch das eine Steuerventil (80) hindurchzulassen.

14. Brennstoffsystem nach Anspruch 13, wobei, nach dem Erreichen der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Steuerventil (80 bei 108 in Fig. 4), das Steuergerät (110) ein anderes der Steuerventile (90) als Reaktion auf das Steuersignal (95) zum Steuern der Turbine (6) noch weiter öffnet.

15. Brennstoffsystem nach Anspruch 14, wobei das Steuergerät (100) das eine der Steuerventile (80) während des weiteren Öffnens des anderen der Steuerventile (90 bei 108-110 in Fig. 4) annähernd bei der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge hält.

16. Brennstoffsystem nach Anspruch 15, wobei die untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Ventil (80, 90) bei annähernd zehn Prozent Ventilhub auftritt und die obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge bei annähernd neunzig Prozent Ventilhub auftritt (Fig. 4).