CH697710B1 - Verfahren zum Steuern einer Turbine, die mehrere parallel angeordnete Brennstoffventile hat. - Google Patents

Abstract

Es ist ein Brennstoffsystem (2) vorgestellt. Das Brennstoffsystem (2) umfasst mehrere parallel angeordnete Brennstoffsteuerventile (80, 90) und ein Steuergerät (100). Das Steuergerät (100) ist ausgelegt zum Öffnen jedes der Brennstoffsteuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Brennstoffsteuerventil (80, 90) hindurchzulassen, und zum weiteren Öffnen eines der Brennstoffsteuerventile (80) als Reaktion auf ein Steuersignal zum Steuern der Turbine (6).

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Technisches Gebiet

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung in einem Brennstoffsystem und ein Brennstoffsystem. Es werden Kraftwerke beschrieben, die Verbrennungsprodukte als Antriebsfluid verwenden, wobei die Leistungsabgabe selbsttätig durch das Steuern der Brennstoffmenge geregelt wird, und eine Gasturbinenregelung mit parallelen Brennstoffsteuerventilen beschrieben.

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 Brennstoffsteuerventilen in der Brennstoff-Zufuhrleitung versehen. Diese Brennstoffsteuerventile 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. 100 311 069 B 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. JP 2003 161 168 zwei Brennstoff-Steuerventile, die parallel stromaufwärts von einer Gasturbinen-Brennkammer angeordnet sind.

[0005] Allgemeine Informationen über Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventil-Baugruppen 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 Brennstoffsteuerventile können eine bedeutende Auswirkung auf die Gesamtleistung der Turbine haben. Während die Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventil-Auslegung 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 die Brennstoffsteuerventile im Allgemeinen innerhalb dieser Hubgrenzen. Ein gutes Bereichsverhältnis ist besonders wichtig für Brennstoffsteuerventile 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. Es besteht ein Nachteil darin, dass, selbst wenn ein Brennstoffsteuerventil mit einem ausreichend hohen Bereichsverhältnis verfügbar ist, solche Brennstoffsteuerventile im Allgemeinen auf Grund der engen Toleranzen, die zwischen dem Scheibenverschlusselement und dem Sitz erforderlich sind, teuer in der Herstellung sind.

[0008] Selbst bei einem guten Bereichsverhältnis kann ein Überdimensionieren des Brennstoffsteuerventils die Prozessvariabilität noch auf wenigstens zwei nachteilige 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 Brennstoffsteuerventile 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] Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die zuvor genannten Probleme aus dem Stand der Technik zu lösen.

[0010] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung in einem Brennstoffsystem nach Anspruch 1 und ein Brennstoffsystem nach Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0011] <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 Brennstoffsteuerventile in der offenen Position als nicht schattiert abgebildet sind und Brennstoffsteuerventile 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. 3gezeigten Brennstoffsteuerventile illustriert. <tb>Fig. 5<sep>illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einem Konfigurationsmodus zum Inertspülen.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0012] 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 5bestimmte der Brennstoffsteuerventile 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.

[0013] 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.

[0014] 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 Brennstoffsteuerventile 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.

[0015] 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 Brennstoffsteuerventile werden in Fig. 2mit schwarzer Ausfüllung bezeichnet.

[0016] 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 Brennstoffsteuerventilen 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.

[0017] Das Rückführungsventil 47 für synthetischen Brennstoff wird ebenfalls in der in Fig. 2illustrierten 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 Wiederumlauföffnung 48 angezeigt wird.

[0018] An der Mitte der in Fig. 1, 2, 3 und 5gezeigten Rohrverlegungspläne befinden sich ein erstes (oder «führendes») Brennstoffsteuerventil 80 und ein zweites (oder «folgendes») Brennstoffsteuerventil 90, die parallel angeordnet sind. Das heisst, dass der Brennstoff-Druckabfall über die Verrohrungszweige, die jedes der Brennstoffsteuerventile 80 und 90 hat, bei der illustrierten parallelen Konfiguration im Wesentlichen der gleiche sein wird. Zusätzliche parallele Brennstoffsteuerventile können, wie weiter unten ausführlicher erörtert, ebenfalls bereitgestellt werden.

[0019] Das Steuergerät 100 stellt über Signalleitungen 85 bzw. 95 den Brennstoffsteuerventilen 80 und 90 ein entsprechendes Signal bereit, um das Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 vollständig geschlossen, und das Stickstoff-Zufuhrventil 22 ist geöffnet, um dem Verrohrungshohlraum zwischen den Brennstoffsteuerventilen 80, 90 und dem Absperr-Geschwindigkeitsverhältnis-Ventil 44 inertes Spülgas zuzuführen.

[0020] Fig. 3 illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem 2 von Fig. 1 in einer Brennstoffzufuhr-Konfiguration für Synthesegas. In Fig. 3sind 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 ebenfalls teilweise geöffnet ist (wie weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 4beschrieben), wird dem Brennstoffeinlass 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.

[0021] Fig. 4 ist ein Beispiel eines schematischen Zeitsteuerungsdiagramms für eine Steuertechnik unter Verwendung des Steuergeräts 100 zum Betätigen der Brennstoffsteuerventile 80 und 90. Jedoch könnten die Brennstoffsteuerventile 80 und 90 auch auf eine Vielzahl anderer Weisen, einschliesslich durch manuelles Umgehen des Steuergeräts, gesteuert werden. Die vertikale Achse des Zeitsteuerungsdiagramms in Fig. 4stellt den prozentualen Hub der Brennstoffsteuerventile 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.

[0022] Die durchgehende Linie im Hauptteil von Fig. 4 stellt das Betätigen des ersten oder führenden Brennstoffsteuerventils 80 dar, während die gestrichelte Linie das Betätigen des zweiten oder folgenden Brennstoffsteuerventils 90 darstellt. Jedoch können die Brennstoffsteuerventile umgekehrt werden, und/oder es können ebenfalls zusätzliche Brennstoffsteuerventile parallel mit den illustrierten Brennstoffsteuerventilen 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 Brennstoffsteuerventile 80 und/oder 90 unterbrochen werden. Die Raten der Betätigungsveränderung können ebenfalls steiler oder flacher als die in Fig. 4gezeigten Raten sein, einschliesslich der relativen Betätigungsraten zwischen den Ventilen. Die Ventilbetätigungen können ebenfalls schrittweise, krummlinig und/oder nicht linear über die Zeit sein.

[0023] Für den in Fig. 4 illustrierten Betriebsmodus beginnen beide Brennstoffsteuerventile 80 und 90 an der in Fig. 2illustrierten Position, wobei der Turbine 6 nur nicht synthetischer Brennstoff zugeführt wird. Eines der Brennstoffsteuerventile 80 und 90 (hier als erstes Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventile im Verrohrungssystem 2 von der in Fig. 2illustrierten Konfiguration zu der in Fig. 3 illustrierten Konfiguration geöffnet und/oder geschlossen worden.

[0024] Sobald die Turbine 6 zur nächsten Bezugszeit 104 vollständig zu synthetischem Brennstoff überführt ist, werden die beiden Brennstoffsteuerventile 80 und 90 geöffnet oder weiter geöffnet, um sich zur Bezugszeit 106 einem unteren steuerbaren Brennstoffdurchfluss durch jedes Brennstoffsteuerventil anzupassen. Obwohl Fig. 4zur Bezugszeit 106 den gleichen Hub für jedes Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80, 90 bereitgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der untere steuerbare Durchfluss durch eines oder beide der Brennstoffsteuerventile 80, 90 ebenfalls bei einem bestimmten prozentualen Hub auftreten. 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 auftreten. Bei dem in Fig. 4 illustrierten Beispiel sind die Brennstoffsteuerventile 80 und 90 so ausgelegt, dass der untere steuerbare Durchfluss für eines oder beide der Brennstoffsteuerventile bei rund zehn Prozent des Hubs für jedes Brennstoffsteuerventil auftritt. Jedoch könnte es auch so angeordnet sein, dass der untere steuerbare Durchfluss, in Abhängigkeit von der Konfiguration jedes der Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 auftritt. Falls der untere steuerbare Durchfluss für das Brennstoffsteuerventil 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.

[0025] Sobald beide Brennstoffsteuerventile zur Bezugszeit 106 annähernd ihren unteren steuerbaren Durchfluss erreicht haben, wird eines der Brennstoffsteuerventile (hier als erstes Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80, 90, bereitgestellt werden.

[0026] Alternativ oder zusätzlich dazu könnte der obere steuerbare Durchfluss bei einem bestimmten prozentualen Hub für eines oder beide der Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 auftreten. Bei dem in Fig. 4 illustrierten Beispiel sind die Brennstoffsteuerventile 80 und/oder 90 so ausgelegt, dass der obere steuerbare Durchfluss für beide Brennstoffsteuerventile 80 und 90 bei rund neunzig Prozent Hub für jedes Brennstoffsteuerventil auftritt. Jedoch könnte es auch so angeordnet sein, dass der obere steuerbare Durchfluss, in Abhängigkeit von der Konfiguration jedes der Brennstoffsteuerventile 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 Brennstoffsteuerventile 80 und 90 auftritt. Falls der obere steuerbare Durchfluss für das Brennstoffsteuerventil 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.

[0027] Da die Brennstoffsteuerventile 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.

[0028] Zur Bezugszeit 108 hat das erste Brennstoffsteuerventil 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 Brennstoffsteuerventil 80 auf. Jeglichem zusätzlichen Bedarf an Brennstoff wird durch weiteres Öffnen des zweiten Brennstoffsteuerventils 90 entsprochen, welches das erste Brennstoffsteuerventil 80 ersetzt, um weitere Einstellungen an dem Brennstoffdurchfluss vorzunehmen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das erste Brennstoffsteuerventil 80 dafür verwendet werden, den Brennstoffdurchfluss zu vermindern, so dass das erste Brennstoffsteuerventil 80 unterhalb seiner oberen steuerbaren Durchflussmenge arbeitet.

[0029] Zur Bezugszeit 110 hat sich das zweite Brennstoffsteuerventil zu nahezu 90% Hub geöffnet, und beide Brennstoffsteuerventile 80 und 90 sind nahe ihren oberen steuerbaren Durchflussmengen. In Fig. 4 ist die obere steuerbare Durchflussmenge für das zweite Brennstoffsteuerventil 90 geringfügig niedriger als seine höchste steuerbare Durchflussmenge und der obere steuerbare Durchfluss für das erste Brennstoffsteuerventil 80 bestimmt worden. Auf diese Weise ist unter Bedingungen, die zusätzlichen Brennstoff gewährleisten, ein zusätzlicher steuerbarer Brennstoffdurchfluss durch das zweite Brennstoffsteuerventil 90 verfügbar. Es kann sich jedoch bei den Bestimmungen der oberen und/oder unteren steuerbaren Durchflüsse für jedes der Brennstoffsteuerventile 80 und 90 an verschiedene andere Sicherheitsspannen angepasst werden.

[0030] Zur Bezugszeit 112 beginnt der Brennstoff-Durchflussbedarf abzufallen, bis eines der Brennstoffsteuerventile (hier als das zweite Brennstoffsteuerventil 90 gezeigt) zur Bezugszeit 114 seinen unteren steuerbaren Durchfluss erreicht, wobei zu diesem Zeitpunkt die Brennstoffsteuerung auf das erste Brennstoffsteuerventil 80 übertragen wird. Ähnlich könnten eines oder beide der Brennstoffsteuerventile 80 und 90 gleichzeitig oder intermittierend geschlossen werden.

[0031] In Fig. 4 treten nach der Bezugszeit 114 durch Schliessen des ersten Brennstoffsteuerventils 80 zwischen der Bezugszeit 114 und der Bezugszeit 116 weitere Verringerungen des Brennstoffdurchflusses auf. Zur Bezugszeit 116 haben beide Brennstoffsteuerventile 80 und 90 annähernd ihren unteren steuerbaren Durchfluss erreicht, und das zweite Brennstoffsteuerventil 90 wird zur Bezugszeit 118 zu einer vollständig geschlossenen Position bewegt, während das erste Brennstoffsteuerventil 80 teilweise offen gehalten wird, um einen gegebenen Brennstoffbedarf für die Turbine aufrechtzuerhalten. Zur Bezugszeit 120 ist das Brennstoffsteuerventil 80 vollständig geschlossen, was anzeigt, dass das Brennstoffsystem 2 heruntergefahren oder zurück zu dem nicht synthetischen Brennstoff überführt worden ist.

[0032] Obwohl die in diesen Figuren gezeigten Beispiele nur zwei Brennstoffsteuerventile 80 und 90 benutzen, die parallel zueinander angeordnet sind, kann ebenfalls eine beliebige Zahl von Brennstoffsteuerventilen verwendet werden. Bei solchen Konfigurationen können mehrere Brennstoffsteuerventile annähernd einen oberen steuerbaren Durchfluss erreichen, bevor eines oder mehrere andere der Brennstoffsteuerventile weiter von ihrem annähernden unteren steuerbaren Durchfluss geöffnet werden, um weitere schrittweise Brennstoff-Durchflussveränderungen für das Kraftwerk 4 bereitzustellen. Wenn jedes nachfolgende Brennstoffsteuerventil geöffnet wird, um annähernd einen oberen und/oder unteren steuerbaren Durchfluss durch das Brennstoffsteuerventil zu erreichen, übernimmt das nächste nachfolgende Brennstoffsteuerventil die Steuerung der Turbine. Ferner könnten in Situationen, in denen die Brennstoffsteuerventile am oberen und/oder höchsten steuerbaren Durchfluss den Brennstoffdurchfluss nicht mehr mässigen, diese Brennstoffsteuerventile weiter bis zu ihrer vollständig geöffneten, 100-prozentigen Hubposition geöffnet werden, um den Druckabfall durch das Brennstoffsystem 2 auf ein Minimum zu verringern.

[0033] Fig. 5 illustriert Ventilpositionen für das Brennstoffsystem von Fig. 1 in einem Konfigurationsmodus zum Inertspülen. In Fig. 5ist jedes der Stickstoff-Zufuhrventile 22, 24 und 26 offen, zusammen mit jedem der Abzugsventile 18, 38 und 46. Die anderen Brennstoffsteuerventile sind geschlossen.

Claims (11)

1. Verfahren zur Durchführung in einem Brennstoffsystem (2) zum Steuern einer in einem Kraftwerk (4) umfassten Turbine (6), die mit mehreren parallel angeordneten Brennstoffsteuerventilen (80, 90) des Brennstoffsystems (2) verbunden ist, das die folgenden Schritte umfasst: Öffnen jedes der Brennstoffsteuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Brennstoffsteuerventil (80 und 90 bei 106 in Fig. 4) hindurchzulassen, und weiteres Öffnen eines der Brennstoffsteuerventile (80 bei 106–108 in Fig. 4) als Reaktion auf ein von einem Steuergerät (100) bereitgestelltes Steuersignal zum Steuern der Turbine (6).

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, das eine Brennstoffsteuerventil (80) noch weiter zu öffnen, um eine obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Brennstoffsteuerventil (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 Brennstoffsteuerventil (80 bei 108 in Fig. 4) ein anderes der Brennstoffsteuerventile (90 bei 108–110 in Fig. 4) als Reaktion auf ein von dem Steuergerät (100) bereitgestelltes Steuersignal zum Steuern der Turbine (6) noch weiter zu öffnen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das eine der Brennstoffsteuerventile (80) während des weiteren Öffnens des anderen der Brennstoffsteuerventile (90 bei 108–110 in Fig. 4) 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 Brennstoffsteuerventils (80), um die obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Brennstoffsteuerventil (80) hindurchzulassen, einschliesst, ein Verschlusselement des einen Brennstoffsteuerventils (80 bei 106–108 in Fig. 4) bis zu neunzig Prozent Hub zu bewegen.

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

7. Brennstoffsystem (2), das Folgendes umfasst: mehrere parallel angeordnete Brennstoffsteuerventile (80, 90), welche dazu ausgelegt sind, mit einer Turbine (6) eines Kraftwerks (4) verbunden zu werden, und ein Steuergerät (100), welches ausgelegt ist zum Öffnen jedes der Brennstoffsteuerventile (80, 90), um eine untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes Brennstoffsteuerventil (80 und 90 bei 106 in Fig. 4) hindurchzulassen, und zum weiteren Öffnen eines der Brennstoffsteuerventile (80 bei 106–108 in Fig. 4) als Reaktion auf ein von dem Steuergerät (100) bereitgestelltes Steuersignal zum Steuern der Turbine (6).

8. Brennstoffsystem (2) nach Anspruch 7, wobei das Steuergerät (100) ausgelegt ist, das eine Brennstoffsteuerventil (80) weiter zu öffnen, um eine obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Brennstoffsteuerventil (80 bei 106–108 in Fig. 4) hindurchzulassen.

9. Brennstoffsystem (2) nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät (100) ausgelegt ist, nach dem Erreichen der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge durch das eine Brennstoffsteuerventil (80 bei 108 in Fig. 4) ein anderes der Brennstoffsteuerventile (90 bei 108–110 in Fig. 4) als Reaktion auf ein von dem Steuergerät (100) bereitgestelltes Steuersignal zum Steuern der Turbine (6) noch weiter zu öffnen.

10. Brennstoffsystem (2) nach Anspruch 9, wobei das Steuergerät (100) ausgelegt ist, das eine der Brennstoffsteuerventile (80) während des weiteren Öffnens des anderen der Brennstoffsteuerventile (90 bei 108–110 in Fig. 4) bei der oberen steuerbaren Brennstoff-Durchflussmenge zu halten.

11. Brennstoffsystem (2) nach Anspruch 10, wobei die untere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge durch jedes der Brennstoffsteuerventile (80, 90) bei bis zu zehn Prozent Ventilhub auftritt und die obere steuerbare Brennstoff-Durchflussmenge bei bis zu neunzig Prozent Ventilhub auftritt.