CH697860A2 - Abgastemperaturregelvorrichtung zum Verringern einer Temperatur von Abgasen einer Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Es wird eine Abgastemperaturregelvorrichtung (14) zum Verringern einer Temperatur von Abgasen bereitgestellt. Die Abgastemperaturregelvorrichtung (14) enthält einen ersten Kanal (58) und ein Venturi-Element (60). Der erste Kanal (58) ist dafür konfiguriert, mindestens einen Teil der Abgase von einer Gasturbine (18) zu empfangen. Das Venturi-Element (60) ist in dem ersten Kanal (58) angeordnet und ist von einem Strömungspfad (64) durchzogen, um die Abgase in dem ersten Kanal (58) zu empfangen. Durch den ersten Kanal (58) und das Venturi-Element (60) hindurch erstreckt sich ein Öffnung (66, 68), die mit dem Strömungspfad (64) in Strömungsverbindung steht, dergestalt, dass die durch den Strömungspfad (64) hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung (66, 68) hindurch in den Strömungspfad (64) hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal (58) hindurchströmenden Abgase zu verringern.

Description

  Allgemeiner Stand der Technik

[0001] Ein Kombikraftwerk enthält eine Gasturbine, einen Abhitzekessel und eine Dampfturbine. Die Gasturbine enthält eine Turbine, die dafür konfiguriert ist, in Reaktion auf eine Ausdehnung von Abgasen eine Rotationsleistungsabgabe zu erzeugen. Der Abhitzekessel ist dafür konfiguriert, die Abgase von der Gasturbine zu empfangen und aus der Wärme der Abgase Dampf zu erzeugen. Die Dampfturbine ist dafür konfiguriert, sich in Reaktion auf eine Ausdehnung des Dampfes aus dem Abhitzekessel zu drehen.

[0002] Die Dampfturbine ist dafür konfiguriert, mit akzeptablen thermischen Spannungen zu arbeiten, wenn eine Differenz zwischen einer Temperatur des in die Dampfturbine eintretenden Dampfes und eine Temperatur der Metallkomponenten der Dampfturbine kleiner als eine vorgegebene Temperaturschwelle ist.

   Die Temperaturdifferenz kann die vorgegebene Schwelle während des Hochfahrens der Dampfturbine übersteigen, wenn die Gasturbine mit Volllast arbeitet.' Dementsprechend hat das Kombikraftwerk einen Anlaufzeitraum, innerhalb dessen die Gasturbinenlast allmählich erhöht wird, um die Temperaturen des Dampfes und der Dampfturbine allmählich zu erhöhen, damit die Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und der Dampfturbine die Schwelle nicht überschreitet.

[0003] Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Stromerzeugungssystem mit einer Abgastemperaturregelvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern einer Temperatur von Abgasen bereitzustellen, um die thermischen Spannungen einer Dampfturbine zu verringern und eine Anlaufzeit,

   die Emissionen und den Brennstoffverbrauch des Stromerzeugungssystems zu verringern.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0004] Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform wird eine Abgastemperaturregelvorrichtung bereitgestellt. Die Vorrichtung enthält einen ersten Kanal, der dafür konfiguriert ist, mindestens einen Teil der Abgase von einer Gasturbine zu empfangen. Die Vorrichtung enthält des Weiteren ein Venturi-Element, das in dem ersten Kanal angeordnet ist. Durch das Venturi-Element hindurch ist ein Strömungspfad ausgebildet, um die Abgase in dem ersten Kanal zu empfangen.

   Durch den ersten Kanal und das Venturi-Element hindurch verläuft eine Öffnung, die dergestalt mit dem Strömungspfad in Strömungsverbindung steht, dass die durch den Strömungspfad hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung hindurch in den Strömungspfad hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal hindurchströmenden Abgase zu verringern.

[0005] Gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Steuern einer Temperatur von Abgasen von einer Gasturbine bereitgestellt. Das System enthält eine Abgastemperaturregelvorrichtung mit einem ersten Kanal und einem Venturi-Element, das in dem ersten Kanal angeordnet ist. Der erste Kanal ist dafür konfiguriert, mindestens einen Teil der Abgase von der Gasturbine zu empfangen.

   Durch das Venturi-Element hindurch ist ein Strömungspfad ausgebildet, um die Abgase in dem ersten Kanal zu empfangen. Durch den ersten Kanal und das Venturi-Element hindurch verläuft eine Öffnung, die dergestalt mit dem Strömungspfad in Strömungsverbindung steht, dass die durch den Strömungspfad hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung hindurch in den Strömungspfad hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal hindurchströmenden Abgase zu verringern. Das System enthält des Weiteren einen Einlasskanal, der mit der Öffnung in Strömungsverbindung steht. Das System enthält des Weiteren eine Drosselklappe, die mit dem Einlasskanal gekoppelt ist.

   Die Drosselklappe ist dafür konfiguriert, sich zwischen einer offenen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen, dergestalt, dass die Umgebungsluft durch den Einlasskanal und die Öffnung in den Strömungspfad hinein strömt, wenn die Drosselklappe in die offene Arbeitsposition bewegt wird, und dass die Drosselklappe den Einlasskanal blockiert, wenn die Drosselklappe in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird. Das System enthält des Weiteren ein erstes Stellglied, das mit der Drosselklappe gekoppelt ist. Das erste Stellglied ist dafür konfiguriert, die Drosselklappe zwischen der offenen Arbeitsposition und der geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen.

   Das System enthält des Weiteren einen ersten Temperatursensor, der dafür konfiguriert ist, ein erstes Signal zu erzeugen, das eine Temperatur von Dampf anzeigt, der von einem Abhitzekessel zu einer Dampfturbine strömt. Der Abhitzekessel ist dafür konfiguriert, die Abgase von der Gasturbine zu empfangen und aus der Wärme der Abgase Dampf zu erzeugen. Das System enthält des Weiteren einen zweiten Temperatursensor, der mit einem Abschnitt der Dampfturbine gekoppelt ist. Der zweite Temperatursensor ist dafür konfiguriert, ein zweites Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abschnitts der Dampfturbine anzeigt. Das System enthält des Weiteren eine Steuereinheit, die dafür konfiguriert ist, das erste bzw. das zweite Signal von dem ersten und dem zweiten Temperatursensor zu empfangen.

   Die Steuereinheit ist des Weiteren dafür konfiguriert, einen Temperaturdifferenzwert zu erzeugen, der eine Temperaturdifferenz auf der Basis des ersten und des zweiten Signals anzeigt. Die Steuereinheit ist des Weiteren dafür konfiguriert, das erste Stellglied zu veranlassen, die Drosselklappe in die offene Arbeitsposition zu bewegen, wenn die Steuereinheit feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert grösser als ein erster Schwellenwert ist.

   Die Steuereinheit ist des Weiteren dafür konfiguriert, das erste Stellglied zu veranlassen, die Drosselklappe in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen, wenn die Steuereinheit feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist.

[0006] Gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Stromerzeugungssystem bereitgestellt. Das Stromerzeugungssystem enthält eine Gasturbine, die dafür konfiguriert ist, ein Gemisch aus Brennstoff und verdichteter Luft zu verbrennen, um Abgase zu erzeugen. Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren eine Abgastemperaturregelvorrichtung, die dafür konfiguriert ist, die Abgase von der Gasturbine zu empfangen.

   Die Abgastemperaturregelvorrichtung enthält einen ersten Kanal und ein Venturi-Element, das in dem ersten Kanal angeordnet ist. Der erste Kanal ist dafür konfiguriert, mindestens einen Teil der Abgase von der Gasturbine zu empfangen. Durch das Venturi-Element hindurch ist ein Strömungspfad ausgebildet, um die Abgase in dem ersten Kanal zu empfangen. Durch den ersten Kanal und das Venturi-Element hindurch verläuft eine Öffnung, die dergestalt mit dem Strömungspfad in Strömungsverbindung steht, dass die durch den Strömungspfad hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung hindurch in den Strömungspfad hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal hindurchströmenden Abgase zu verringern.

   Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren einen Abhitzekessel, der dafür konfiguriert ist, die Abgase von der Abgastemperaturregelvorrichtung zu empfangen und aus der Wärme der Abgase Dampf zu erzeugen. Das Stromerzeugungssystem enthält des Weiteren eine Dampfturbine, die dafür konfiguriert ist, den Dampf aus dem Abhitzekessel zu empfangen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung des Dampfes zu drehen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007] 
<tb>Fig. 1<sep>ist ein Schaubild eines Stromerzeugungssystems mit einer Abgastemperaturregelvorrichtung gemäss einer beispielhaften Ausführungsform;


  <tb>Fig. 2<sep>ist ein Schaubild eines Systems zum Steuern einer Temperatur von Abgasen unter Verwendung der Abgastemperaturregelvorrichtung von Fig. 1 gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;


  <tb>Fig. 3 und 4<sep>sind ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Systems von Fig. 2 gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform;


  <tb>Fig. 5<sep>ist ein Schaubild eines Systems zum Steuern einer Temperatur von Abgasen gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform; und


  <tb>Fig. 6 und 7<sep>sind ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Systems von Fig. 5 gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0008] Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Abgastemperaturregelvorrichtung zum Verringern thermischer Spannungen in einer Dampfturbine und Verkürzen einer Anlaufzeit eines Kombikraftwerks. In diesen Ausführungsformen dient die Abgastemperaturregelvorrichtung dem Steuern einer Differenz zwischen einer Temperatur von Dampf, der in eine Dampfturbine einströmt, und einer Temperatur der Dampfturbine innerhalb eines vorgegebenen Bereichs.

   Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass die Abgastemperaturregelvorrichtung gewünschtenfalls auch in verschiedenen anderen geeigneten Systemen verwendet werden kann.

[0009] Wenden wir uns Fig. 1 zu, wo ein Kombikraftwerk oder Stromerzeugungssystem 10 einen Gasturbinengenerator 12, eine Abgastemperaturregelvorrichtung 14 und einen Dampfturbinengenerator 16 enthält. Der Gasturbinengenerator 12 ist dafür konfiguriert, Elektrizität zu erzeugen und Abgase zu erzeugen. Die Abgastemperaturregelvorrichtung 14 ist dafür konfiguriert, die Abgase von dem Gasturbinengenerator 12 zu empfangen und die Temperatur der Abgase zu steuern, um eine Anlaufzeit des Kombikraftwerks 10 zu verkürzen und die thermischen Spannungen in dem Dampfturbinengenerator 16 zu verringern.

   Der Dampfturbinengenerator 16 ist dafür konfiguriert, die Abgase von der Abgastemperaturregelvorrichtung 14 zu empfangen und zusätzliche Elektrizität aus der Abwärme der Abgase zu erzeugen.

[0010] Der Gasturbinengenerator 12 enthält eine Gasturbine 18, eine erste Abtriebswelle 20 und einen ersten Stromgenerator 22. Die Gasturbine 18 hat einen Verdichter 24, eine Brennkammer 26 und eine Turbine 28. Der Verdichter 24 ist dafür konfiguriert, einströmende Luft zu verdichten. Die Brennkammer 26 ist dafür konfiguriert, die verdichtete Luft von dem Verdichter 24 zu empfangen und ein Gemisch aus der verdichteten Luft und Brennstoff zu verbrennen, wodurch Abgase mit hohem Druck und hoher Temperatur entstehen. Die Turbine 28 ist dafür konfiguriert, die Abgase von der Brennkammer 26 zu empfangen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung der Abgase zu drehen.

   Die Turbine 28 ist durch die erste Abtriebswelle 20 mit dem ersten Stromgenerator 22 wirkverbunden, um eine Drehkraft an den ersten Stromgenerator 22 anzulegen und Elektrizität zu erzeugen. Die Turbine 28 ist des Weiteren dafür konfiguriert, die Abgase zu der Abgastemperaturregelvorrichtung 14 zu leiten, um die Temperatur der Abgase zu steuern, wie unten noch ausführlich beschrieben wird.

[0011] Der Dampfturbinengenerator 16 enthält einen Abhitzekessel 30 und einen Abgasstutzen 32. Der Abhitzekessel 30 ist dafür konfiguriert, die Abgase von der Abgastemperaturregelvorrichtung 14 zu empfangen und Dampf aus der Abwärme der Abgase zu erzeugen.

   Der Abgasstutzen 32 ist dafür konfiguriert, die Abgase aus dem Abhitzekessel 30 ins Freie zu leiten.

[0012] Der Dampfturbinengenerator 16 enthält des Weiteren eine Dampfturbine 33, eine zweite Abtriebswelle 34, einen zweiten Stromgenerator 36, einen Kondensator 38, einen Kühlturm 40 und eine Pumpe 42. Die Dampfturbine 33 ist dafür konfiguriert, den Dampf aus dem Abhitzekessel 30 zu empfangen und sich in Reaktion auf eine Ausdehnung des Dampfes zu drehen. Die Dampfturbine 33 ist durch die zweite Abtriebswelle 34 mit dem zweiten Stromgenerator 36 wirkverbunden, um eine Drehkraft an den zweiten Stromgenerator 36 anzulegen und Elektrizität zu erzeugen. Der Kondensator 38 ist dafür konfiguriert, den Dampf von der Dampfturbine 33 zu empfangen und den Dampf zu Wasser zu kondensieren.

   Insbesondere ist der Kondensator 38 dafür konfiguriert, Kühlwasser von dem Kühlturm 40 zu empfangen und Wärme von dem Dampf zu dem Kühlwasser zu übertragen, um den Dampf zu Wasser zu kondensieren. Es wird in Betracht gezogen, dass der Kondensator 38 statt dessen dafür konfiguriert sein kann, Wärme an Kühlwasser aus einem See, einem Fluss, aus dem Meer oder an andere geeignete nicht-einschränkende Beispiele abzugeben. Die Pumpe 42 ist dafür konfiguriert, Wasser aus dem Kondensator 38 in den Abhitzekessel 30 zu pumpen.

[0013] Wenden wir uns Fig. 2 zu, wo das Stromerzeugungssystem 10 des Weiteren ein System 44 zum Steuern einer Temperatur der Abgase enthält.

   Das System 44 enthält die Abgastemperaturregelvorrichtung 14, einen Einlasskanal 46, eine Drosselklappe 48, ein erstes Stellglied 50, einen ersten Temperatursensor 52, einen zweiten Temperatursensor 54 und eine Steuereinheit 56.

[0014] Die Abgastemperaturregelvorrichtung 14 hat einen ersten Kanal 58, ein Venturi-Element 60 und ein Venturi-Stellglied 62. Der erste Kanal 58 ist dafür konfiguriert, mindestens einen Teil der Abgase von der Gasturbine 18 zu empfangen. Das Venturi-Element 60 ist in dem ersten Kanal 58 angeordnet und ist von einem Strömungspfad 64 durchzogen, um die Abgase in dem ersten Kanal 58 zu empfangen.

   Durch den ersten Kanal 58 bzw. das Venturi-Element 60 hindurch erstrecken sich Öffnungen 66, 68, die mit dem Strömungspfad 64 in Strömungsverbindung stehen, dergestalt, dass die durch den Strömungspfad 64 hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnungen 66, 68 hindurch in den Strömungspfad 64 hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal 58 hindurchströmenden Abgase zu verringern.

[0015] Das Venturi-Element 60 enthält einen ortsfesten Abschnitt 70 und einen beweglichen Abschnitt 72, der mit dem ortsfesten Abschnitt 70 wirkverbunden ist. Der ortsfeste Abschnitt 70 ist an dem ersten Kanal 58 montiert.

   Der bewegliche Abschnitt 72 ist dafür konfiguriert, sich zwischen einer aufgeweiteten Position und einer verengten Position zu bewegen, dergestalt, dass der Strömungspfad 64 eine erste Querschnittsfläche hat, wenn der bewegliche Abschnitt 72 in die aufgeweitete Position bewegt wird, und dass der Strömungspfad 64 eine zweite Querschnittsfläche hat, wenn der bewegliche Abschnitt 72 in die verengte Position bewegt wird. Die zweite Querschnittsfläche ist kleiner als die erste Querschnittsfläche, dergestalt, dass mehr Umgebungsluft in den Strömungspfad 64 hinein gesaugt wird, wenn der bewegliche Abschnitt 72 in die verengte Position bewegt wird.

[0016] Das Venturi-Stellglied 62 ist mit dem beweglichen Abschnitt 72 des Venturi-Elements 60 gekoppelt.

   Das Venturi-Stellglied 62 ist dafür konfiguriert, den beweglichen Abschnitt 72 in Reaktion auf ein zweites und ein viertes Betätigungssignal, die von der Steuereinheit 56 kommend empfangen werden, zwischen der verengten und der aufgeweiteten Position zu bewegen, wie unten noch ausführlich beschrieben wird.

[0017] Der Einlasskanal 46 steht mit den Öffnungen 66, 68 in Strömungsverbindung, und die Drosselklappe 48 ist mit dem Einlasskanal 46 gekoppelt. Die Drosselklappe 48 ist dafür konfiguriert, sich zwischen einer offen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen. Die. Umgebungsluft strömt durch den Einlasskanal 46 und die Öffnungen 66, 68 in den Strömungspfad 64 hinein, wenn die Drosselklappe 48 in die offene Arbeitsposition bewegt wird.

   Des Weiteren blockiert die Drosselklappe 48 den Einlasskanal 46, wenn die Drosselklappe 48 in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird.

[0018] Das erste Stellglied 50 ist mit der Drosselklappe 48 gekoppelt. Das erste Stellglied 50 ist dafür konfiguriert, die Drosselklappe 48 in Reaktion auf ein erstes und ein drittes Betätigungssignal, die von der Steuereinheit 56 kommend empfangen werden, zwischen der offenen und der geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen, wie unten noch ausführlich beschrieben wird.

[0019] Der erste Temperatursensor 52 ist mit einem Übergangskanal 53 gekoppelt, der sich zwischen dem Abhitzekessel 30 und der Dampfturbine 33 erstreckt. Der erste Temperatursensor 52 ist dafür konfiguriert, ein erstes Signal zu erzeugen, das eine Temperatur von Dampf anzeigt, der aus dem Abhitzekessel 30 in die Dampfturbine 33 strömt.

   Das erste Signal wird durch die Steuereinheit 56 empfangen.

[0020] Der zweite Temperatursensor 54 ist mit einem Abschnitt 74 der Dampfturbine 33 gekoppelt. Der zweite Temperatursensor 54 ist dafür konfiguriert, ein zweites Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abschnitts 74 der Dampfturbine 33 anzeigt. Das zweite Signal wird durch die Steuereinheit 56 empfangen.

[0021] Die Steuereinheit 56 ist dafür konfiguriert, das erste und das zweite Signal von dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 52, 54 zu empfangen. Die Steuereinheit 56 ist des Weiteren dafür konfiguriert, einen Temperaturdifferenzwert zu erzeugen, der eine Temperaturdifferenz auf der Basis des ersten und des zweiten Signals anzeigt.

   Insbesondere zeigt der Temperaturdifferenzwert eine Differenz zwischen der Temperatur des in die Dampfturbine 33 eintretenden Dampfes und einer Temperatur des Abschnitts 74 der Dampfturbine 33 an.

[0022] Die Steuereinheit 56 ist des Weiteren dafür konfiguriert, ein erstes und ein zweites Betätigungssignal zu erzeugen, wenn die Steuereinheit 56 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert grösser als ein erster Schwellenwert ist. Der erste Schwellenwert zeigt eine Temperaturschwelle an, oberhalb der die Dampfturbine 33 beginnt, thermisch hervorgerufene Spannungen zu empfangen, die grösser als ein vorgegebener Wert von akzeptablen Spannungen sind.

   Das erste Betätigungssignal veranlasst das erste Stellglied 50, die Drosselklappe 48 in die offene Arbeitsposition zu bewegen, und das zweite Betätigungssignal veranlasst das Venturi-Stellglied 62, den beweglichen Abschnitt 72 des Venturi-Elements 60 in die verengte Position zu bewegen. Dementsprechend ziehen Abgase, die durch das Venturi-Element 60 hindurch strömen, Umgebungsluft durch den Einlasskanal 46 hindurch und in den Strömungspfad 64 in dem ersten Kanal 58 hinein, dergestalt, dass die Umgebungsluft die Temperatur der Abgase senkt und somit die Temperatur des Dampfes und thermische Spannungen der Dampfturbine 33 verringert.

[0023] Die Steuereinheit 56 ist des Weiteren dafür konfiguriert, ein drittes und ein viertes Betätigungssignal zu erzeugen, wenn die Steuereinheit 56 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist.

   Der zweite Schwellenwert zeigt eine Temperaturschwelle an, unterhalb der die Dampfturbine 33 bei einer geringeren Last arbeitet, wodurch sich das Hochfahren des Kombikraftwerks 10 verzögert und die Erzeugung verkäuflicher Elektrizität verringert. Das dritte Betätigungssignal veranlasst das erste Stellglied 50, die Drosselklappe 48 in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen, und das vierte Betätigungssignal veranlasst das Venturi-Stellglied 62, den beweglichen Abschnitt 72 des Venturi-Elements 60 in die aufgeweitete Position zu bewegen.

   Dementsprechend wird die Umgebungsluft nicht mit den Abgasen vermischt, um die Temperatur der Abgase zu verringern, so dass die Temperatur des Dampfes, der die Dampfturbine 33 dreht, erhöht wird.

[0024] Der zweite Schwellenwert ist kleiner als der erste Schwellenwert, dergestalt, dass es einen Bereich von Temperaturen gibt, innerhalb dessen die Drosselklappe 48 und das Venturi-Element 60 in festen Positionen bleiben.

[0025] Anhand der Fig. 3 und 4 wird nun ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 44 von Fig. 2 erläutert.

   Das System 44 ist dafür konfiguriert, eine Temperatur von Abgasen zu steuern, um eine Anlaufzeit des Kombikraftwerks 10 zu verkürzen und thermische Spannungen in der Dampfturbine 33 zu verringern.

[0026] Bei Schritt 100 erzeugt der erste Temperatursensor 52 ein erstes Signal, das eine Temperatur von Dampf anzeigt, der aus dem Abhitzekessel 30 in die Dampfturbine 33 strömt.

[0027] Als Nächstes erzeugt der zweite Temperatursensor 54 bei Schritt 102 ein zweites Signal, das eine Temperatur des Abschnitts 74 der Dampfturbine 33 anzeigt.

[0028] Als Nächstes empfängt die Steuereinheit 56 bei Schritt 104 das erste bzw. das zweite Signal von dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 52, 54. Des Weiteren berechnet die Steuereinheit 56 einen Temperaturdifferenzwert auf der Grundlage des ersten und des zweiten Signals.

   Der Temperaturdifferenzwert zeigt eine Differenz zwischen der Temperatur des Dampfes und der Temperatur des Abschnitts 74 der Dampfturbine 33 an.

[0029] Als Nächstes stellt die Steuereinheit 56 bei Schritt 106 fest, ob der Temperaturdifferenzwert kleiner als der erste Schwellenwert und grösser als der zweite Schwellenwert ist. Wenn der Wert von Schritt 106 gleich "ja" ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 100 zurück. Wenn jedoch der Wert von Schritt 106 gleich "nein" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 108 voran.

[0030] Bei Schritt 108 stellt die Steuereinheit 56 fest, ob der Temperaturdifferenzwert grösser als der erste Schwellenwert ist.

   Wenn der Wert von Schritt 108 gleich "ja" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 110 voran.

[0031] Bei Schritt 110 erzeugt die Steuereinheit 56 ein erstes Betätigungssignal, um das erste Stellglied 50 zu veranlassen, die Drosselklappe 48 in die offene Arbeitsposition zu bewegen, um Umgebungsluft in den ersten Kanal 58 zu ziehen. Des Weiteren erzeugt die Steuereinheit 56 ein zweites Betätigungssignal, um das Venturi-Stellglied 62 zu veranlassen, den beweglichen Abschnitt 72 des Venturi-Elements 60 in die verengte Position zu bewegen. Dementsprechend ziehen die Abgase, die durch das Venturi-Element 60 hindurch strömen, Umgebungsluft durch den Einlasskanal 46 hindurch und in den Strömungspfad 64 in dem ersten Kanal 58 hinein, um die Temperatur der Abgase zu verringern.

   In dieser Hinsicht wird die Temperatur des Dampfes verringert, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und der Dampfturbine 33 erzeugt keinen Wert von thermischen Spannungen in der Dampfturbine 33, der grösser als ein vorgegebener Wert von akzeptablen thermischen Spannungen ist. Das Verfahren kehrt dann zu Schritt 100 zurück.

[0032] Wenn jedoch die Steuereinheit 56 bei Schritt 108 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert nicht grösser als der erste Schwellenwert ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 112 voran.

[0033] Bei Schritt 112 stellt die Steuereinheit 56 fest, ob der Temperaturdifferenzwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Wenn der Wert von Schritt 112 gleich "nein" ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 100 zurück.

   Wenn jedoch der Wert von Schritt 112 gleich "ja" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 114 voran.

[0034] Bei Schritt 114 erzeugt die Steuereinheit 56 ein drittes Betätigungssignal, um das erste Stellglied 50 zu veranlassen, die Drosselklappe 48 in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen, um den Einlasskanal 46 zu blockieren. Die Steuereinheit 56 erzeugt des Weiteren ein viertes Betätigungssignal, um das Venturi-Stellglied 62 zu veranlassen, den beweglichen Abschnitt 72 des Venturi-Elements 60 in die aufgeweitete Position zu bewegen. Dementsprechend werden die Abgase nicht mit der Umgebungsluft vermischt, und die Temperatur des Dampfes steigt.

   Dann kehrt das Verfahren zu Schritt 100 zurück.

[0035] Wenden wir uns Fig. 5 zu, wo ein Kombikraftwerk oder Stromerzeugungssystem 210 mit einem System 244 mit einer Abgastemperaturregelvorrichtung 214 gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform dargestellt ist. Das System 244 enthält die Abgastemperaturregelvorrichtung 214 mit einem ersten Kanal 258 und einem Venturi-Element 260 und ähnelt im Wesentlichen dem System 44 von Fig. 2, die jeweils die Abgastemperaturregelvorrichtung 14 mit dem ersten Kanal 58 und dem Venturi-Element 60 aufweisen. Jedoch hat das Venturi-Element 260 keinen beweglichen Abschnitt, sondern ist stattdessen eine integrale ortsfeste Vorrichtung.

   Ausserdem enthält die Abgastemperaturregelvorrichtung 214 des Weiteren einen zweiten Kanal 276, einen Schieber 278 und ein zweites Stellglied 280.

[0036] Der zweite Kanal 276 steht zwischen der Gasturbine 218 und dem Abhitzekessel 230 in paralleler Strömungsverbindung mit dem ersten Kanal 258. Der zweite Kanal 276 ist dafür konfiguriert, einen weiteren Teil der Abgase von der Gasturbine 218 zu empfangen.

[0037] Der Schieber 278 ist in dem zweiten Kanal 276 angeordnet und dafür konfiguriert, sich zwischen einer offen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen. Insbesondere strömt der Teil der Abgase durch den zweiten Kanal 276, wenn der Schieber 278 in die offene Arbeitsposition bewegt wird.

   Des Weiteren blockiert der Schieber 278 den zweiten Kanal 276, wenn der Schieber 278 in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird.

[0038] Das zweite Stellglied 280 ist mit dem Schieber 278 gekoppelt und dafür konfiguriert, den Schieber 278 in Reaktion auf das zweite und das vierte Betätigungssignal, die von der Steuereinheit 256 kommend empfangen werden, zwischen der geschlossenen und der offenen Arbeitsposition zu bewegen.

[0039] Die Steuereinheit 256 ist dafür konfiguriert, das zweite Betätigungssignal zu erzeugen, wenn die Steuereinheit 256 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert grösser als der erste Schwellenwert ist. Das zweite Betätigungssignal veranlasst das zweite Stellglied 280, den Schieber 278 in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen.

   Dementsprechend werden die Abgase durch das Venturi-Element 260 in dem ersten Kanal 258 hindurch geleitet, und Umgebungsluft wird in den Strömungspfad 264 der Abgase hinein gezogen, dergestalt, dass die Umgebungsluft die Temperatur der Abgase verringert und somit die thermischen Spannungen der Dampfturbine 233 mindert.

[0040] Die Steuereinheit 256 ist des Weiteren dafür konfiguriert, das vierte Betätigungssignal zu erzeugen, wenn die Steuereinheit 256 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Das vierte Betätigungssignal veranlasst das zweite Stellglied 280, den Schieber 278 in die offene Arbeitsposition zu bewegen.

   Dementsprechend strömt eine wesentliche Menge der Abgase durch den zweiten Kanal 276 direkt von der Gasturbine 218 zu dem Abhitzekessel 230, ohne sich mit Umgebungsluft in dem ersten Kanal 258 zu vermischen, so dass die Temperatur des Dampfes, der die Dampfturbine 233 dreht, erhöht wird.

[0041] Wenden wir uns den Fig. 6 und 7 zu, wo ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Systems 244 von Fig.

   5 gemäss einer weiteren beispielhaften Ausführungsform dargestellt ist.

[0042] Bei Schritt 300 erzeugt der erste Temperatursensor 252 ein erstes Signal, das eine Temperatur von Dampf anzeigt, der aus dem Abhitzekessel 230 in die Dampfturbine 233 strömt.

[0043] Als Nächstes erzeugt der zweite Temperatursensor 254 bei Schritt 302 ein zweites Signal, das eine Temperatur des Abschnitts 274 der Dampfturbine 233 anzeigt.

[0044] Als Nächstes empfängt die Steuereinheit 256 bei Schritt 304 das erste bzw. das zweite Signal von dem ersten und dem zweiten Temperatursensor 252, 254. Des Weiteren berechnet die Steuereinheit 256 einen Temperaturdifferenzwert auf der Grundlage des ersten und des zweiten Signals.

   Der Temperaturdifferenzwert zeigt eine Differenz zwischen der Temperatur des Dampfes und der Temperatur des Abschnitts 274 der Dampfturbine 233.

[0045] Als Nächstes stellt die Steuereinheit 256 bei Schritt 306 fest, ob der Temperaturdifferenzwert kleiner als der erste Schwellenwert und grösser als der zweite Schwellenwert ist. Wenn der Wert von Schritt 306 gleich "ja" ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 300 zurück. Wenn jedoch der Wert von Schritt 306 gleich "nein" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 308 voran.

[0046] Bei Schritt 308 stellt die Steuereinheit 256 fest, ob der Temperaturdifferenzwert grösser als der erste Schwellenwert ist.

   Wenn der Wert von Schritt 308 gleich "ja" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 310 voran.

[0047] Bei Schritt 310 erzeugt die Steuereinheit 256 ein erstes Betätigungssignal, um das erste Stellglied 50 zu veranlassen, die Drosselklappe 48 in die offene Arbeitsposition zu bewegen, um Umgebungsluft in den ersten Kanal 58 zu ziehen. Des Weiteren erzeugt die Steuereinheit 256 das zweite Betätigungssignal, um das zweite Stellglied 280 zu veranlassen, den Schieber 278 in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen. Dementsprechend wird eine wesentliche Menge der Abgase durch das Venturi-Element 260 in dem ersten Kanal 258 hindurch geleitet, dergestalt, dass Umgebungsluft in den Strömungspfad 264 hinein gezogen und mit den Abgasen vermischt wird, um die Temperatur der Abgase zu verringern.

   In dieser Hinsicht wird die Temperatur des Dampfes verringert, und die Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und der Dampfturbine 233 erzeugt keinen Wert thermischer Spannungen in der Dampfturbine 233, der grösser als ein vorgegebener Wert von akzeptablen thermischen Spannungen ist. Das Verfahren kehrt dann zu zurück Schritt 300.

[0048] Wenn jedoch die Steuereinheit 256 bei Schritt 308 feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert nicht grösser als der erste Schwellenwert ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 312 voran.

[0049] Bei Schritt 312 stellt die Steuereinheit 256 fest, ob der Temperaturdifferenzwert kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Wenn der Wert von Schritt 312 gleich "nein" ist, so kehrt das Verfahren zu Schritt 300 zurück.

   Wenn jedoch der Wert von Schritt 312 gleich "ja" ist, so schreitet das Verfahren zu Schritt 314 voran.

[0050] Bei Schritt 314 erzeugt die Steuereinheit 256 ein drittes Betätigungssignal, um das erste Stellglied 250 zu veranlassen, die Drosselklappe 248 in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen, um den Einlasskanal 246 zu blockieren. Die Steuereinheit 256 erzeugt des Weiteren ein viertes Betätigungssignal, um das zweite Stellglied 280 zu veranlassen, den Schieber 278 in die offene Arbeitsposition zu bewegen. Dementsprechend strömt eine wesentliche Menge der Abgase durch den zweiten Kanal 276 direkt von der Gasturbine 218 zu dem Abhitzekessel 230, ohne sich mit Umgebungsluft in dem ersten Kanal 258 zu vermischen, so dass die Temperatur des Dampfes, der die Dampfturbine 233 dreht, erhöht wird.

   Dann kehrt das, Verfahren zu Schritt 300 zurück.

[0051] Die Abgastemperaturregelvorrichtung und die Verfahren, die im vorliegenden Text beschrieben wurden, bieten einen deutlichen Vorteil im Vergleich zu anderen Vorrichtungen und Verfahren. Insbesondere bietet die Abgastemperaturregelvorrichtung einen technischen Effekt des Nutzens eines Venturi-Elements, um Umgebungsluft in einen Strömungspfad von Abgasen in einem Kanal hinein zu ziehen, um thermische Spannungen in einer Dampfturbine zu verringern und eine Anlaufzeit eines Kombikraftwerks zu verkürzen.

[0052] Obgleich die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und dass Äquivalente an die Stelle von Elementen der beispielhaften Ausführungsform treten können,

   ohne dass vom Geltungsbereich der Erfindung abgewichen wird. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne dass von ihrem Wesensgehalt abgewichen wird. Es ist darum beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die konkrete Ausführungsform zu beschränken ist, die als die beste Art und Weise offenbart ist, die für die Durchführung der Erfindung in Betracht gezogen wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Geltungsbereich der angehängten Ansprüche fallen.

Claims (10)

1. Abgastemperaturregelvorrichtung (14), die Folgendes umfasst: einen ersten Kanal (58), der dafür konfiguriert ist, mindestens einen Teil der Abgase von einer Gasturbine (18) zu empfangen; und ein Venturi-Element (60), das in dem ersten Kanal (58) angeordnet ist, wobei in dem Venturi-Element (60) ein Strömungspfad (64) ausgebildet ist, um die Abgase in dem ersten Kanal (58) zu empfangen, wobei sich durch den ersten Kanal (58) und das Venturi-Element (60) hindurch eine Öffnung (66, 68) erstreckt, die mit dem Strömungspfad (64) in Strömungsverbindung steht, dergestalt, dass die durch den Strömungspfad (64) hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung (66, 68) hindurch in den Strömungspfad (64) hineinziehen, um eine Temperatur der durch den ersten Kanal (58) hindurchströmenden Abgase zu verringern.

2. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 1, die des Weiteren einen Einlasskanal (46) und eine Drosselklappe (48) umfasst, wobei der Einlasskanal (46) mit der Öffnung (66, 68) in Strömungsverbindung steht, wobei die Drosselklappe (48) mit dem Einlasskanal (46) gekoppelt ist und dafür konfiguriert ist, sich zwischen einer offen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen, dergestalt, dass die Umgebungsluft durch den Einlasskanal (46) und die Öffnung (66, 68) hindurch in den Strömungspfad (64) hinein strömt, wenn die Drosselklappe (48) in die offene Arbeitsposition bewegt wird, und die Drosselklappe (48) den Einlasskanal (46) blockiert, wenn die Drosselklappe (48) in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird.

3. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 2, die des Weiteren ein erstes Stellglied (50) umfasst, das mit der Drosselklappe (48) gekoppelt ist, wobei das erste Stellglied (50) dafür konfiguriert ist, die Drosselklappe (48) zwischen der offenen Arbeitsposition und der geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen.

4. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 1, die des Weiteren einen zweiten Kanal (276) in paralleler Strömungsverbindung mit dem ersten Kanal (58) umfasst, wobei der zweite Kanal (276) dafür konfiguriert ist, einen weiteren Teil der Abgase von der Gasturbine (18) zu empfangen.

5. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 4, die des Weiteren einen Schieber (278) umfasst, der in dem zweiten Kanal (276) angeordnet ist, wobei der Schieber (278) dafür konfiguriert ist, sich zwischen einer offen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen, dergestalt, dass der weitere Teil der Abgase durch den zweiten Kanal (276) strömt, wenn der Schieber (278) in die offene Arbeitsposition bewegt wird, und der Schieber (278) den zweiten Kanal (276) blockiert, wenn der Schieber (278) in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird.

6. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 5, die des Weiteren ein zweites Stellglied (280) umfasst, das mit dem Schieber (278) gekoppelt ist, wobei das zweite Stellglied (280) dafür konfiguriert ist, den Schieber (278) zwischen der offenen Arbeitsposition und der geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen.

7. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 1, wobei das Venturi-Element (60) einen ortsfesten Abschnitt (70) und einen beweglichen Abschnitt (72), der mit dem ortsfesten Abschnitt (70) wirkverbunden ist, enthält, wobei der ortsfeste Abschnitt (70) an dem ersten Kanal (58) montiert ist, wobei der bewegliche Abschnitt (72) dafür konfiguriert ist, sich zwischen einer aufgeweiteten Position und einer verengten Position zu bewegen, dergestalt, dass der Strömungspfad (64) eine erste Querschnittsfläche hat, wenn der bewegliche Abschnitt (72) in die aufgeweitete Position bewegt wird, und der Strömungspfad (64) eine zweite Querschnittsfläche hat, wenn der bewegliche Abschnitt (72) in die verengte Position bewegt wird, wobei die zweite Querschnittsfläche kleiner als die erste Querschnittsfläche ist, dergestalt, dass mehr Umgebungsluft in den Strömungspfad (64)

hinein gezogen wird, wenn der bewegliche Abschnitt (72) in die verengte Position bewegt wird.

8. Abgastemperaturregelvorrichtung (14) nach Anspruch 7, die des Weiteren ein Venturi-Stellglied (62) umfasst, das mit dem beweglichen Abschnitt (72) gekoppelt ist, wobei das Venturi-Stellglied (62) dafür konfiguriert ist, den beweglichen Abschnitt (72) zwischen der aufgeweiteten Position und der verengten Position zu bewegen.

9. System (44) zum Steuern einer Temperatur von Abgasen von einer Gasturbine (18), das Folgendes umfasst: eine Abgastemperaturregelvorrichtung (14), die einen ersten Kanal (58) und ein Venturi-Element (60), das in dem ersten Kanal (58) angeordnet ist, umfasst, wobei der erste Kanal (58) dafür konfiguriert ist, mindestens einen Teil der Abgase von einer Gasturbine (18) zu empfangen, wobei durch das Venturi-Element (60) hindurch ein Strömungspfad (64) ausgebildet ist, um die Abgase in dem ersten Kanal (58) zu empfangen, wobei sich durch den ersten Kanal (58) und das Venturi-Element (60) hindurch eine Öffnung (66, 68) erstreckt, die mit dem Strömungspfad (64) in Strömungsverbindung steht, dergestalt, dass die durch den Strömungspfad (64) hindurchströmenden Abgase Umgebungsluft durch die Öffnung (66, 68) hindurch in den Strömungspfad (64) hineinziehen,

um eine Temperatur der durch den ersten Kanal (58) hindurchströmenden Abgase zu verringern; einen Einlasskanal (46), der mit der Öffnung (66, 68) in Strömungsverbindung steht; eine Drosselklappe (48), die mit dem Einlasskanal (46) gekoppelt ist, wobei die Drosselklappe (48) dafür konfiguriert ist, sich zwischen einer offen Arbeitsposition und einer geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen, dergestalt, dass die Umgebungsluft durch den Einlasskanal (46) und die Öffnung (66, 68) hindurch in den Strömungspfad (64) hinein strömt, wenn die Drosselklappe (48) in die offene Arbeitsposition bewegt wird, und die Drosselklappe (48) den Einlasskanal (46) blockiert, wenn die Drosselklappe (48) in die geschlossene Arbeitsposition bewegt wird;

ein erstes Stellglied (50), das mit der Drosselklappe g (48) gekoppelt ist, wobei das erste Stellglied (50) dafür konfiguriert ist, die Drosselklappe (48) zwischen der offenen Arbeitsposition und der geschlossenen Arbeitsposition zu bewegen; einen ersten Temperatursensor (52), der dafür konfiguriert ist, ein erstes Signal zu erzeugen, das eine Temperatur von Dampf anzeigt, der aus einem Abhitzekessel (30) zu einer Dampfturbine (33) strömt, wobei der Abhitzekessel (30) dafür konfiguriert ist, die Abgase von der Gasturbine (18) zu empfangen und aus der Wärme der Abgase Dampf zu erzeugen; einen zweiten Temperatursensor (54), der mit einem Abschnitt der Dampfturbine (33) gekoppelt ist, wobei der zweite Temperatursensor (54) dafür konfiguriert ist, ein zweites Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abschnitts der Dampfturbine (33) anzeigt;

und eine Steuereinheit (56), die dafür konfiguriert ist, das erste Signal von dem ersten Temperatursensor (52) und das zweite Signal von dem zweiten Temperatursensor (54) zu empfangen, wobei die Steuereinheit (56) des Weiteren dafür konfiguriert ist, einen Temperaturdifferenzwert zu erzeugen, der eine Temperaturdifferenz auf der Basis des ersten und des zweiten Signals anzeigt, wobei die Steuereinheit (56) des Weiteren dafür konfiguriert ist, das erste Stellglied (50) zu veranlassen, die Drosselklappe (48) in die offene Arbeitsposition zu bewegen, wenn die Steuereinheit (56) feststellt, dass der Temperaturdifferenzwert grösser als ein erster Schwellenwert ist, wobei die Steuereinheit (56) des Weiteren dafür konfiguriert ist, das erste Stellglied (50) zu veranlassen, die Drosselklappe (48) in die geschlossene Arbeitsposition zu bewegen, wenn die Steuereinheit (56) feststellt,

dass der Temperaturdifferenzwert kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, wobei der zweite Schwellenwert niedriger als der erste Schwellenwert ist.

10. System (244) nach Anspruch 9, wobei die Abgastemperaturregelvorrichtung (214) des Weiteren einen zweiten Kanal (276) in paralleler Strömungsverbindung mit dem ersten Kanal (258) umfasst, wobei der zweite Kanal (276) dafür konfiguriert ist, einen weiteren Teil der Abgase von der Gasturbine (218) zu empfangen.