CH700781A2 - Verfahren zur Steuerung des Übergangszustandes einer Gasturbine. - Google Patents

Abstract

Gemäss einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Übergangszustandes einer Gasturbine (10). Das Verfahren beinhaltet das Empfangen einer Anforderung an die Gasturbine (10) zum Antrieb einer erhöhten Last. Die erhöhte Last ist grösser als eine Last, die von der Gasturbine (10) beim Empfang der Anforderung angetrieben wird. Das Verfahren beinhaltet ausserdem das Bestimmen, ob eine Temperatur eines in einer Brennkammer (20) der Gasturbine (10) zu zündenden Brennstoffs niedriger ist als eine Zieltemperatur des in die Brennkammer (20) zum Antrieb der erhöhten Last einzuführenden Brennstoffs. Abhängig von dieser Feststellung beinhaltet das Verfahren die Steuerung der Einführung eines Zusatzstoffs in die Brennkammer (20) der Gasturbine (10), wenn die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur, um so einen zweckentsprechenden Wobbe-Index einer Brennstoffkombination zur Förderung eines im Wesentlichen kontinuierlichen Übergangs der Gasturbine (10) zum Antrieb der erhöhten Last zu erstellen, wobei die Brennstoffkombination den Brennstoff und den Zusatzstoff beinhaltet.

Description

  HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

  

[0001]    Die Anmeldung betrifft allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Minimierung der Anlaufzeit einer Gasturbine und, mehr im Einzelnen, ein Verfahren oder eine Vorrichtung zum Steuern eines Wobbe-Index eines der Gastturbine zugeführten Brennstoffs, um Verzögerungen bei der Turbinenbelastung durch das Aufheizen des Brennstoffs vor dessen Zufuhr zu der Gasturbine zu vermeiden.

Beschreibung des einschlägigen Standes der Technik

  

[0002]    Industrielle Turbinen sind oft gasbeheizt und werden üblicherweise dazu eingesetzt, Lasten anzutreiben, wie Generatoren die in elektrischen Kraftwerken zur Erzeugung elektrischer Energie installiert sind. Solche Gasturbinen sind dazu ausgelegt, einen speziellen Bereich von Brennstoffen zu verbrennen und diese Brennstoffe unter speziellen Bedingungen, wie etwa Brennstofftemperatur zu verbrennen. Die Brennstoff Zusammensetzung und -temperatur werden zur Berechnung eines als Wobbe-Index bekannten Ausdrucks verwendet, der den Heizwert des Brennstoffs auf Volumenbasis angibt. Der Bereich des Brennstoffzustroms zwischen lastfreiem Zustand und Grundlast, ebenso wie der Wobbe-Index, werden dazu verwendet, die Brennstoffbereitstellung oder -behandlungsweise in der Brennkammer oder andere Details, wie etwa die Düsenbemessung, zu bestimmen.

  

[0003]    Um einen höheren Anlagenwirkungsgrad bei Belastungen zu erzielen, bei denen ein kontinuierlicher Betrieb erwartet wird, kann der Brennstoff auf eine spezielle Temperatur vorgeheizt werden. Die Erwärmung des Brennstoffs senkt den Wobbe-Index ab, weil die höhere Temperatur das Volumen des Brennstoffs bei der gleichen Temperatur vergrössert. Der Betrieb einer Turbine mit einem Wobbe-Index, der ausserhalb des Auslegungsbereichs liegt, kann unerwünschte akustische Resonanzerscheinungen hervorrufen, die die Turbinenhardware schädigen oder zu einem Flammenverlust in der Brennkammer führen können. In diesen Fällen wird die erhöhte Brennstoff-temperatur zu einer Steuerbedingung, die in diese Verbrennungsarten eingeht um sicher zu stellen, dass der Brennstoff den erforderlichen Wobbe-Index aufweist.

   Wenn die Brennstoff-temperatur nicht innerhalb des erforderlichen Bereiches erhöht worden ist, muss das System bei einer bestimmten Last so lange anhalten, bis die Temperaturbedingung erfüllt ist.

  

[0004]    Gasturbinen werden auch häufig dazu eingesetzt, grosse Lasten wie Generatoren bald nach einer Betriebsanforderung der Gasturbine anzutreiben. Es wird erwartet, dass die Gasturbine schnell auf eine Betriebsanforderung anspricht und rasch von einem Leerlauf- oder Abschaltzustand, in dem die Gasturbine keine abgegebene Energie erzeugt, in einen Volllastzustand übergeht, in dem die Gasturbine entsprechend der Anforderung des Bedieners die volle Last antreibt. Viele Gasturbinenanlagen verlassen sich zum Aufheizen des der Brennkammer zuzuführenden Brennstoffs auf ihre eigenen heissen Abgase oder auf Dampf aus einem Grundlastarbeitsprozess.

   Da die Abgase Zeit brauchen, um auf ihre Nennbetriebstemperatur zu kommen, ist die Temperatur des der Brennkammer unmittelbarer nach der Auslösung des Anlaufs der Gasturbine zugeführten Brennstoffs niedriger als die Ziel- oder Solltemperatur des Brennstoffs für die die Gasturbine ausgelegt wurde. Die Zufuhr von Brennstoff unterhalb der Zieltemperatur kann zu einem ausserhalb des jeweils gewünschten Bereiches liegenden Wobbe-Index führen, was möglicherweise dynamische Verbrennungserscheinungen auslöst, die die Gasturbine beschädigen können. Falls es aber erforderlich ist, dass die Gasturbine schnell anspricht, damit sie rasch aus dem Anlauf heraus eine grosse Last antreibt, steht nicht genügend Zeit zur Verfügung um den Brennstoff ordnungsgemäss auf eine akzeptable Temperatur vorzuheizen, die den Anforderungen dieser speziellen Last genügt.

   Die Gasturbine ist damit gezwungen, den Brennstoff unterhalb dessen Zieltemperatur zu verbrennen und eine Beschädigung in Kauf zu nehmen oder eine Verzögerung während des Anlaufs hinzunehmen, die abhängig von der anzutreibenden Last unzweckmässig ist.

  

[0005]    Um ein Szenario zu vermeiden, bei dem die Gasturbine beim Anlauf ungenügend vorgewärmten Brennstoff verbrennt, beinhalten einige Gasturbinen enthaltende Anlagen ausserdem einen getrennten Einzelheizkessel, um den Brennstoff aufzuheizen bevor er der Gasturbine beim Anlauf zugeführt wird. Um jedoch den Anforderungen bei einem Schnellanlauf für eine grosse Last, wie oben erwähnt, zu genügen, muss der Hilfskessel die ganze Zeit über, selbst wenn die Gasturbine nicht aktiv in Betrieb ist, in einem aktiven, befeuerten Zustand und in Wartestellung gehalten werden. Einen solchen Kessel dauernd im Wartezustand zu halten erfordert einen beträchtlichen Energieaufwand, ist teuer und verschwenderisch.

  

[0006]    Demgemäss besteht auf diesem Gebiet ein Bedürfnis nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Minimierung der Brennstoffeinflüsse während des Übergangs einer Gasturbine aus einem ersten belasteten Zustand in einen zweiten belasteten Zustand, in dem die angetriebene Last grösser ist als in dem ersten belasteten Zustand. Ein derartiges Verfahren und eine solche Vorrichtung können optional einen Wobbe-Index eines Brennstoffs, zumindest zeitweise, anpassen und zwar solange, bis die Temperatur des Brennstoffs ausreichend erhöht werden kann, um einer Lastveränderung auf der Gasturbine zu genügen.

   Das Verfahren und die Vorrichtung können optional den Wobbe-Index des Brennstoffs, basierend auf einer Zusammensetzung des Brennstoffs, anpassen und sie können ausserdem optional den Wobbe-Index auf diese Weise parallel zu dem Aufheizen des Brennstoffs einstellen.

KURZE ZUSAMMENFASSUNG

  

[0007]    Die nachfolgende Zusammenfassung bietet eine vereinfachte Zusammenschau, um ein grundsätzliches Verständnis der hier erörterten Systeme und/oder Verfahren zu liefern. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick über die hier besprochenen Systeme und/oder Verfahren. Sie ist nicht dazu bestimmt, Schlüsselelemente oder kritische Elemente zu identifizieren und/oder den Umfang derartiger Systeme und/oder Verfahren zu begrenzen. Ihr einziger Zweck besteht darin einige Konzepte in vereinfachter Form als Einleitung zu der später gegebenen detaillierteren Beschreibung darzubieten.

  

[0008]    Gemäss einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Übergangszustandes einer Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen einer Anforderung an die Gasturbine, eine erhöhte Last anzutreiben. Die erhöhte Last ist grösser als eine Last, die von der Gasturbine beim Empfang der Anforderung angetrieben wird. Das Verfahren beinhaltet ausserdem das Bestimmen, dass eine Temperatur eines in einer Brennkammer der Gasturbine zu zündenden Brennstoffs niedriger ist als eine Ziel- oder Solltemperatur des in die Brennkammer zum Antreiben der erhöhten Last einzubringenden Brennstoffs.

   Abhängig von dieser Bestimmung beinhaltet das Verfahren weiterhin das Einbringen eines Zusatzstoffes in die Brennkammer der Gasturbine, wenn die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur, um so einen geeigneten Wobbe-Index einer Brennstoffkombination herzustellen, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergangszustand der Gasturbine zum Antrieb der erhöhten Last zu unterstützen, wobei die Brennstoffkombination den Brennstoff und den Zusatzstoff beinhaltet.

  

[0009]    Gemäss einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Gasturbine zum Antreiben einer Last. Die Gasturbine verfügt über einen Verdichter zur Erhöhung eines Druckes von in die Gasturbine eingeführter Luft, eine Brennkammer, in der ein Brennstoff während des Betriebs der Gasturbine verbrennbar ist und eine strömungsmässig hinter der Brennkammer angeordnete Turbine, die durch ein durch die Gasturbine durchgedrücktes heisses Gas antreibbar ist. Die Gasturbine weist ausserdem eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Gasturbine während eines Übergangszustandes der Gasturbine vom Antrieb einer Anfangslast zu Antrieb einer erhöhten Last auf.

   Die Steuereinrichtung weist eine Empfängerkomponente zum Empfang einer Anforderung an die Gasturbine die erhöhte Last anzutreiben auf, wobei die erhöhte Last grösser ist als die Anfangslast, die von der Gasturbine bei Empfang der Anforderung angetrieben ist. Die Steuereinrichtung beinhaltet ausserdem eine Vergleichskomponente zum Bestimmen, dass eine Temperatur eines in einer Brennkammer der Gasturbine zu zündenden Brennstoffs niedriger ist als eine Ziel- oder Solltemperatur des in die Brennkammer zum Antreiben der erhöhten Last einzuführenden Brennstoffs.

   Eine Rechnerkomponente der Steuereinrichtung steuert die Einführung eines Zusatzstoffes in die Brennkammer der Gasturbine, wenn die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur um so einen geeigneten Wobbe-Index für eine Brennstoffkombination herzustellen um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang der Gasturbine vom Antrieb der erhöhten Last zu unterstützen. Die Brennstoffkombination beinhaltet den Brennstoff und den Zusatzstoff.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

  

[0010]    Die Erfindung kann in bestimmten Teilen und Anordnungen von Teilen physikalisch verwirklicht sein, von denen Ausführungsformen in dieser Beschreibung im Detail beschrieben und in der einen Teil derselben bildenden Zeichnung veranschaulicht sind, wobei:

  

[0011]    Fig. 1 zeigt eine schematische Veranschaulichung einer Gasturbine und eines Steuersystems zur Minimierung einer Anlaufzeit der Gasturbine zur Erfüllung einer Lastanforderung;

  

[0012]    Fig. 2 zeigt ein illustratives Zeitablaufdiagramm einschliesslich einer Verzögerung bei der Belastung einer Gasturbine und veranschaulicht die Gasturbinenbelastung, die Brennstofftemperatur und den Wobbe-Index; und

  

[0013]    Fig. 3 zeigt ein illustratives Zeitablaufdiagramm, das eine im Wesentlichen kontinuierliche Belastung einer Gasturbine gemäss einem Aspekt der Erfindung veranschaulicht und das die Gasturbinenbelastung, die Brennstofftemperatur und den Wobbe-Index darstellt.

BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

  

[0014]    Eine bestimmte Terminologie wird hier lediglich aus Zweckmässigkeitsgründen verwendet und ist nicht als Beschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Eine hier verwendete, Bezug nehmende Ausdrucksweise ist am einfachsten unter Bezugnahme auf die Zeichnung zu verstehen, in der gleiche Bezugszeichen zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile verwendet sind. Ausserdem können in der Zeichnung bestimmte Merkmale in schematischer Form dargestellt sein.

  

[0015]    Zunächst auf Fig. 1 Bezug nehmend betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren und ein System 17 zur Steuerung einer Gasturbine 10 zum Antrieb einer Last, wie eines Generators 34 zur Erzeugung von elektrischer Energie. Wie dargestellt, ist die Gasturbine nur eine schematische Wiedergabe und zeigt gewisse Komponenten lediglich zum Zwecke der Erläuterung der erfinderischen Konzepte der vorliegenden Erfindung. Die schematische Zeichnung darf nicht so verstanden werden, dass sie alle Abmessungen und Konstruktionsmerkmale darstellt. Die Gasturbine 10 weist einen Verdichter 12 zur Erhöhung des Luftdrucks auf, wenn die Luft durch den Verdichter von einem Einlass 14 des Verdichters zu einem Auslass des Verdichters strömt.

   Der Verdichter 12 weist eine Nabe 16 auf, die eine Anordnung von Gebläseschaufeln 18 trägt, welche in rasche Umdrehung versetzt sind um Luft in die Gasturbine 10 zu drücken. Eine Brennkammer 20 verfügt über eine Brennstoffzufuhreinrichtung 12, zu der Brennstoffinjektoren oder Düsen gehören, die Brennstoff in die Kammer einleiten. Solcher Brennstoff wird der Gasturbine 10 aus einem Brennstoffvorrat zugeleitet. Für den Fachmann versteht sich, dass der Brennstoff auf einem Weg von dem Brennstoffvorrat zu der Gasturbine 10 strömt und in entsprechender Weise in der Turbine zu der Brennkammer geleitet wird. Demgemäss müssen Einzelheiten dieses Leitweges nicht dargestellt werden. Längs des Weges kann eine Brennstoffströmungsteuereinrichtung wie ein Ventil 26 verstellt werden, um wenigstens einen Wert (z.B. die Lieferrate) des Brennstoffzustroms zur Brennkammer 20 zu steuern.

   Zu Beispielen geeigneter Ventile 26 können Magnetventile und irgendwelche andere Arten elektrisch betätigter Ventile zählen, die von einer zentralen Steuereinheit 25 gesteuert werden können. Zusätzlich zu dem Brennstoff können Sauerstoff und ein im nachfolgenden beschriebener Zusatzstoff zur Ausbildung einer Brennstoffkombination für die Brennkammer 20 miteinander kombiniert werden.

  

[0016]    Zurückkommend zu der Gasturbine 10 weist die Turbine ausserdem einen Turbinenbereich 28 auf, der wenigstens eine Turbine 30 umschliesst, die strömungsmässig hinter der Brennkammer 20 angeordnet ist, um von den durch die Gasturbine 10 durchströmenden heissen Gasen in Umdrehung versetzt zu werden. Eine Ausgangswelle 32 kann betriebsmässig zwischen der Turbine 30 und einer Last eingekuppelt werden, um ein Drehmoment von der Turbine 30 auf die Last zu übertragen. Die Last ist in Fig. 1 als ein Generator 34 elektrischer Energie dargestellt. Ähnlich dem Verdichter 12 weist die Turbine 30 eine Nabe 27 auf, die eine Anordnung von Schaufeln 29 trägt, die mit der sich bewegenden Luft beaufschlagt sind, um die Turbine 30 und demgemäss die Ausgangswelle 32 in Umdrehung zu versetzen.

   Es versteht sich, dass die dargestellte Turbine lediglich ein Beispiel ist und dass Aufbau, Konstruktion, Konfiguration etc. abgewandelt sein können.

  

[0017]    Betrachtet man nun die Steuereinheit 17, so ist die Einheit betriebsmässig mit der Gasturbine 10 verknüpft, was schematisch durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Ganz allgemein geben die schematischen Doppelpfeillinien betriebsmässige Verknüpfungen wieder. Ausserdem ist in Fig. 1als Teil des Steuersystems 17 die zentrale Steuereinheit 25 dargestellt, die aus einer Kombination geeigneter elektronischer Hardware und optional Software zusammengestellt sein kann, um den Betrieb der Gasturbine 10, einschliesslich Übergangsperioden, zu steuern, wenn die Gasturbine 10 zwischen Betriebsweisen wechselt.

   Beispielsweise kann die Gasturbine 10 von einer vom Netz abgeschalteten Betriebsweise, während der die Gasturbine 10 keine oder eine Anfangslast antreibt, zu einer Teillastbetriebsweise, während der die Gasturbine 10 einen Bruchteil ihrer Nennlast antreibt, oder in eine Volllastbetriebsweise übergehen, in der die Gasturbine etwa 100 % ihrer Nennlast antreibt. Die von der Gasturbine 10 im Teillastbetrieb oder im Volllastbetrieb angetriebene Last ist grösser als die Last die von der Gasturbine 10 in dem lastfreien oder dem Anfangslastbetrieb angetrieben ist, von dem aus der Übergangszustand beginnt. Die Grösse der Belastung der Gasturbine 10 kann der Ausgangsleistung entsprechen, die von der Gasturbine 10 erzeugt werden muss, um den Generator 34 oder eine andere Art Last entsprechend den jeweiligen Anforderungen anzutreiben.

  

[0018]    Die von der zentralen Steuereinheit 25 auszuführenden Schritte können optional von diskreten analogen und/oder digitalen Beschaltungskomponenten ausgeführt werden, die gemeinsam logische Schaltungen bilden; sie können optional wenigstens teilweise von einer programmierbaren digitalen Steuereinrichtung, etwa einem Mikroprozessor, der von einem Computer ausführbare Instruktionen ausführt, die auf einem mit der zentralen Steuereinheit 25 in Verbindung stehenden computerlesbaren Medium gespeichert sind oder von irgendeiner Kombination davon ausgeführt werden. Zu Beispielen des computerlesbaren Mediums gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Flashspeicher, wie EEPROMs, EPROMs und dergleichen; Festkörper -oder magnetische Speichervorrichtungen, wie Harddisk-laufwerke oder irgendwelche anderen optischen, magnetischen, elektronischen etc.

   Speichervorrichtungen in Verbindung mit der zentralen Steuereinheit 25, die computerausführbare Instruktionen in einem elektronischen Format speichern können.

  

[0019]    Die zentrale Steuereinheit 25 kann eine Benutzerschnittstelle 36 aufweisen, die mit einer optionalen Eingabevorrichtung, wie einer Tastatur 38, einem Bildschirm 40 oder irgendeiner anderen Art Schnittstelle versehen ist, die einen äusseren Eingriff in die Lage versetzt, ein Signal, das den Übergang des Gasturbinenbetriebs vom Antrieb einer Last auf den Antrieb einer erhöhten Last fordert, in das Steuersystem 17 oder in irgendeine Kombination von diesem einzugeben. Als Reaktion darauf kann die Ausgangsleistung der Gasturbine dementsprechend erhöht werden, so dass die erhöhte Last von der Gasturbine 10 angetrieben werden kann.

   Eine derartige Anforderung eines Lastübergangs kann eine Anforderung zum Anfahren der Gasturbine 10 aus einem Bereitschafts- oder Leerlaufzustand, in dem die Gasturbine inaktiv ist oder Null Ausgangsleistung erzeugt, beinhalten, ein Übergangszustand, der üblicherweise als Anlauf bezeichnet wird. Oder aber an die Gasturbine 10 kann die Anforderung gerichtet werden, vom Antrieb einer ersten Last (z.B. aus einem Teillastbetrieb) die nicht Null ist zum Antrieb der erhöhten Last (z.B. Volllastbetrieb) überzugehen, die grösser ist als sie erste Last.

  

[0020]    Bei einem anderen Beispiel kann der Bedienereine andere Betriebseinstellung eingeben, etwa eine Ausgangsleistung, die der Generator 34 nach dem Willen des Bedieners erzeugen soll; er kann direkt eine gewünschte Winkelgeschwindigkeit der Gasturbine 10 eingeben, er kann direkt eine jeweils gewünschte Luftgeschwindigkeit, die die Gasturbine 10 nach dem Willen des Bedieners erzeugen soll eingeben etc..
Gemäss alternativen Ausführungsformen kann die Anforderung an die Gasturbine 10 eine erhöhte Last anzutreiben optional von einem (nicht dargestellten) Sensor, der betriebsmässig so angeschlossen ist, dass er mit dem Steuersystem 17 automatisch, in Abhängigkeit von der Feststellung eines bestimmten Zu-stands. kommuniziert oder von irgendeiner anderen Signalquelle kommen.

  

[0021]    Auf den zu der Gasturbine 10 strömenden Brennstoff zurückkommend, ist ein Temperatursensor 44 vorgesehen, um die Temperatur des der Gasturbine 10 zugeführten Brennstoffs zu erfassen und an das Steuersystem 17 ein Signal abzugeben, das für die erfasste Temperatur kennzeichnend ist. Das von dem Temperatursensor 44 übermittelte Signal kann eine Temperatur des Brennstoffs vor dessen Erwärmung oder nachdem er durch einen Wärmetauscher 58, wie in Fig. 1dargestellt, erwärmt worden ist, anzeigen. Aber unabhängig davon wo die Temperatur des Brennstoffs erfasst wird, ist das übermittelte Signal für die Temperatur des in die Brennkammer 20 eingeführten Brennstoffs kennzeichnend.

  

[0022]    Zu dem Steuersystem 17 gehört ein Komparator 50, um die Temperatur des Brennstoffs mit einer für die zentrale Steuereinheit 25 zugänglichen Ziel- oder Solltemperatur zu vergleichen. Der Komparator 50 kann, wie dargestellt, ein Informationsknoten oder irgend eine andere geeignete Vorrichtung zum Vergleich der von dem Temperatursensor 44 bestimmten Brennstofftemperatur mit einer Zieltemperatur sein und optional eine Differenz zwischen diesen Temperaturen berechnen. Beispielsweise kann der Komparator 50 feststellen, ob die Brennstofftemperatur niedriger ist als die Zieltemperatur des Brennstoffs, der in die Brennkammer 20 eingeführt werden soll, um einen geeigneten Wobbe-Index zu erzeugen, der es der Gasturbine gestattet im Wesentlichen kontinuierlich auf den Antrieb der erhöhten Last überzugehen, wie dies im Einzelnen im Nachfolgenden beschrieben ist.

  

[0023]    Die Zieltemperatur kann optional aus dem computerlesbaren Medium entnommen werden, mit dem die zentrale Steuereinheit 25 kommunizieren kann. Beispielsweise kann die Zieltemperatur aus einer von dem computerlesbaren Medium gespeichert Nachschlagtabelle von Zieltemperaturen entnommen werden, die verschiedenen Werten der erhöhten Last entsprechen. Gemäss anderer Ausführungsformen können die verschiedenen Werten der erhöhten Last entsprechenden Zieltemperaturen aus einer Kennlinie, die Zieltemperaturen mit verschiedenen Werten der erhöhten Last in Beziehung setzt, aus experimentellen Daten, oder aus irgendwelchen anderen Daten entnommen werden, die von dem computerlesbaren Medium gespeichert sind. Noch andere Ausführungsformen gestatten eine manuelle Eingabe einer Zieltemperatur.

  

[0024]    Das Ergebnis des Vergleichs der Brennstofftemperatur mit der Zieltemperatur kann in einen Wobbe-Index-Einstellung -Korrelator 52 eingegeben werden, der die Temperaturdifferenz zwischen der Brennstoff- und der Zieltemperatur mit einer Zugabe oder einer Menge eines zusätzlich zu dem Brennstoff in die Brennkammer 20 einzuführenden Zusatzstoffs in Beziehung setzt. Die Kombination des Brennstoffs und des Zusatzstoffs ist hier als Brennstoffkombination bezeichnet.

   Der der von dem Komperator bestimmten Temperaturdifferenz entsprechende Volumenstrom des Zusatzstoffs ist ein Volumenstrom mit dem der Zusatzstoff in die Brennkammer eingeführt werden kann, um eine Brennstoffkombination mit einem Wobbe-Index zu erzeugen der dazu geeignet ist einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang der Gasturbine zum Antrieb der erhöhten Last zu fördern, wie dies unter Bezugnahme auf Fig. 3beschrieben ist.

  

[0025]    Der Wobbe-Index ist ein Wert, der einen Vergleich des volumetrischen Energieinhalts verschiedener Brennstoffgase bei verschiedenen Temperaturen erlaubt. Von Brennstoffen mit gleichem Wobbe-Index kann erwartet werden, dass sie sich bei der Verbrennung durch die Gasturbine 10 ähnlich verhalten. Eine beispielhafte Definition eines Wobbe-Index wird üblicherweise als modifizierter Wobbe-Index bezeichnet und ist üblicherweise als der relative Brennstoffheizwert geteilt durch die relative Dichte definiert, wobei Abweichungen von +- 5% von dem definierten Wert für jeden Brennstoffs typischerweise ohne merkliche Verschlechterung des Gasturbinenbetriebs akzeptabel sind. Darauf hinzuweisen ist, dass auch andere Kriterien zur Bestimmung eines jeweils zugeordneten Wobbe-Index benutzt werden können.

   Bezug nehmend auf ein Beispiel ist der beispielhafte Wobbe-Index:

 <EMI ID=2.1> 
wobei LHV = unterer Heizwert (Btu/scf)
Tg = absolute Temperatur (ausgedrückt in Einheiten, die mit anderen Gleichungsvariablen kompatibel sind, etwa Kelvin oder Rankine).
SG = Spezifische Dichte bezogen auf Luft bei Nenntemperatur und -druck.

  

[0026]    Es können aber signifikante Veränderungen des Wobbe-Index, die wesentlich grösser sind als +- 5% des Nennwerts, zu einer unakzeptablen Grösse der Verbrennungsdynamik führen. D.h. es wurde festgestellt, dass die Verbrennungsdynamik eine Funktion des Wobbe-Index ist. Demgemäss kann ein Betrieb auf hohem Niveau von Veränderungen des Wobbe-Index gegenüber einem Nennwert zu Hardwareschädigungen, verringerter Komponentenlebensdauer des Verbrennungssystems und einer Gefahr des Ausfalls der Energieerzeugung führen.

  

[0027]    Wenn die Temperatur des Brennstoffs ohne den Zusatzstoff ausreicht einen geeigneten Wobbe-Index zu erstellen, ist der Zusatzstoff unnötig, um die Gastturbine 10 in Stand zu versetzen einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang auf die erhöhte Last durchzuführen. Falls aber auf der anderen Seite die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur, derart, dass der Wobbe-Index des allein in die Brennkammer 20 eingeführten Brennstoffs nicht innerhalb des konstruktiven Toleranzbereichs der Wobbe-Indizes der Gasturbine liegt, kann das Steuersystem 17 ein Ventil 56 oder eine andere Fluiddurchsatzsteuereinrichtung betätigen um die Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer 20 zu steuern.

   Das Steuersystem 17 kann das Verhältnis von Brennstoff zu Zusatzstoff der Brennstoffkombination so einstellen, dass der geeignete Wobbe-Index für den Übergang auf die erhöhte Last hergestellt wird. Dieses Verhältnis kann durch Veränderung eines Zufuhrwertes (z.B. des Volumenstroms des Zusatzstoffes) eingestellt werden, indem beispielsweise auf das Steuerventil 56 zwischen dem Vorrat 54 und der Gasturbine 10 Eingriff genommen wird. Die Einstellung kann für eine spezielle Brennstoffszenerie gelten.

  

[0028]    Der Zusatzstoff kann ein inertes Gas sein, zu dessen Beispielen Stickstoff gehört. Es versteht sich, dass auch ein anderes Inertgas verwendet werden könnte. Ausserdem kann der Zusatzstoff auch aus anderen Gasarten bestehen, die den Wobbe-Index beeinflussen. Beispielsweise ein anderes brennbares Gas, das einen beträchtlich verschiedenen Wobbe-Index hat könnte auch dazu verwendet werden, eine in ihrer Gesamtheit gewünschte Wobbe-Steuerung zu ergeben.

  

[0029]    Fig. 1 zeigt, dass der Zusatzstoff mit dem Brennstoff unter Ausbildung der Brennstoffkombination ausserhalb der Brennkammer 20 durch einen Mischer 60 kombiniert wird. Diese Brennstoffkombination kann dann als Mischung in die Turbine und demgemäss in die Brennkammer 20 eingeleitet werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann jedoch der Zusatzstoff optional in die Brennkammer 20 getrennt von dem Brennstoff oder irgendwo zwischen der Brennkammer und einem äusseren Mischer 60 eingebracht werden.

  

[0030]    Das Steuersystem 17 kann auch optional mit einem Wärmetauscher 58, einem Bypassventil, einem Brennstoff Steuerventil 26 oder einer anderen Vorrichtung zur Steuerung oder zumindest zur Auslösung der Aufheizung des Brennstoffs kommunizieren, wenn es erforderlich ist, die zur Befriedigung der Anforderung nach einer erhöhten abgegebenen Energie erforderliche Ausgangsleistung zu erzeugen.

  

[0031]    Wenn das Steuersystem 17 eine Anforderung an die Gasturbine 10 zum Antrieb einer erhöhten Last hält, leitet das Steuersystem trantiente Operationen ein, um die Ausgangsleistung der Gasturbine 10 so einzustellen, dass die erhöhte Last aufgenommen wird. Zur besseren Verständlichkeit wird ein Beispiel für den Übergang zu der erhöhten Last als Anlauf der Gasturbine von einem Ruhezustand in einen Volllastzustand beschrieben, in dem die Gasturbine 10 ihre volle Nennlast antreiben muss. Fig. 2 zeigt ein Gasturbinenbelastungs- (GT-Last-) Kurvendiagramm, ein Brennstoff-Temperatur-Kurvendiagramm und ein Wobbe-Index-Kurvendiagramm als Funktion einer gemeinsamen Zeitskala. Die Brennstoffaufheizung wird dadurch ausgelöst, dass die Gasturbinenlast auf L1 ansteigt.

   Bevor L1 bei der Temperatur t1erreicht wird kann gegebenenfalls keine Brennstoffaufheizung stattfinden, weil dies einen inkorrekten Wobbe-Index für das Brennstoff-szenario bei diesen Lasten ergeben könnte. Wenn die GT-Last L1 bei der Temperatur t1 erreicht ist, wird die Last konstant, während die Brennstofftemperatur zunimmt und der Wobbe-Index weiterhin abnimmt. Wenn die Temperatur/Wobbe-Anforderung bei t2 erfüllt ist, schreitet die Belastung von L1 nach L2 fort.

  

[0032]    Fig. 3 zeigt eine Gasturbinenbelastungskurve und eine Brennstofftemperaturkurve, beide als Funktion einer gemeinsamen Zeitskala. Wie in Fig. 2 dargestellt, wurde zu dem Zeitpunkt t0 die Anforderung, die Gasturbine 10 zum Antrieb der erhöhten Last zu veranlassen von dem Steuersystem 17 empfangen. Der Brennstoff ist vor dem Zeitpunkt tx nicht beheizt und demgemäss ist die Temperatur des Brennstoffs aus dem Brennstoffvorrat 24 (Fig. 1) die von dem Temperatursensor 44 (Fig. 1) erfasst ist, etwa gleich der Umgebungstemperatur des Brennstoffs, wie dies durch die Brennstoffheizkurve in Fig. 2angegeben ist. Die Aufheizung kann von dem Steuersystem 17 zu dem Zeitpunkt tx ausgelöst werden mit der Folge, dass die Brennstofftemperatur nach t1weiter ansteigt, wie dies durch den geneigten Linienabschnitt 75 in der Brennstoff temperaturkurve der Fig. 2 veranschaulicht ist.

  

[0033]    Der Betrieb und die anfängliche Belastung der Gasturbine 10 können im Wesentlichen unmittelbar an den Empfang der Anforderung durch das Steuersystem 17 anschliessend beginnen. Die anfängliche Belastung der Gasturbine 10 ist durch den geneigten Linienabschnitt 70 der in Fig. 2dargestellten Gasturbinenbelastungskurve wiedergegeben. Bei diesem anfänglichen Verbrennungsmodus, der zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 aktiv ist, reicht die Temperatur des Brennstoffs, auch wenn er unbeheizt ist, aus, um einen Wobbe-Index einzustellen, der einen stabilen Betrieb (d.h. einen Betrieb mit minimaler Verbrennungsdynamik durch Verbrennung eines Brennstoffs mit einem Wobbe-Index innerhalb einer Bereiches akzeptabler Wobbe-Indizes für die die Gasturbine 10 ausgelegt ist) der Gasturbine 10 von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1gestattet.

   Ein stabiler Betrieb der Gasturbine 10 minimiert die Verbrennungsdynamik, der die Gasturbine 10 ausgesetzt ist und minimiert dadurch die Gefahr einer von einer solchen Dynamik ausgehenden Beschädigung der Gasturbine 10.

  

[0034]    Die in der Belastungskurve der Fig. 3wiedergegebene Belastung der Gasturbine 10 nimmt von einer ersten Übergangslast L1 vom Zeitpunkt t1, der bei dem vorliegenden Beispiel einem Punkt entspricht, an dem eine Änderung des Verbrennungsmodus erforderlich ist um die Gasturbine 10 weiter zu belasten, an zu. Beispielsweise kann die Gasturbine 10 optional in mehreren verschiedenen Verbrennungsmoden betreibbar sein, die optional eine Anzahl Brennkammern beinhalten, die, abhängig von dem Modus in dem die Gasturbine 10 jeweils betrieben wird, Brennstoff unterschiedlich verbrennen. Um die Belastung auf der Gasturbine 10 über die erste Übergangslast L1 hinaus weiter zu erhöhen, muss die Gasturbine 10 in einen zweiten Verbrennungsmodus übergehen, der von dem von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t1 verwendeten anfänglichen Verbrennungsmodus verschieden ist.

   Der zweite Verbrennungsmodus kann ausreichend Ausgangsleistung erzeugen, um die oberhalb der ersten Übergangslast L1 zunehmende Last anzutreiben, erfordert aber einen anderen Wobbe-Index des Brennstoffs, wie der Wobbe-Index des Brennstoffs, der in dem anfänglichen Verbrennungsmodus verbrannt worden ist. Um diesen Wobbe-Index für den zweiten Verbrennungsmodus zu erstellen, muss die Temperatur des Brennstoffs durch Aufheizen des Brennstoffs unter Verwendung von heissen Abgasen aus der Gasturbine 10 und des Wärmetauschers 58 (Fig. 1), unter Verwendung von Dampf oder einem anderen Medium aus einem unterstützenden Arbeitsprozess oder irgendeiner anderen Art Heizeinrichtung angehoben werden.

   Wie aus dem geneigten Abschnitt 76 der Brennstofftemperaturkurve der Fig. 2 abzulesen, steigt die Temperaturkurve des Brennstoffs wegen des Aufheizens zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 weiter an. Die Temperatur des Brennstoffs muss eine Ziel- oder Solltemperatur erreichen, die dem Wobbe-Index entspricht, der für den zweiten Verbrennungsmodus erstellt werden muss. Diese Zieltemperatur ist auf der Brennstofftemperaturkurve der Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 78 angegeben.

  

[0035]    Während die Temperatur des Brennstoffs erhöht wird, wird jedoch eine weitere Belastung der Gasturbine 10 über die erste Überganslast L1 hinaus solange verzögert bis die Temperatur des Brennstoffs ausreichend hochgeheizt ist um den Wobbe-Index herzustellen der erforderlich ist um einen stabilen Betrieb der Gasturbine 10 in dem zweiten Verbrennungsmodus zu ermöglichen. Die im Wesentlichen konstante Belastung auf der Gasturbine 10 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2ist, wie abzulesen, durch ein horizontales Liniensegment 72 in der Belastungskurve der Fig. 2wiedergegeben. Die Verzögerung während des Wartens auf das Aufheizen des Brennstoffs kann lang sein und sie kann unzweckmässig sein, wenn die fragliche Anlage ein rasches Ansprechen auf die Anforderung zum Antrieb der erhöhten Last erfordert.

  

[0036]    Sobald die Brennstofftemperatur in der Brennstofftemperaturkurve der Fig. 2 die durch die gestrichelte Linie 78 wiedergegebene Zieltemperatur erreicht hat, die erforderlich ist um den Wobbe-Index für den zweiten Verbrennungsmodus zu dem Zeitpunkt t2herzustellen, kann der zweite Verbrennungsmodus eingeleitet werden und die Belastung der Gasturbine 10 oberhalb der ersten Übergangslast L1 fortschreiten. Diese weitere Belastung der Gasturbine 10 ist durch den geneigten Linienabschnitt 74 veranschaulicht.

  

[0037]    Um Verzögerungen bei der Belastung der Gasturbine 10, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 2beschrieben wurden, zu minimieren, erstellt die vorliegende Erfindung den für den zweiten Verbrennungsmodus erforderlichen Wobbe-Index, ohne dass abgewartet werden muss, dass der Brennstoff ordnungsgemäss aufgeheizt ist. Demgemäss kann die Belastung der Turbine gemäss der anhand der in Fig. 3 beschriebenen Ausführungsform im Wesentlichen kontinuierlich und ununterbrochen erfolgen.

  

[0038]    Fig. 3 zeigt ein Gasturbinenbelastungs-(GT-Last) Kurvendiagramm, ein Brennstofftemperaturkurvendiagramm und ein Wobbe-Index Kurvendiagramm, jeweils als Funktion einer gemeinsamen Zeitskala gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Der Ausgangspunkt bei t0ist der gleiche wie in Fig. 2, nämlich zu dem Zeitpunkt t0 wird die Anforderung, die Gasturbine 10 zum Antrieb der erhöhten Last zu veranlassen, von dem Steuersystem 17 empfangen. Vor dem Zeitpunkt t0 ist der Brennstoff wiederum nicht beheizt, so dass die von dem Temperatursensor 44 (Fig. 4) erfasste Temperatur des Brennstoffs von dem Brennstoffvorrat 24 (Fig. 1) im Wesentlichen gleich der Umgebungstemperatur des Brennstoffs ist, wie dies von der Brennstoffverbrennungskurve in Fig. 3 angegeben ist.

   Das Aufheizen kann von dem Steuersystem 17 zu dem Zeitpunkt t0 eingeleitet werden mit der Folge, dass die Brennstofftemperatur zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 zu der (durch eine gestrichelte Linie 80 der Brennstofftemperaturkurve der Fig. 3angegebene) Zieltemperatur hin anzusteigen beginnt, wie dies durch den ausgezogenen geneigten Linienabschnitt 82 der gleichen Kurve wiedergegeben ist.

  

[0039]    Der Betrieb und die anfängliche Belastung der Gasturbine 10 (Fig. 1) können im Wesentlichen unmittelbar anschliessend an den Empfang der Anforderung durch das Steuersystem 17 (Fig. 1) erfolgen. Die anfängliche Belastung der Gasturbine 10 (Fig. 1) ist durch den geneigten Linienabschnitt 90 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 auf der in Fig. 3 dargestellten Gasturbinenbelastungskurve veranschaulicht.

   In dem zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 aktiven anfänglichem Verbrennungsmodus reicht die Temperatur des Brennstoffs, selbst wenn er unbeheizt ist, aus, einen Wobbe-Index herzustellen, der einer stabilem Betrieb (d.h. einen Betrieb mit minimaler Verbrennungsdynamik durch Verbrennen eines Brennstoffs mit einem Wobbe-Index innerhalb eines Bereiches erlaubter Wobbe-Indizes für den die Gasturbine 10 ausgelegt ist) der Gasturbine 10 von dem Zeitpunkt t0 bis zum dem Zeitpunkt t1 ermöglicht.

  

[0040]    Die Belastung auf der Gasturbine 10, die durch die Belastungskurve der Fig. 3 wiedergegeben ist, nimmt von einer ersten Übergangslast L1 von dem Zeitpunkt t1, der bei dem vorliegenden Beispiel einem Punkt während der Belastung entspricht, an dem ein Verbrennungsmodus-Veränderung notwendig ist, um die Gasturbine 10 weiter zu belasten, an graduell zu. Um die Belastung auf der Gasturbine 10 über die erste Übergangslast L1 hinaus zu erhöhen, muss die Gasturbine 10 in einen zweiten Verbrennungsmodus überführt werden, der von dem von dem Zeitpunkt t0bis zu dem Zeitpunkt t1 verwendeten anfänglichen Verbrennungsmodus verschieden ist.

   Der zweite Verbrennungsmodus ist in der Lage, ausreichende Ausgangsleistung zum Antrieb der über die erste Anfangslast L1 hinaus zunehmenden Last zu erzeugen, erfordert aber einen anderen Wobbe-Index des Brennstoffs, wie den Wobbe-Index des Brenn-Stoffs, der in dem anfänglichen Verbrennungsmodus verbrannt worden ist.

  

[0041]    Bei dem in Fig. 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde die weitere Belastung unterbrochen, bis die Temperatur des Brennstoffs so weit hochgeheizt werden konnte, dass der erforderliche Wobbe-Index des Brennstoffs hergestellt wurde. Im Gegensatz dazu löst das Steuersystem 17 (Fig. 1) bei der anhand der Fig. 3beschriebenen Ausführungsform die Einführung und Steuerung des Zusatzstoffes in die Brennkammer 20 (Fig. 1) zu einem geeigneten Zeitpunkt aus, um die Brennstoffkombination mit einem geeigneten Wobbe-Index in der Brennkammer zu erzeugen, was es der Gasturbine gestattet im Wesentlichen kontinuierlich optional ohne Unterbrechung der Belastung der Gasturbine 10 in den zweiten Verbrennungsmodus über zu gehen.

   Die Einführung des Inertgases oder eines anderen geeigneten Zusatzstoffes in die Brennkammer 10 muss zeitlich so abgestimmt erfolgen, dass Verzögerungen beim Übergang von einem Verbrennungsmodus zu einem anderen minimiert oder Unterbrechungen und Verzögerungen bei der Erhöhung der Last auf der Gasturbine 10 von einer Last zu einer anderen minimiert werden. Die Minimierung von Verzögerungen zwischen Übergangszuständen und/oder bei Belastung der Gasturbine 10 kann auch erfolgen, ohne dass der Wobbe-Index des Brennstoffs zu früh vorsorglich angepasst wird, etwa wenn die anfängliche Verbrennungsroutine noch aktiv ist, wodurch ein instabiler Betrieb der Gasturbine 10 während der anfänglichen Verbrennungsroutine hervorgerufen würde.

   Gemäss der vorliegenden Ausführungsform kann der Wobbe-Index durch Steuerung des Zustroms des in die Brennkammer 20 eingeleiteten Zusatzstoffs im Wesentlichen konstant gehalten werden.

  

[0042]    Noch weiter bezugnehmend auf Fig. 3löst das Steuersystem 17 (Fig. 1) zu dem Zeitpunkt t1wenn die Belastung auf der Gasturbine 10 sich der ersten Übergangslast L1 nähert, die den zweiten Verbrennungsmodus für weitere Belastung erforderlich macht, die Einleitung des Zusatzstoffes in die Brennkammer 20 aus. Das Einströmen des Zusatzstoffes in die Brennkammer 20 über die Zeit ist durch die gestrichelte Linie 92 wiedergegeben, die der Brennstofftemperaturkurve in Fig. 3überlagert ist. Wie dargestellt, weist der Zustrom des Zusatzstoffes einen Spitzenwert etwa zu dem Zeitpunkt t1auf, wenn die Gasturbine 10 (Fig. 1) in den zweiten Verbrennungsmodus übergehen soll, um die Belastung der Gasturbine 10 fortschreiten zu lassen.

   Dieser Spitzenwert gibt die grösste Temperaturdifferenz zwischen der Zieltemperatur des Brennstoffs und der von dem Sensor 44 zu einem Zeitpunkt gemessener Brennstofftemperatur wieder, in dem der Übergang der Gasturbine 10 in den zweiten Verbrennungsmodus erforderlich ist. Die Einführung des Zusatzstoffes zur Erzeugung der Brennstoffkombination stellt einen geeigneten Wobbe-Index für den Übergang der Gasturbine 10 in den zweiten Verbrennungsmodus bei stabilem Betrieb der Gasturbine 10 her. Sie erlaubt ausserdem eine im Wesentlichen kontinuierliche Belastung der Gasturbine 10 mit minimalen Unterbrechungen zum Abwarten bis der aufzuheizende Brennstoff den Wobbe-Index für einen stabilen Betrieb der Gasturbine 10 in dem zweiten Verbrennungsmodus erreicht.

   Die im Wesentlichen kontinuierliche Belastung der Gasturbine 10 kann aus dem im Wesentlichen linearen Linienabschnitt entnommen werden, der sich von dem Zeitpunkt t0 bis zu dem Zeitpunkt t2 erstreckend gemeinsam von den Linienabschnitten 90 und 91 in Fig. 3gebildet ist. Der signifikante horizontale Linienabschnitt 72 (Fig. 2), der eine im Wesentlichen konstante Last von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2 in Fig. 2 angibt, fehlt bei der gleichen Zeitspanne in der in Fig. 3dargstellten Ausführungsform. Demgemäss ist die Zeit, die erforderlich ist um schnell auf die Anforderung zum Antrieb der erhöhten Last und zur vollen Belastung der Gasturbine 10 (Fig. 1) mit der Last (erhöhte Last ist in Fig. 2 und Fig. 3wiedergegeben als Last L2) zu reagieren, gegenüber der Zeit t3 in Fig. 2 auf die Zeit t2 in Fig. 3 verkürzt.

  

[0043]    Ausserdem kann bei der in Fig. 3dargestellten Ausführungsform das Steuersystem 17 (Fig. 1) parallel zu dem Einführen des Zusatzstoffes in die Brennkammer 20 mit der Steuerung des Aufheizens des Brennstoffs fortfahren. Demgemäss ist der schräge Linienabschnitt 84 in der Brennstofftemperaturkurve der Fig. 3bei der Annäherung der Brennstofftemperatur an die durch die Linie 80 wiedergegebene Zieltemperatur entsprechend geneigt.

  

[0044]    Der Zustrom und/oder die Menge des Zusatzstoffes der Brennkammer 20 (Fig. 1) kann von dem Steuersystem 17 wenigstens teilweise auf der Differenz zwischen der Zieltemperatur und der von dem Temperatursensor 44 erfassten Temperatur basierend gesteuert werden. So kann beispielsweise der Volumenstrom des Zusatzstoffes von dem Steuersystem 17 so gesteuert werden, dass er proportional der Differenz zwischen der Zieltemperatur und der von dem Temperatursensor 44 erfassten Temperatur ist. Demgemäss ist der Volumenstrom des Zusatzstoffs in die Brennkammer 20 umso grösser, je grösser die Temperaturdifferenz ist.

   Schliesslich kann, wenn die Temperatur des Brennstoffs die Zieltemperatur erreicht, die erforderlich ist, um den zweckentsprechenden Wobbe-Index in Abwesenheit des Zusatzstoffs aufrecht zu erhalten, wie dies zu dem Zeitpunkt t2 in Fig. 3 dargestellt ist, das Steuersystem den Zustrom des Zusatzstoffs in die Brennkammer 20 (Fig. 1) unterbrechen. Damit werden ein instabiler Betrieb der Gasturbine und die Zeit die erforderlich ist, um die Gasturbine 10 über mehrere Verbrennungsmoden hinweg voll zu belasten minimiert.

  

[0045]    Im Vorstehenden wurden illustrative Ausführungsformen beschrieben. Für den Fachmann versteht sich aber, dass die im Vorstehenden erörterten Vorrichtungen und Verfahren Änderungen und Abwandlungen beinhalten können, ohne den allgemeinen Rahmen der Erfindung zu verlassen. Alle solche Abwandlungen und Veränderungen sollen im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Steuerung eines Übergangszustandes einer Gasturbine (10), wobei das Verfahren beinhaltet:

Empfangen einer Anforderung an die Gasturbine (10) zum Antrieb einer erhöhten Last, wobei die erhöhte Last grösser ist als eine Last die von der Gasturbine (10) beim Empfang der Anforderung angetrieben wird;

Feststellen, ob eine Temperatur eines in einer Brennkammer (20) der Gasturbine (10) zu zündenden Brennstoffs niedriger ist als eine Zieltemperatur eines in die Brennkammer (20) zum Antreiben der erhöhten Last einzuführenden Brennstoffs; und Steuern der Einleitung eines Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) der Gasturbine (10), wenn die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur, zur Erstellung eines geeigneten Wobbe-Index einer Brennstoffkombination, um einen im Wesentlichen kontinuierlichen Übergang der Gasturbine (10) zum Antrieb der erhöhten Last zu unterstützen, wobei die Brennstoffkombination den Brennstoff und den Zusatzstoff beinhaltet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das ausserdem das Steuern der Erwärmung des in die Brennkammer (20) einzuführenden Brennstoffs beinhaltet, wobei das Steuern der Erwärmung parallel zum Steuern der Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Steuern der Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) das Einstellen eines Volumenstroms des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) beinhaltet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die von der Gasturbine (10) bei Empfang der Anforderung angetriebene Last Null ist, entsprechend einem Leerlaufzustand währenddessen die Gasturbine (10) die Last nicht antreibt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, das ausserdem das Beenden der Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) beinhaltet, wenn die Temperatur des in die Brennkammer (20) einzuführenden Brennstoffs grösser oder gleich der Zieltemperatur ist.

6. Gasturbine (10) zum Antrieb einer Last, wobei die Gasturbine (10) aufweist:

Einen Verdichter (12) zur Erhöhung eines Druckes von in die Gasturbine (10) einzuleitender Luft;

eine Brennkammer (20), in der während des Betriebs der Gastturbine (10) ein Brennstoff verbrannt werden kann; und

eine Turbine (30), die strömungsabwärts der Brennkammer (20) angeordnet ist, um von einem durch die Gasturbine (10) durchgedrückten heissen Gas angetrieben zu werden; und

eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs der Gasturbine (10) während eines Übergangszustands der Gasturbine (10) vom Antrieb einer anfänglichen Last zum Antrieb einer erhöhten Last, wobei die Steuereinrichtung beinhaltet:

Eine Empfängerkomponente zum Empfang einer Anforderung an die Gasturbine (10) zum Antrieb der erhöhten Last, wobei die erhöhte Last grösser ist als die anfängliche Last, die von der Gasturbine (10) beim Empfang der Anforderung angetrieben wird, eine Vergleichskomponente zur Feststellung, ob eine Temperatur eines in einer Brennkammer (20) der Gasturbine (10) zu zündenden Brennstoffs niedriger ist als eine Zieltemperatur des in die Brennkammer (20) zum Antrieb der erhöhten Last einzuführenden Brennstoffs; und

eine Rechnerkomponente zur Steuerung der Einführung eines Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) der Gasturbine (10), wenn die Temperatur des Brennstoffs niedriger ist als die Zieltemperatur, um einen zweckentsprechenden Wobbe-Index einer Brennstoffkombination zur Unterstützung eines im Wesentlichen kontinuierlichen Übergangszustands der Gasturbine (10) zum Antrieb der erhöhten Last zu erstellen, wobei die Brennstoffkombination den Brennstoff und den Zusatzstoff beinhaltet.

7. Gasturbine (10) nach Anspruch 6, die ausserdem eine betriebsmässig mit der Turbine (10) gekuppelte Ausgangs-welle (32) aufweist, wobei die Ausgangswelle (32) in betriebsmässiger Antriebsverbindung steht um einen Rotor eines elektrischen Generators (34) in Umdrehung zu versetzen.

8. Gasturbine (10) nach Anspruch 6, bei der der zweckentsprechende Wobbe-Index während des Übergangszustandes im Wesentlichen konstant gehalten ist.

9. Gasturbine (10) nach Anspruch 6, bei der die Steuerung der Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) durch die Steuereinrichtung das Einstellen eines Volumenstroms des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) beinhaltet.

10. Gasturbine (10) nach Anspruch 6, bei der die Steuereinrichtung ausserdem eine Aufheizsteuerungskomponente aufweist zur Steuerung der Erwärmung des Brennstoffs parallel zur Steuerung der Einführung des Zusatzstoffes in die Brennkammer (20) während des Übergangszustandes.