CH703598A2 - Verfahren für die Zufuhr von zur Verbrennung bestimmten Turbinenkraftstoffen unterschiedlicher Qualität. - Google Patents

Abstract

Beim Betrieb einer Gasturbine (2) kann ein Unterschied zwischen dem gewünschten Heizwert des Kraftstoffs und den tatsächlichen Anforderungen an den Kraftstoff bestehen, die für eine kontinuierliche Verbrennung in verschiedenen Stadien des Turbinenbetriebs erforderlich sind. Der Betrieb der Gasturbine (2) wird an der unteren Entflammbarkeitsgrenze ohne das Risiko des mageren Verlöschens ermöglicht, indem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoffs und die Eigenschaften des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf der Basis der Betriebsanforderungen der Turbine (2) und der Entflammbarkeit der Kraftstoffkomponenten angepasst werden.

Description

[0001] Ein oder mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung betreffen ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein System für die Zufuhr von zur Verbrennung bestimmten Turbinenkraftstoffen unterschiedlicher Qualität.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] Im Allgemeinen können in einer Gasturbine gasförmige Kraftstoffe, flüssige Kraftstoffe oder beide Kraftstoffarten verbrannt werden. In der Vergangenheit wurde der Heizwert als Indikator für die Kraftstoffmenge verwendet, die der Brennkammer zuzuführen war, um dem Energiebedarf gerecht zu werden, insbesondere beim Anfahren und Abschalten. Der Heizwert wurde oft als Indikator für die Kraftstoffqualität verwendet - ein höherer Heizwert war für gewöhnlich ein Hinweis auf eine höhere Qualität des Kraftstoffs.

[0003] Die Versorgung mit Turbinenkraftstoffen hoher Qualität ist jedoch nicht immer sicher gestellt. Aufgrund von Marktschwankungen ist es für einen Betreiber häufig von Vorteil, die Gasturbine zu verschiedenen Zeiten mit unterschiedlichen Arten von Turbinenkraftstoff zu betreiben. Im US-Patent 6 640 548, erteilt an Brushwood und andere (im Folgenden als «Brushwood-Patentschrift» bezeichnet), wird ein Verfahren zur Verbrennung von Kraftstoff niedriger Qualität in einer Gasturbine offenbart. In der Brushwood-Patentschrift wird das Messen der Kraftstoffqualität anhand von zwei Merkmalen erörtert: dem Heizwert Q und dem Zündbereich. Nach der Brushwood-Patentschrift sind Kraftstoffe hoher Qualität diejenigen Kraftstoffe mit Q-Werten über 3,73 MJ/m<3> (100 BTU/SCF) und einem Entflammbarkeitsverhältnis RL/LL (obere Entflammbarkeitsgrenze/untere Entflammbarkeitsgrenze) von 2 oder mehr, wie beispielsweise Erdgas und Propan. Zu den Beispielen für Kraftstoffe niedriger Qualität - diejenigen mit Q-Werten unter 3,726 MJ/Nm<3> (100 BTU/SCF) oder einem Entflammbarkeitsverhältnis von unter 2 - gehören durch Gasifizierung von Biomasse niedriger Qualität, Kohle oder Petrolkoks hergestellte Kraftstoffe.

[0004] In der Brushwood-Patentschrift wird die Verwendung eines Kraftstoffs H1 von hoher Qualität erörtert, der während des Anfahrens als Pilotkraftstoff zum Einsatz kommt, um die Verbrennung in Gang zu setzen. Anschliessend wird die Zufuhr eines Kraftstoffs H2 von hoher Qualität - der aus derselben Quelle wie der Kraftstoff H1 stammen kann - eingeleitet und erhöht, bis das gewünschte Leistungsniveau erreicht ist. Erst bei Erreichen des gewünschten Leistungsniveaus kann die Zufuhr eines Kraftstoffs L niedriger Qualität eingeleitet und anschliessend graduell erhöht werden. Die Zufuhr von Kraftstoff niedriger Qualität, der wahrscheinlich kostengünstiger und in grösserer Menge vorhanden ist als H1 und H2, wird so lange aufrechterhalten, wie die Flamme laut Sensoranzeige stabil bleibt. Bei erkannter Instabilität wird die Zufuhr von Kraftstoff hoher Qualität erhöht, um Flammabriss zu vermeiden. Gemäss der Brushwood-Patentschrift wird der Kraftstoff hoher Qualität zum Anfahren benötigt. Der Kraftstoff niedriger Qualität wird erst dann verwendet, wenn ein bestimmtes Betriebsniveau erreicht ist. Während des Betriebs muss ausserdem Kraftstoff hoher Qualität zur Verfügung stehen, um einen Flammabriss zu vermeiden.

[0005] Wie jedoch oben bereits erwähnt, stehen Kraftstoffe hoher Qualität möglicherweise nicht immer zur Verfügung. Selbst wenn er zur Verfügung steht, ist der Kraftstoff hoher Qualität möglicherweise sehr teuer. Es ist daher wünschenswert, eine Gasturbine zu betreiben, in der selbst in der Anfahr- und Abschaltphase Turbinenkraftstoffe sehr unterschiedlicher Qualität verbrannt werden können. Es ist ausserdem wünschenswert, eine Gasturbine betreiben zu können, ohne dass immer Kraftstoff hoher Qualität zur Verfügung stehen muss.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0006] Ein nicht einschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine. Der Kraftstoff kann aus einer oder mehreren Kraftstoffkomponenten bestehen. Bei dem Verfahren kann ein Controller die untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches ermitteln, das in eine Brennkammer der Gasturbine eintritt. Die Entflammbarkeit kann auf der Basis von Kraftstoffparametern des Kraftstoffs im Gemisch, von Luftparametern der Luft im Gemisch oder beiden ermittelt werden. Der Controller kann ausserdem für den Betrieb der Gasturbine eine gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches und ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so ermitteln, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des eingestellten Gemisches nach der Einstellung an oder über der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs liegt. Die untere Entflammbarkeitsgrenze kann als eine Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches angesehen werden, unterhalb derer ein mageres Verlöschen nicht auszuschliessen ist.

[0007] Ein weiterer nicht einschränkender Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Controller zur Steuerung der Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine. Der Kraftstoff kann aus einer oder mehreren Kraft-Stoffkomponenten bestehen. Der Controller kann eine Parameter-Empfangseinheit, eine Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze, eine Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze sowie eine Einstelleinheit umfassen. Die Parameter-Empfangseinheit kann so eingerichtet sein, dass sie Kraftstoffparameter des Kraftstoffs im Gemisch, Luftparameter der Luft im Gemisch oder beides empfängt. Die Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze kann so eingerichtet sein, dass sie auf der Grundlage der Kraftstoffparameter, der Luftparameter oder beider eine untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches ermittelt. Die Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze kann so eingerichtet sein, dass sie eine gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches für den Betrieb der Gasturbine ermittelt. Die Einstelleinheit kann so eingerichtet sein, dass sie ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so einstellt, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des eingestellten Gemisches nach der Einstellung an oder über der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs liegt.

[0008] Die Erfindung wird im Folgenden in Verbindung mit den unten bezeichneten Zeichnungen detaillierter beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0009] Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung sind durch die folgende detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser zu verstehen.

[0010] Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Kraftstoff- und Luftregelung gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung;

[0011] Fig. 2 stellt eine Ausführungsform eines Systems zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar.

[0012] Fig. 3 stellt eine Ausführungsform eines Controllers dar, der dafür eingerichtet ist, die Zufuhr eines Kraftstoff-Gas-Gemisches zu einer Gasturbine gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zu steuern;

[0013] Fig. 4 stellt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar;

[0014] Fig. 5 ist ein Diagramm, das Beispiele für die Entflammbarkeitsgrenzen verschiedener Kraftstoffe sowie die Anwendung von Entflammbarkeitsgrenzen zum Ermitteln der mageren Löschgrenzen für spezifische Brennkammern und verschiedene Brennkammerbetriebsbedingungen zeigt;

[0015] Fig. 6 ist ein Diagramm, das für verschiedene Kraftstoffe eine beispielhafte Beziehung zwischen der unteren Entflammbarkeitsgrenze und Heizwerten sowie Temperaturen zeigt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0016] Es werden ein neuartiges Verfahren und ein System sowie eine neuartige Vorrichtung zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Turbine beschrieben. Bei dem beschriebenen Verfahren, System und der beschriebenen Vorrichtung werden Korrekturen der Entflammbarkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches dazu verwendet, einen stabilen Betrieb der Brennkammer zu erzielen - auch in der Anfahrphase der Gasturbine.

[0017] Wie oben erwähnt, ist es daher wünschenswert, eine Gasturbine zu betreiben, in der während aller Phasen des Turbinenbetriebs - auch in der Anfahr- und Abschaltphase -Turbinenkraftstoffe sehr unterschiedlicher Qualität verbrannt werden können. Wie ebenfalls erwähnt, wird häufig der Heizwert als Indikator für die Kraftstoffqualität verwendet. Der Heizwert ist ein Hinweis auf den Energiegehalt eines Kraftstoffs.

[0018] Wenn eine bestimmte Menge Kraftstoff mit Sauerstoff reagiert und sich Wasser und andere Reaktionsprodukte bilden, wird eine feststehende Energiemenge freigesetzt, die durch den oberen Heizwert (Ho) und den unteren Heizwert (Hu) des Kraftstoffs quantitativ bestimmt wird. Die Differenz zwischen beiden ist die Verdampfungswärme - diejenige Energiemenge, die erforderlich ist, um Wasser zu verdampfen, so dass es von seinem flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Sowohl Ho als auch Hu werden als Energiemenge (Joule oder BTU) für ein gegebenes Kraftstoffgewicht ausgedrückt.

[0019] In erster Linie wird hier der untere Heizwert Hu zur Beschreibung der Beispiele verwendet, um einige der vorteilhaften Merkmale verschiedener Aspekte der vorliegenden Erfindung aufzuzeigen. Es ist jedoch zu beachten, dass die vorliegende Erfindung nicht in dieser Weise eingeschränkt ist und die Prinzipien der Erfindung anwendbar sind, selbst wenn die Energie bezogen auf den oberen Heizwert, bezogen auf Q oder andere ähnliche Bezeichnungen betrachtet wird.

[0020] Es kann ein Unterschied zwischen dem gewünschten Heizwert einer Turbine - der erforderlich sein kann, um Energie für die Zündung und eine stabile Anfahrphase zu erhalten - und den tatsächlichen Anforderungen bestehen, die erforderlich sind, um den zugeführten Kraftstoff zu entzünden und die Flammenausbreitung während verschiedener Stadien der Anfahrphase der Turbine aufrechtzuerhalten. Die tatsächlichen Anforderungen für eine verlässliche Zündung und eine kontinuierliche Flamme können durch die Auswertung einer weiteren Eigenschaft des Kraftstoffs - der Entflammbarkeit, auch als Brennbarkeit bezeichnet - genauer geschätzt werden. Im Allgemeinen ist bei zu niedriger Entflammbarkeit keine Zündung und keine stabile Verbrennung zu erzielen. Eine zu hohe Entflammbarkeit erhöht das Explosionsrisiko und das Risiko hoher Emissionswerte.

[0021] Kraftstoff, Sauerstoff und eine Zündquelle sind nötig, damit ein Feuer ausbrechen oder eine Explosion sich ereignen kann. Ausserdem muss ein Gemisch aus den richtigen Mengenanteilen von Kraftstoff und Sauerstoff vorhanden sein. Die Entflammbarkeit eines Kraftstoffs wird typischerweise anhand seiner unteren und oberen Entflammbarkeitsgrenze (LFL und UFL) definiert. LFL und UFL stellen die niedrigste und höchste Gaskonzentration des Kraftstoffs im Verhältnis zur Luft dar, die bei Zündung eine sich selbst ausbreitende Flamme unterstützt. Unterhalb der LFL ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu mager für die Verbrennung, d.h. es ist nicht genug Kraftstoff vorhanden. Oberhalb der UFL ist das Gemisch zu fett, d.h. es ist nicht genug Luft vorhanden.

[0022] Es ist wünschenswert, einen mageren Verbrennungsbetrieb aufrechtzuerhalten, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Es ist daher auch wünschenswert, die Gasturbine mit einem Gemisch zu betreiben, das so mager wie möglich ist. Allerdings sollte das Gemisch nicht so mager sein, dass ein mageres Verlöschen (LBO) auftritt. Im Zusammenhang mit Gasturbinen ist LBO ein Zustand, bei dem der Kraftstoffstrom nicht ausreicht, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten. Die magere Löschgrenze ist proportional zur unteren Entflammbarkeitsgrenze und nähert sich dieser, wenn die Geschwindigkeit gegen Null geht.

[0023] Fig. 1 ist ein vereinfachtes Regelschema für Kraftstoff und Luft, und Fig. 2 ist ein beispielhaftes System, das die Kraftstoff- und Luftzufuhr zur Brennkammer einer Gasturbine einstellt, um die Verbrennung aufrechtzuerhalten, um beispielsweise eine sichere und stabile Zündung, Aufwärmphase und Beschleunigung während des Anfahrens der Gasturbine zu erzielen. Die Anfahrphase wird zur Erklärung ausführlich beschrieben, aber das Einstellen der Kraftstoff- und Luftzufuhr betrifft auch andere Betriebsphasen, beispielsweise Lastzustände und das Abschalten der Turbine.

[0024] Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt, umfasst das System eine Brennkammer 1, die dafür eingerichtet ist, hochenergetische Gase zum Antreiben einer Gasturbine 2 zu erzeugen. Ein Verdichter 3 ist dafür eingerichtet, der Brennkammer 1 Luft zuzuführen, und ein Kraftstoffventil 4 ist dafür eingerichtet, die Kraftstoffmenge zu regeln, die der Brennkammer 1 zugeführt wird. Bei einem nicht einschränkenden Aspekt wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis (K/L-Verhältnis) durch Regelung der vom Verdichter 3 erzeugten Luftmenge und Einstellmechanismen wie unter anderem den Vorleitschaufein des Verdichters, Anzapfventilen und Brennkammerumgehungsventilen geregelt. In Fig. 2 ist eine Vorleitschaufel 10 dargestellt.

[0025] Obwohl die verdichtete Luft der Brennkammer 1 direkt zugeführt werden kann, enthält das System bevorzugt ein 3-Wege-Ventil 5, das dafür eingerichtet ist, eine beliebige Kombination von Menge, Druck und Temperatur der der Brennkammer 1 zuströmenden Luft sowie Menge, Druck und Temperatur der zu einem Einlass des Verdichters 3 zurückströmenden Luft und die Menge der an der Brennkammer 1 vorbeigeleiteten Luft zu regeln. Ein Verdichteraustrittstemperatursensor 15 bzw. TCD-Sensor (TCD) kann dazu verwendet werden, die Temperatur der Luft sowie des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu schätzen und die Entflammbarkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu berechnen.

[0026] Das System umfasst einen Turbinen-Controller 6. Bei einem nicht einschränkenden Aspekt regelt der Turbinen-Controller 6 die Luft- und Kraftstoffzufuhr auf der Grundlage eines Kraftstoffentflammbarkeitskorrekturmodells, das im Folgenden ausführlicher beschrieben wird. Wie ausserdem im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann der Controller 6 Messwerte verschiedener Sensoren und andere Kraftstoff-Spezifikationswerte als Eingaben empfangen und generiert als Ausgaben Steuerinformationen zur Steuerung des Betriebs der Gasturbine 2. Der Übersichtlichkeit halber sind in Fig. 2Signale an den und vom Controller 6 als gestrichelte Pfeile dargestellt.

[0027] Bei einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Controller 6 so eingerichtet, dass er das K/L-Verhältnis des der Brennkammer 1 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches auf der Grundlage der Entflammbarkeit des Kraftstoffs regelt. Die Entflammbarkeit des Kraftstoffs kann mithilfe der Spezifikationen der gegebenen einzelnen Kraftstoffe ermittelt werden. Die Entflammbarkeit kann auch mithilfe einer Messung der Kraftstoffzusammensetzung ermittelt werden, zum Beispiel mithilfe eines Kraftstoff-Zusammensetzungssensors 16.

[0028] Beispiele für Kraftstoffzusammensetzungssensoren sind Gaschromatographiegeräte, Kaloriemeter oder Wobbe-Mess-geräte. Der Kraftstoffzusammensetzungssensor 16 - beispielsweise das Gaschromatographiegerät - ist dafür eingerichtet, die Kraftstoffzusammensetzung zu erkennen, d. h., er kann die einzelnen Komponenten erkennen, aus denen der Kraftstoff besteht. Ist die Kraftzusammensetzung ermittelt, kann der Controller 6 die den Kraftstoffkomponenten entsprechenden Kraftstoffkennzahlen feststellen und als Ergebnis die Entflammbarkeit der Kraftstoffzusammensetzung ermitteln. Das Wobbe-Messgerät ist so eingerichtet, dass es den Wobbe-Index der Kraftstoffzusammensetzung misst. Der Controller 6 kann die Wobbe-Indizes der Kraftstoffkomponenten in die entsprechenden Entflammbarkeits-Indizes umwandeln und die Entflammbarkeit des Kraftstoffs ermitteln. Das Kalorimeter ist dafür eingerichtet, die Heizwerte der Kraftstoffkomponenten zu erkennen. Diese kann der Controller dann in Entflammbarkeits-Indizes umwandeln und so die Entflammbarkeit ermitteln.

[0029] Das System umfasst bevorzugt weiter ein Kraftstofflagerungs- und Zufuhrsystem 12, das für die Lagerung und/oder Zufuhr eines grossen Qualitätsspektrums von Mehrkomponentenkraftstoffen eingerichtet ist. Die Qualität der Kraftstoffkomponenten kann auf der Grundlage der Eigenschaften oder Parameter der Kraftstoffkomponenten ermittelt werden, wie Heizwert, Reaktionsfreudigkeit und Entflammbarkeit, um nur einige zu nennen. Bei einem nicht einschränkenden Aspekt regelt der Controller 6 die Zufuhr aller Kraftstoffkomponenten durch Einstellen der Öffnungen von Ventilen 7, die den verschiedenen Kraftstoffkomponenten zugeordnet sind. Mit anderen Worten, legt der Controller 6 auch die Zusammensetzung des Kraftstoffs fest, der der Brennkammer 1 zugeführt wird, indem er die Mischung der Kraftstoffkomponenten steuert, wenn mehrere Kraftstoffkomponenten zur Verfügung stehen.

[0030] Optional kann auch ein Ventil 13 enthalten sein, das die Gesamtmenge des zugeführten Kraftstoffs beeinflusst. Ist dieses Ventil vorhanden, kann der Controller 6 das Ventil 13 steuern, um den Kraftstoffdurchfluss zu regeln. Es sollte beachtet werden, dass der Kraftstoffdurchfluss auch durch die Steuerung der Ventile 7 geregelt werden kann, die den einzelnen Kraftstoffkomponenten zugeordnet sind.

[0031] Um die Entflammbarkeit des Kraftstoffs auf einem gewünschten Wert oder innerhalb eines gewünschten Bereichs von Werten zu halten, umfasst das System bevorzugt auch einen Kraftstoffwärmetauscher 8a, zu dem - gesteuert vom Controller 6 - zumindest ein Teil des Kraftstoffs umgeleitet wird. Der» Controller 6 kann zum Beispiel ein Ventil 9 so steuern, dass es die Kraftstoffmenge regelt, die zum Kraftstoffwärmetauscher 8a umgeleitet wird. Die Kraftstofftemperatur kann durch einen Kraftstofftemperatursensor 14 gemessen werden, der die Messwerte dem Controller 6 zur Verfügung stellt.

[0032] Messwerte des Kraftstofftemperatursensors 14 können zum Beispiel darauf hinweisen, dass die Kraftstofftemperatur unterhalb einer Auslegungs-Betriebstemperatur für den Kraftstoff liegt, z.B. wenn die Gasturbine 2 unter Last betrieben wird. In diesem Fall kann der Controller 6 feststellen, dass ein zusätzlicher Kraftstoffdurchfluss erforderlich ist, um die niedrigere Kraftstofftemperatur zu kompensieren, damit die Entflammbarkeit an oder über der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze gehalten wird, bevorzugt so nahe wie möglich an der unteren Entflammbarkeitsgrenze.

[0033] Allgemein gesagt, kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoffgemisches - auf der Grundlage der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze - durch Anpassen von einem oder mehreren der folgenden Elemente eingestellt werden: Kraftstoffdurchfluss, Kraftstofftemperatur und Kraftstoffzusammensetzung. Diese Einstellungen können als Beispiele dafür dienen, wie die Kraftstoffzufuhr geregelt wird, um das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches anzupassen. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoffgemisches kann ebenfalls dadurch eingestellt werden, dass die Luftzufuhr auf der Grundlage der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze geregelt wird, z. B. durch Anpassen von einem oder mehreren der Elemente Luftdurchfluss, Lufttemperatur und Luftdruck.

[0034] Wie oben erwähnt, kann der Controller 6 den Betrieb des 3-Wege-Ventils 5 steuern, um Luftdurchfluss, Druck und Temperatur anzupassen, indem die Menge der zur Brennkammer 1 strömenden Luft, die Menge der zu einem Einlass des Verdichters 3 zurückströmenden Luft, die Menge der an der Brennkammer 1 vorbei geleiteten Luft und so weiter geregelt werden. Der Controller 6 kann den Luftdruck durch Regelung der Zufuhr verdichteter Luft vom Verdichter 3 zur Brennkammer 1 anpassen.

[0035] Zwecks Anpassung der Lufttemperatur kann der Controller 6 zumindest einen Teil der in die Brennkammer 1 eintretenden Luft zu einem Luftwärmetauscher 8b umleiten - was durch Steuerung eines Ventils 11 erfolgt - um die umgeleitete Luft vor deren Eintritt in die Brennkammer 1 vorzuwärmen. Die Lufttemperatur kann durch einen Lufttemperatursensor 15 gemessen werden - beispielsweise den Sensor für die Temperatur der aus dem Verdichter austretenden Luft - und der Messwert an den Controller 6 übermittelt werden. Es sollte beachtet werden, dass eine weitere Regelung der Lufttemperatur ebenfalls realisiert werden kann, und zwar durch einen als «inlet bleed heating» bekannten Effekt, wobei zumindest ein Teil der verdichteten Luft über das 3-Wege-Ventil 5 zum Verdichtereinlass geleitet wird. Ebenfalls ist zu beachten, dass die Kraftstoff- und Luftwärmetauscher 8a und 8b in einem Modul zusammengefasst oder als separate Module zur Verfügung gestellt werden können.

[0036] Eine Korrektur der Entflammbarkeit, d. h., das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemisches kann auf der Grundlage anderer als der kraftstoffbezogenen Messwerte angepasst werden, ist ebenfalls möglich. Zum Beispiel umfasst das System bevorzugt einen oder mehrere Flammensensoren 16, die Parameter messen, die sich auf eine Flamme in der Brennkammer 1 beziehen. Derartige Parameter umfassen Fluktuationen des Verbrennungsdrucks und/oder könnten optische oder beliebige andere Parameter sein, die in der Branche zur Charakterisierung von Flammen verwendet werden. Der Controller 6 kann diese Messwerte zur weiteren Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch Regelung der Kraftstoff- und/oder Luftzufuhr nutzen, um während verschiedener Betriebsphasen und -Stadien der Gasturbine 2 eine stabile Verbrennung aufrechtzuerhalten.

[0037] Ein weiteres Beispiel: Beim Einstellen des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses kann die Beschleunigung des Gasturbinenrotors berücksichtigt werden. Ein Rotorgeschwindigkeitssensor 17 kann die Rotorgeschwindigkeit messen. Der Controller 6 kann die Messung der Rotorgeschwindigkeit zur Ermittlung der Rotorbeschleunigung verwenden und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis entsprechend anpassen. Last, Temperatur und Emissionen der Gasturbine 2 können ebenfalls gemessen und dem Controller 6 als Eingaben zur Verfügung gestellt werden.

[0038] Bei dem in den Fig. 1und 2 dargestellten System ist zu erkennen, dass der Kraftstoff eine Zusammensetzung aus einer oder mehreren einzelnen Kraftstoffkomponenten sein und die Zufuhr jeder Komponente durch Öffnen und Schliessen der Ventile 7 geregelt werden kann, die jeweils einer Kraftstoffkomponente zugeordnet sind. Die Kraftstoffkomponenten können unterschiedliche Eigenschaften oder Parameter aufweisen, wie Heizwert, spezifisches Gewicht Flammpunkt und so weiter.

[0039] In den Fig. 1 und 2 ist ebenfalls zu erkennen, dass der Controller 6 bei der Regelung der Zufuhr des Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Gasturbine 2 eine wichtige Rolle spielt. Fig. 3 stellt eine Ausführungsform des Controllers 6 gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Der Controller 6 kann eine Parameter-Empfangseinheit 310, eine Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze 320, eine Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze 330 sowie eine Einstelleinheit 340 umfassen. Der Controller 6 kann auch eine Einheit zum Ermitteln der Wärmeenergie 350 und eine Einheit zum Ermitteln der gewünschten Wärmeenergie 360 umfassen.

[0040] Es sollte beachtet werden, dass Fig. 3eine logische Ansicht des Controllers 6 und der in diesem enthaltenen Einheiten zeigt. Das heisst, es ist nicht unbedingt erforderlich, jede Einheit als ein physisch separates Modul zu realisieren. Einige oder alle Einheiten können in einem physischen Modul zusammengefasst werden. Beispielsweise können die Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze 320 und die Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze 330 in einem einzigen Modul zusammengefasst werden. Ausserdem müssen die Einheiten nicht unbedingt in Form von Hardware implementiert werden. Es ist vorstellbar, dass die Einheiten als Kombination von Hard- und Software implementiert werden. Zum Beispiel kann der tatsächliche Controller 6 eine oder mehrere Zentraleinheiten umfassen, die nichtflüchtige Programmanweisungen ausführen, die auf einem Speichermedium oder in Firmware gespeichert sind, um die Funktionen der in Fig. 3 dargestellten Einheiten auszuführen.

[0041] Die jeweilige Rolle der Einheiten des Controllers 6 wird in Verbindung mit Fig. 4beschrieben, die ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zur Gasturbine 2 gemäss einem nicht einschränkenden Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt. Im Allgemeinen werden bei diesem Verfahren die Kraftstoff- und Luftparameter verwendet, um eine stabile Verbrennung zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Auf der Grundlage der Parameter wird ein geeignetes Kraftstoff-Luft-Verhältnis (K/L-Verhältnis) geschätzt oder auf andere Weise ermittelt, um mageres Verlöschen (LBO, lean blow out) zu verhindern. Eine derartige Anpassung ist von Vorteil, da unterschiedliche Kraftstoffe unterschiedliche Entflammbarkeitsgrenzen aufweisen können, wie in Fig. 5zu erkennen ist.

[0042] Es sollte beachtet werden, dass die Ermittlung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses dynamisch erfolgen kann, d. h., sie kann kontinuierlich durchgeführt werden, um eine Anpassung an wechselnde Umstände zu ermöglichen, wie unter anderem eine Änderung der Kraftstoffbestandteile oder eine Änderung der Betriebsbedingungen der Gasturbine.

[0043] Bevorzugt wird ein minimales K/L-Verhältnis ermittelt, auch als untere Entflammbarkeitsgrenze (LFL) des Kraftstoff-Luft-Gemisches bezeichnet. Das Beibehalten der unteren Entflammbarkeitsgrenze bietet den zusätzlichen Vorteil, dass die NOx-, CO- und HC-Emissionen reduziert werden. Da das K/L-Verhältnis, die Gemischtemperatur oder beide ermittelt werden, um eine gewünschte Entflammbarkeit geringfügig oberhalb der unteren Entflammbarkeitsgrenze zu erzielen, kann das Verfahren bei einem nicht einschränkenden Aspekt als Modell zur Korrektur der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs bezeichnet werden.

[0044] Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt und bereits erwähnt, kann der Controller 6 ein oder mehrere Ventile des System steuern und dabei den Heizwert sowie die Eigenschaften des Gemisches aus Kraftstoff und Verbrennungsluft berücksichtigen. Liegt beispielsweise die Lufttemperatur unter der Auslegungslufttemperatur für die Turbinenbrennkammer, kann zusätzlich das Kraftstoffventil 4 geöffnet werden (auf den berechneten Wert, wobei Heizwert des Kraftstoffs und Kraftstoffverbrauch berücksichtigt werden), um dieselbe untere Entflammbarkeitsgrenze und magere Löschgrenze beizubehalten. Eine andere Möglichkeit zur Anpassung bei niedriger Lufttemperatur besteht darin, die Temperatur von Kraftstoff, Luft oder beiden mithilfe der Wärmetauscher 8a und/oder 8b zu erhöhen. Selbstverständlich können beide Arten der Anpassung - Erhöhen des Kraftstoffdurchflusses (durch zusätzliches Öffnen des Ventils 4) und Erhöhen der Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches (mithilfe der Wärmetauscher 8a und 8b) - gleichzeitig angewendet werden, um die magere Löschgrenze und die untere Entflammbarkeitsgrenze beizubehalten.

[0045] Bei einem Aspekt wird die folgende Gleichung (1) für die untere Entflammbarkeitsgrenze verwendet, um Anpassungen vorzunehmen und so die untere Entflammbarkeitsgrenze (LL) beizubehalten. LL = k(aLHV<2> <tb> - bLHV + c)<sep>(1)wobei k der Temperaturkorrekturkoeffizient ist und a, b und c polynominale Korrekturkoeffizienten sind.

[0046] Die Gleichung (1) kann als eine Transferfunktion angesehen werden, die eine Beziehung zwischen Temperatur, Hu-Wert und der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs beschreibt oder modelliert. Fig. 6ist ein Diagramm, das für verschiedene Gaskraftstoffe eine beispielhafte Beziehung zwischen den unteren Entflammbarkeitsgrenzen und den Heizwerten sowie Temperaturen zeigt. Gleichung (1) und Fig. 6zeigen, dass die Entflammbarkeitskorrektur auf der Basis der Heizwerte des Kraftstoffs sowie der Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches vorgenommen werden kann.

[0047] Die Gleichung (1) modelliert die Transferfunktion als ein Polynom zweiter Ordnung. Es sollte beachtet werden, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Polynome höherer Ordnung und sogar ein lineares Modell werden ebenfalls in Betracht gezogen. Allerdings liefert in vielen Fällen das Polynom zweiter Ordnung der Gleichung (1) ausreichend gute Ergebnisse.

[0048] Das in Fig. 4 dargestellte Verfahren 400 ist auf alle Betriebsphasen der Gasturbine anwendbar. Zur Erläuterung wird das Verfahren jedoch mit Bezug auf die Stadien der Anfahrphase der Gasturbine beschrieben, sowie Anlassen, Spülen, Kraftstoff- und Luftzufuhr, Zündung, Beschleunigung und Aufwärmen. Wie bei Schritt 410 oben links in Fig. 4 zu erkennen ist, kann die Parameter-Empfangseinheit die Parameter empfangen, die sich auf die in die Brennkammer eintretende Luft beziehen, wobei beispielsweise ein oder mehrere Luftparametersensoren einige oder alle der Parameter liefern können. Einige der Parameter können voreingestellt sein und auf von Lieferanten zur Verfügung gestellten Spezifikationen beruhen. Die auf die Luft bezogenen Parameter umfassen einen oder mehrere der folgenden: Luftdurchfluss, Druck und Temperatur.

[0049] Bei Schritt 420 kann die Parameter-Empfangseinheit einen oder mehrere Parameter empfangen, die sich auf den in die Brennkammer eintretenden Kraftstoff beziehen. Ausserdem können ein oder mehrere Kraftstoffparameter voreingestellt sein. Die kraftstoffbezogenen Parameter umfassen: Kraftstoffdurchfluss, Kraftstoffzusammensetzung, Heizwert, Temperatur und spezifisches Gewicht.

[0050] Wie bereits erwähnt, können die der Parameter-Empfangseinheit zur Verfügung gestellten Kraftstoff- und/oder Luftparameter durch Sensoren gemessen werden. Beispielsweise kann der Energiegehalt des Kraftstoffs auf der Grundlage der von einem Gaschromatographiegerät oder Kalorimeter gelieferten Messungen ermittelt werden. Als weiteres Beispiel kann ein Wobbe-Messgerät dienen, das den Wobbe-Index (WI) - einen auf den Heizwert des Kraftstoffs bezogenen Index - messen kann. Alternativ oder zusätzlich können die eingegebenen Parameter auch auf Spezifikationen beruhen, die von den Kraftstofflieferanten und Händlern zur Verfügung gestellt wurden. Beispielsweise kann ein Erdgaslieferant Informationen zur Verfügung stellen wie die Zusammensetzung, den Hu und den WI des Kraftstoffs.

[0051] Die Schritte 410 und 420 werden als gestrichelte Kästchen und ohne Verbindung zu anderen Schritten gezeigt, um darauf hinzuweisen, dass diese Schritte kontinuierlich ausgeführt werden können. Das heisst, die Parameter des in die Brennkammer eintretenden Kraftstoffs und der in die Brennkammer eintretenden Luft können kontinuierlich überwacht und aktualisiert werden.

[0052] In den Stadien der Anfahrphase (wie auch in anderen Stadien) werden dem Controller 6 Parameter durch Messungen, Händlerspezifikationen oder beides zur Verfügung gestellt, wie in den Schritten 410 und 420 zu sehen ist. Bei Schritt 405 wird das Verfahren 400 gestartet. Bei Schritt 430 wird die untere Entflammbarkeitsgrenze des in die Brennkammer eintretenden Kraftstoff-Luft-Gemisches durch die Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze gemessen oder auf andere Weise ermittelt. In demselben Schritt wird durch die Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze die gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze ermittelt. Bei Schritt 440 ermitteln die Einheit zum Ermitteln der Wärmeenergie und die Einheit zum Ermitteln der gewünschten Wärmenergie die Wärmeenergie des Kraftstoff-Luft-Gemisches und die gewünschte Wärmeenergie für den Betrieb der Gasturbine.

[0053] Es ist zu beachten, dass bei den Schritten 430 und 440 die Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze, die Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze, die Einheit zum Ermitteln der Wärmeenergie und die Einheit zum Ermitteln der gewünschten Wärmeenergie die Betriebsphase berücksichtigen, also Anfahr-, Last- und Abschaltphasen der Gasturbine. Die Ermittlung der unteren Entflammbarkeitsgrenze kann - abhängig vom Betriebsmodus der Phase - selbst innerhalb einer Betriebsphase variieren. Zum Beispiel kann sich während der Anfahrphase der Betriebsmodus im Anlass-, Spül-, Kraftstoff- und Luftzufuhr-, Zünd-, Beschleunigungs- oder Aufwärmstadium befinden.

[0054] Die Ergebnisse der Schritte 430 und 440 werden der Einstelleinheit als Eingaben zur Verfügung gestellt, beispielsweise zu Beginn jedes Betriebsmodus der Anfahrphase der Gasturbine bei Schritt 450. Bei diesem Schritt ermittelt die Einstelleinheit die gewünschte Entflammbarkeit des Kraftstoff-Luft-Gemisches für den Betriebsmodus auf der Basis der in den Schritten 430 und 440 gesammelten Informationen und ermittelt, welche Eingabe(n) entscheidend für den spezifischen Betriebsmodus, die erwartete Kraftstoffzusammensetzung oder beide sind. In diesem Zusammenhang weist «entscheidend» darauf hin, dass ein wesentlicher Unterschied zwischen dem gemessenen Wert und dem Auslegungswert eines Parameters vorliegt. Zum Beispiel kann der untere Heizwert des Kraftstoffs zu niedrig und die Temperatur des Kraftstoff-Luft-Gemisches bereits zu hoch sein. In diesem Fall kann die Kraftstoffmischung angepasst werden, indem das Ventil 7 geöffnet wird, das einer reaktionsfreudigeren Kraftstoffkomponente zugeordnet ist, um den unteren Heizwert Hu des Kraftstoffs an den Auslegungswert oder eine Spanne von Auslegungswerten anzupassen. Bei diesem Beispiel stellt die reaktionsfreudigere Kraftstoffkomponente eine entscheidende Eingabe dar, da diese beeinflusst, ob der tatsächliche Hu des Kraftstoffs dem Auslegungswert entspricht. Da ein Parameter durch mehrere Faktoren beeinflusst werden kann, kann es auch mehrere entscheidende Eingaben geben. Bei dem obigen Beispiel kann jede Kraftstoffkomponente, deren Hu hoch genug ist, dazu verwendet werden, den unteren Heizwert des Gesamtkraftstoffs zu erhöhen, und kann daher als entscheidend betrachtet werden.

[0055] Auf der Grundlage der entscheidenden Eingaben stellt die Einstelleinheit in Schritt 460 das K/L-Verhältnis ein, indem Aspekte gesteuert werden, die in Bezug zu Kraftstoff und Kraftstoffzufuhr stehen, um den Turbinenbetrieb an die gewünschten Werte anzupassen. Diese Aspekte umfassen unter anderem die Regelung der Luftzufuhr in Schritt 470 und die Kraftstoffzufuhr in Schritt 480. In den Fig. 1und 2ist zu erkennen, dass die Kraftstoffzufuhr geregelt werden kann, indem durch Steuerung von einem oder mehreren der Ventile 4, 7, 9 und 13 eines oder mehrere der folgenden Elemente geregelt werden: Kraftstoffdurchfluss, Zusammensetzung der Kraftstoffkomponenten und Kraftstofftemperatur. Die Luftzufuhr kann gesteuert werden, indem durch Betätigen der Ventile 5, 10 und 11 eines oder mehrere der folgenden Elemente geregelt werden: Luftdurchfluss, Luftdruck und Lufttemperatur.

[0056] Bei Schritt 490 ermittelt die Einstelleinheit, ob die gewünschte Anpassung des K/L-Verhältnisses vorgenommen wurde. Für diese Ermittlung können beispielsweise Rückmeldungsinformationen von einem oder mehreren Sensoren verwendet werden. Wurde die gewünschte Anpassung nicht vorgenommen, können die Schritte 460, 470, 480 und 490 wiederholt werden.

[0057] Bei einer nicht einschränkenden Ausführungsform liefern die Sensoren unter anderem Rückmeldungsinformationen zu einem oder mehreren der folgenden Punkte: Kraftstoffzusammensetzung, Kraftstoffdurchfluss, Kraftstofftemperatur, Energiegehalt, spezifisches Gewicht, Luftdurchfluss, Lufttemperatur und Luftdruck.

[0058] Das gewünschte K/L-Verhältnis kann für den der Brennkammer zugeführten Kraftstoff und den Betriebsmodus der Gasturbine spezifisch sein. Es ist allgemein bekannt, dass unterschiedliche Kraftstoffe bei einer gegebenen Temperatur und einem gegebenen Druck über unterschiedliche Entflammbarkeitsgrenzen verfügen. Beispielsweise kann das gewünschte K/L-Verhältnis von Wasserstoff im Aufwärmstadium sich von dem gewünschten K/L-Verhältnis von Methan in demselben Aufwärmstadium unterscheiden. Es ist ebenfalls allgemein bekannt, dass die Entflammbarkeitsgrenzen eines gegebenen Kraftstoffs sich bei Temperaturänderungen ändern können. Daher kann das gewünschte K/L-Verhältnis von Wasserstoff während des Zündstadiums sich von dem gewünschten K/L-Verhältnis von Wasserstoff im Aufwärm- oder Beschleunigungsstadium unterscheiden. Wenn der der Brennkammer zugeführte Kraftstoff aus mehreren Komponenten besteht, kann sich das gewünschte K/L-Verhältnis auch auf der Grundlage der speziellen Mischung der Kraftstoffkomponenten ändern, d. h., das K/L-Verhältnis kann auf der Kraftstoffzusammensetzung beruhen. Rückmeldungsinformationen zur Kraftstoffzusammensetzung wären daher nützlich.

[0059] Bei der Durchführung der Schritte zum Einstellen des K/L-Verhältnisses muss nicht unbedingt das gewünschte K/L-Verhältnis erzielt werden. Daher können bei einer nicht einschränkenden Implementierung des Schritts 490 - feststellen, ob die gewünschte K/L-Einstellung vorgenommen wurde - die Kriterien erfüllt sein, wenn die Differenz zwischen dem gewünschten und dem eingestellten K/L-Verhältnis nicht zu gross ist, d. h. die Differenz einen vorgegebenen Wert nicht überschreitet. Selbstverständlich sollte das eingestellte Verhältnis nicht unter der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches liegen.

[0060] Alternativ kann die gewünschte Spanne für das K/L-Verhältnis festgelegt werden. In diesem Fall können bei der Ermittlung, ob die gewünschte K/L-Anpassung vorgenommen wurde, die Kriterien erfüllt werden, wenn das eingestellte K/L-Verhältnis innerhalb der festgelegten Spanne liegt. Die gewünschte Spanne für das K/L-Verhältnis kann die untere Entflammbarkeitsgrenze enthalten, sollte aber keine Werte unterhalb der unteren Entflammbarkeitsgrenze umfassen. Wenn eine gewisse Fehlertoleranz gewünscht wird, kann die Untergrenze der gewünschten Spanne ein festgelegter Wert über der unteren Entflammbarkeitsgrenze sein.

[0061] Es sollte beachtet werden, dass die untere Entflammbarkeitsgrenze sich auf die Minimaleinstellung für die Kraftstoffzufuhr auswirkt. Wird weniger Kraftstoff zugeführt, tritt mageres Verlöschen ein. Allerdings sollte auch eine Maximalleinstellung für die Kraftstoffzufuhr festgelegt werden, um das Explosionsrisiko zu minimieren. Die Maximaleinstellung für die Kraftstoffzufuhr kann auf der Basis einer Korrektur einer begleitenden oberen Entflammbarkeitsgrenze festgelegt werden. Bei einem Aspekt kann die Einstelleinheit des Controllers die Minimal- und Maximaleinstellung für die Kraftstoffzufuhr durch eine Korrektur der unteren und oberen Entflammbarkeitsgrenze festlegen, während sich die Gasturbine im Beschleunigungsmodus der Anfahrphase befindet.

[0062] In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele zur Offenbarung der Erfindung verwendet - darunter die bevorzugte (beste) Ausführungsform (best mode), die auch dazu dienen sollen, alle Fachleute in die Lage zu versetzen, die Erfindung anzuwenden, eingeschlossen die Herstellung und Verwendung jeder Vorrichtung oder jedes Systems sowie die Durchführung jedes enthaltenen Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Patentansprüche definiert und kann andere Beispiele einschliessen, wie sie Fachleuten einfallen könnten. Derartige andere Beispiele sollen in dem Schutzbereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn diese Beispiele strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von der wörtlichen Bedeutung der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden zur wörtlichen Bedeutung der Ansprüche aufweisen.

[0063] Beim Betrieb einer Gasturbine 2 kann ein Unterschied zwischen dem gewünschten Heizwert des Kraftstoffs und den tatsächlichen Anforderungen an den Kraftstoff bestehen, die für eine kontinuierliche Verbrennung in verschiedenen Stadien des Turbinenbetriebs erforderlich sind. Bei einem Aspekt wird der Betrieb der Gasturbine 2 an der unteren Entflammbarkeitsgrenze ohne das Risiko des mageren Verlöschens ermöglicht, indem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoffs und die Eigenschaften des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf der Basis der Betriebsanforderungen der Turbine 2 und der Entflammbarkeit der Kraftstoffkomponenten angepasst werden.

Bezugszeichenliste

[0064] <tb>1<sep>Brennkammer <tb>2<sep>Gasturbine <tb>3<sep>Verdichter <tb>4, 7, 9, 10, 11, 13<sep>Ventil <tb>5<sep>3-Wege-Ventil <tb>6<sep>Controller <tb>8a<sep>Kraftstoffwärmetauscher <tb>8b<sep>Luftstoffwärmetauscher <tb>12<sep>Kraftstofflagerungs- und Zufuhrsystem <tb>14<sep>Kraftstofftemperatursensor <tb>15<sep>Lufttemperatursensor <tb>16<sep>Kraftstoffzusammensetzungssensor <tb>17<sep>Rotordrehzahlsensor <tb>310<sep>Parameter-Empfangseinheit <tb>320<sep>Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze <tb>330<sep>Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze <tb>340<sep>Einstelleinheit <tb>350<sep>Einheit zum Ermitteln der Wärmeenergie <tb>360<sep>Einheit zum Ermitteln der gewünschten Wärmeenergie

Claims (10)

1. Verfahren (400) für die Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine, wobei der Kraftstoff eine Zusammensetzung aus einer oder mehreren Kraftstoffkomponenten umfasst und das Verfahren (400) umfasst: einen Controller (6), der eine untere Entflammbarkeitsgrenze des in eine Brennkammer (1) der Gasturbine (2) eintretenden Gemisches ermittelt (430), und zwar auf der Grundlage von Kraftstoffparametern des Kraftstoffs im Gemisch, Luftparametern der Luft im Gemisch oder beidem; wobei der Controller (6) eine gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches zum Betrieb der Gasturbine (2) ermittelt (430), und wobei der Controller (6) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so einstellt (460), dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des eingestellten Gemisches nach der Einstellung an oder über der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze liegt, wobei die untere Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs eine Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches ist, unterhalb derer ein mageres Verlöschen nicht ausgeschlossen ist.

2. Verfahren (400) nach Anspruch 1, das weiter Folgendes umfasst: der Controller (6) ermittelt (440) die Wärmeenergie des Gemisches, und der Controller (6) ermittelt (440) eine gewünschte Wärmeenergie für den Betrieb der Gasturbine (2), wobei der Schritt des Einstellens (460) des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Gemisches umfasst, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis so eingestellt wird, dass die gewünschte Wärmeenergie erreicht wird.

3. Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einstellens (460) des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Gemisches Folgendes umfasst: der Controller (6) ermittelt (450) eine oder mehrere entscheidende Eingaben für einen Betriebsmodus, eine erwartete Kraftstoffzusammensetzung oder beides - auf der Grundlage von Kraftstoffparametern, Luftparametern oder beidem, und der Controller (6) regelt die Luftzufuhr (470), die Kraftstoffzufuhr (480) oder beide auf der Grundlage der entscheidenden Eingaben und der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches, um ein gewünschtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu erzielen, wobei jede entscheidende Eingabe einer Eingabe entspricht, die einen Kraftstoff- oder Luftparameter beeinflusst, der nicht mit einem gewünschten Wert oder einer gewünschten Spanne von Werten übereinstimmt, so dass der Kraftstoff- oder Luftparameter mit dem gewünschten Wert oder der gewünschten Spanne von Werten zur Übereinstimmung gebracht wird.

4. Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei bei dem Schritt des Einstellens (460) des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Gemisches das Kraftstoff-Luft-Verhältnis so eingestellt wird, dass die Entflammbarkeit des Kraftstoffs nach dem Einstellen innerhalb einer Spanne liegt, die durch die gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze plus eine vorgegebenen magere Löschgrenze definiert wird.

5. Verfahren (400) nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Einstellens (460) des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Gemisches umfasst, dass der Controller (6) eine Korrektur der Entflammbarkeit auf der Basis einer Transferfunktion vornimmt, die eine Beziehung zwischen der Kraftstofftemperatur, dem Heizwert des Kraftstoffs und der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs modelliert.

6. Controller (6) zum Steuern der Zufuhr eines Kraftstoff-Luft-Gemisches zu einer Gasturbine (2), wobei der Kraftstoff eine Zusammensetzung aus einer oder mehreren Kraftstoffkomponenten umfasst, und wobei der Controller (6) umfasst: eine Parameter-Empfangseinheit (310), die so eingerichtet ist, dass sie Kraftstoffparameter des Kraftstoffs im Gemisch, Luftparameter der Luft im Gemisch oder beides empfängt; eine Einheit zum Ermitteln der unteren Entflammbarkeitsgrenze (320), die so eingerichtet ist, dass sie auf der Grundlage der Kraftstoffparameter, der Luftparameter oder beider eine untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches ermittelt; eine Einheit zum Ermitteln der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze (330), die so eingerichtet ist, dass sie eine gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches für den Betrieb der Gasturbine (2) ermittelt und eine Einstelleinheit (340), die so eingerichtet ist, dass sie ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so einstellt, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des eingestellten Gemisches nach der Einstellung an oder über der gewünschten unteren Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs liegt, wobei die untere Entflammbarkeitsgrenze des Kraftstoffs eine Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches ist, unterhalb derer ein mageres Verlöschen nicht ausgeschlossen ist.

7. Controller (6) nach Anspruch 6, der weiter umfasst: eine Einheit zum Ermitteln der Wärmeenergie (350), die so eingerichtet ist, dass sie die Wärmeenergie des Gemisches ermittelt, und eine Einheit zum Ermitteln der gewünschten Wärmeenergie (360), die so eingerichtet ist, dass sie eine gewünschte Wärmeenergie für den Betrieb der Gasturbine (2) ermittelt, wobei die Einstelleinheit (340) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so einstellt, dass die gewünschte Wärmeenergie erreicht wird.

8. Controller (6) nach Anspruch 6, wobei die Einstelleinheit (340) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches einstellt, indem sie: auf der Basis von Kraftstoffparametern, Luftparametern oder beiden eine oder mehrere entscheidende Eingaben für einen Betriebsmodus, eine erwartete Kraftstoffzusammensetzung oder beides ermittelt, und wobei sie die Luftzufuhr, Kraftstoffzufuhr oder beide auf der Grundlage der entscheidenden Eingaben und der unteren Entflammbarkeitsgrenze des Gemisches regelt, um ein gewünschtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis zu erzielen, wobei jede entscheidende Eingabe einer Eingabe entspricht, die einen Kraftstoff- oder Luftparameter beeinflusst, der nicht mit einem gewünschten Wert oder einer gewünschten Spanne von Werten übereinstimmt, so dass der Kraftstoff- oder Luftparameter mit dem gewünschten Wert oder der gewünschten Spanne von Werten zur Übereinstimmung gebracht wird.

9. Controller (6) nach Anspruch 6, wobei die Einstelleinheit (340) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches so einstellt, dass die Entflammbarkeit des Kraftstoffs nach der Einstellung innerhalb einer Spanne liegt, die durch die gewünschte untere Entflammbarkeitsgrenze plus eine vorgegebene magere Löschgrenze definiert wird.

10. Controller (6) nach Anspruch 6, wobei die Einstelleinheit (340) das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Gemisches durch Anwendung einer Entflammbarkeitskorrektur einstellt, die auf einer Transferfunktion basiert, die eine Beziehung zwischen einer Kraftstofftemperatur, dem Heizwert des Kraftstoffs und der unteren Entflammbarkeitsgrenze modelliert.