CH708485A2 - Systeme und Verfahren zum Enteisen eines Einlasssiebs einer Gasturbine und zum Entfeuchten von Lufteinlassfiltern. - Google Patents

Abstract

Es wird ein System zum Enteisen einer Gasturbine (101) geschaffen. Eine Zweigleitung ist mit einem Einlasssieb (135) verbunden. Eine erste Leitung ist mit einer Stufe des Verdichters (105) und einem ersten Eingang der Mischerkomponente (185) verbunden. Eine zweite Leitung ist mit dem Abgasauslass (120) und einem zweiten Eingang der Mischerkomponente (185) verbunden. Die zweite Leitung ist dafür ausgelegt, Abgase zu extrahieren, ohne den Druck am Abgasauslass zu erhöhen. Eine dritte Leitung (190) ist mit dem Auslass der Mischerkomponente (185) und der Zweigleitung verbunden. Ein Verfahren zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs (135) beinhaltet das Bestimmen einer Ist-Temperatur am Einlasssieb (135) und das Bestimmen einer Soll-Temperatur am Einlasssieb. Wenn die Ist-Temperatur am Einlasssieb (135) niedriger ist als die Soll-Temperatur am Einlasssieb (135), wird eine erste Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung berechnet, die nötig ist, um die Soll-Einlasssiebtemperatur zu erhalten. Das Verfahren beinhaltet auch das Extrahieren einer Menge an Abgas aus dem Turbinenabgasauslass-Untersystem (120) ohne Erhöhen eines Drucks am Turbinenabgasauslass-Untersystem (120), das Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe und das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen, die zum Einlasssieb (135) befördert wird.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen

[0001] Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung von US-Seriennummer 13/303,852, eingereicht am 23. November 2011.

Gebiet der Technik

[0002] Der hier beschriebene Gegenstand betrifft allgemein Gasturbinen und genauer Verfahren und Systeme, mit denen eine Vereisung von Einlasssieben von Gasturbinen verhindert werden soll.

Allgemeiner Stand der Technik

[0003] Gasturbinen beinhalten in der Regel einen Verdichter zum Verdichten von einströmender Luft, einen Brenner zum Mischen von Brennstoff mit der verdichteten Luft und zum Entzünden einer Brennstoff/Luft-Mischung, um einen Hochtemperatur-Gasstrom zu bilden, und einen Turbinenabschnitt, der von dem Hochtemperatur-Gasstrom angetrieben wird.

[0004] Gasturbinen werden weltweit unter vielfältigen klimatischen Bedingungen für die Erzeugung elektrischer Leistung oder als mechanische Antriebe für die Betätigung vom Pumpen und Verdichtern verwendet. Ein Betrieb unter Bedingungen kalter Umgebungstemperaturen und hoher Feuchtigkeit bewirkt häufig eine Eisbildung auf den Komponenten eines Turbineneinlassfiltergehäuses. Häufig ist diese Eisbildung auf Luftfilterelementen (Vogelschutzgittern, Feuchtigkeitsabscheidern, Koaleszenzfiltern und Filtermodulen) schwerwiegend genug, um einen Luftstrom zu beschränken und einen Abfall des Einlassluftdrucks über dem Filtergehäuse zu bewirken, was zu einem Leistungsverlust der Gasturbine oder sogar zu einem Abschalten führt. Ein Eisniederschlag bildet sich, wenn Wasser, das als Flüssigkeit oder Feststoff bei einer Temperatur nahe oder unter dem Gefrierpunkt aufgenommen wird, an den meisten freiliegenden Oberflächen haftet, was zur Eisbildung führt. Ebenso bildet sich Eis, wenn gesättigte gekühlte Luft mit kälteren Filtergehäuseoberflächen in Kontakt kommt.

[0005] Ein üblicher Ansatz zur Beherrschung der Eisbildung besteht darin, die Feuchtigkeitsabscheider und Koaleszenzfilter, die in einer Wetterhaube installiert sind, zu entfernen und die Umgebungsluft stromaufwärts von den Luftfiltermodulen mittels warmer Luft oder Spiralen zu erwärmen, die entweder mit Dampf oder mit einer Mischung aus warmem Wasser/Glycol beliefert werden.

[0006] Bei einem typischen Enteisungssystem nach dem Stand der Technik wird mittels eines im Abgasrohrkanal positionierten Umgehungsventils Abgas zurückgeführt. Dadurch können genügend warme Gase konstant zum Einlass zurückgeführt werden, damit die Lufttemperatur am Turbineneinlass bei mindestens +40 °F gehalten werden kann. Dieser Ansatz hat den Nachteil, dass der Druck am Turbinenabgasauslass erhöht wird, was sich negativ auf die Leistung der Gasturbine auswirkt.

[0007] Eine andere Art eines Enteisungssystems nutzt Heizspiralen, die vor den Einlassfiltern angeordnet werden, um eine Erwärmung unter Umgebungsbedingungen zu ermöglichen, welche die Bildung von Eis auf den Luftfiltern, Innenfiltergehäusewänden ebenso wie stromabwärts gelegenen Turbinenkomponenten, beispielsweise Einlassleitschaufeln und Schaufeln der ersten Verdichterstufe, begünstigen. Bei Systemen auf Spiralenbasis wird Wärme in Form einer Mischung aus warmem Wasser/Glycol oder einem unter niedrigem Druck stehenden Dampf (LP) zu den Spiralen geliefert. Dieser Ansatz erhöht die Kapitalkosten und kann sich aufgrund der zusätzlichen Luftstrombeschränkung (dem Druckabfall), der beispielsweise durch die Heizspiralen verursacht wird, über dem Betriebsjähr negativ auf die Produktionsleistung auswirken.

[0008] Ein weiterer Ansatz besteht darin, mehrere Heizplatten (Bündel) vorzusehen, die an dem Einlassluftfiltergehäuse der Turbine oder angrenzend an dieses vorgesehen sind. Jede Heizplatte ist mit einem oder mehreren elektrischen Widerstandsheizelementen versehen. Ausserdem ist ein Controller zum selektiven Aktivieren der Widerstandsheizelemente auf jeder von den Heizplatten vorgesehen.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0009] Die Erfindung liefert eine Lösung für das Problem der Verhütung der Eisbildung auf den Einlassgittern der Gasturbine ohne einen nennenswerten Leistungsverlust.

[0010] Gemäss einem nicht-beschränkenden Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erwärmen eines Einlasssiebs in einer Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet die Bestimmung einer Ist-Einlasssiebtemperatur und die Bestimmung einer Soll-Einlasssiebtemperatur. Wenn die Ist-Einlasssiebtemperatur niedriger ist als die Soll-Einlasssiebtemperatur, beinhaltet das Verfahren das Berechnen einer ersten Strömungsrate einer Luft/Abgasmischung, die nötig ist, um die Soll-Einlasssiebtemperatur zu erreichen. Das Verfahren beinhaltet auch das Extrahieren einer Menge an Abgas aus dem Turbinenabgasauslass-Untersystem ohne Erhöhen eines Drucks am Turbinenabgasauslass-Untersystem, das Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe und das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet ausserdem das Befördern der- Luft-Abgas-Mischung zum Einlasssieb, wobei die Luft-Abgas-Mischung mit einer Strömungsrate befördert wird, die der ersten Strömungsrate gleich ist.

[0011] Das Verfahren kann beinhalten, dass das Befördern der Luft-Abgas-Mischung zum Einlasssieb das Justieren eines Einlasssiebsteuerventils umfasst.

[0012] Jedes der oben genannten Verfahren kann umfassen, dass das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um die Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen, das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft in einem Ejektor umfasst.

[0013] Jedes der oben genannten Verfahren kann das Hinzufügen von Luft zu der Menge an Abgas beinhalten.

[0014] Jedes der oben genannten Verfahren kann ferner umfassen: das Bestimmen einer Ist-Verdichtereinlasstemperatur, das Bestimmen einer Soll-Verdichtereinlasstemperatur; wenn die Ist-Verdichtereinlasstemperatur niedriger ist als die Soll-Verdichtereinlasstemperatur, ist ferner enthalten: das Berechnen einer zweiten Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung, die nötig ist, um die Soll-Verdichtereinlasstemperatur zu erreichen; das Extrahieren einer Menge an Abgas aus einem Turbinenabgasauslass; das Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe; das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um die Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen; und Befördern der Luft-Abgas-Mischung zu einem Verdichtereinlass; wobei die Luft-Abgas-Mischung eine Strömungsrate aufweist, die der zweiten Strömungsrate gleich ist.

[0015] Jedes der oben genannten Verfahren kann beinhalten, dass das Befördern der Luft-Abgas-Mischung zum Einlasssieb das Justieren eines Einlasssiebsteuerventils umfasst.

[0016] Jedes der oben genannten Verfahren kann umfassen, dass die Soll-Einlasssiebtemperatur ausreicht, um das Einlasssieb zu enteisen.

[0017] Jedes der oben genannten Verfahren kann umfassen, dass die Soll-Einlasssiebtemperatur ausreicht, um das Einlassluftfilter zu entfeuchten.

[0018] In einer anderen Ausführungsform weist ein System einen Verdichter, eine Turbine mit einem Abgasauslass und ein Einlasssieb auf. Eine Zweigleitung ist mit dem Einlasssieb verbunden. Eine Mischerkomponente mit einem ersten Eingang, einem zweiten Eingang und einem Ausgang ist bereitgestellt. Eine erste Leitung ist mit einer Stufe des Verdichters und dem ersten Eingang der Mischerkomponente verbunden. Eine zweite Leitung ist mit dem Abgasauslass und dem zweiten Eingang der Mischerkomponente verbunden, wobei die zweite Leitung dafür ausgelegt ist, Abgase zu extrahieren, ohne den Druck am Abgasauslass zu erhöhen. Eine dritte Leitung ist mit dem Auslass der Mischerkomponente und der Zweigleitung verbunden.

[0019] Das System kann ferner ein erstes Steuerventil umfassen, das an der ersten Leitung angeordnet ist.

[0020] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner ein erstes Blockventil umfassen, das an der zweiten Leitung angeordnet ist.

[0021] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner ein zweites Steuerventil umfassen, das an der dritten Leitung angeordnet ist.

[0022] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner ein IBH-System, das mit dem Verdichter verbunden ist, und eine IBH-Zweigleitung umfassen, die mit der dritten Leitung und dem IBH-System verbunden ist.

[0023] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner einen Brenner umfassen, der mit dem Verdichter und der Turbine verbunden ist.

[0024] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator umfassen, der mit der Turbine verbunden ist.

[0025] In einer anderen Ausführungsform wird ein System bereitgestellt, das einen Verdichter, ein Verbrennungssystem, eine Turbine und ein Turbinenabgasauslass-Untersystem beinhaltet. Das System kann einen Verdichtereinlass, der mit dem Verdichter verbunden ist, und ein Einlasssieb aufweisen, das mit dem Verdichtereinlass verbunden ist. Eine Zweigleitung ist mit dem Einlasssieb verbunden. Ein Verdichterextraktions-Untersystem, das dafür ausgelegt ist, Luft aus dem Verdichter zu extrahieren, ist mit einer Stufe des Verdichters verbunden. Ein Abgasextraktions-Untersystem, das dafür ausgelegt ist, Abgase zu extrahieren, ohne den Druck am Abgasauslass-Untersystem zu erhöhen, ist mit dem Turbinenabgasauslass-Untersystem verbunden. Eine Mischerkomponente ist mit dem Verdichterextraktions-Untersystem und dem Abgasextraktions-Untersystem verbunden. Die Mischerkomponente ist dafür ausgelegt, die Luft und die Abgase zu mischen, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen. Das System beinhaltet eine erste Leitung, die mit der Mischerkomponente und der Zweigleitung verbunden ist und die Luft-Abgas-Mischung zur Zweigleitung befördert.

[0026] Das oben genannte System kann ferner umfassen: eine Einlass-Wärmeabzapfungszweigleitung, die mit dem Verdichtereinlass verbunden ist; und eine zweite Leitung, die mit der Mischerkomponente und der Einlass-Wärmeabzapfungszweigleitung verbunden ist.

[0027] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner umfassen: ein erstes Steuerungs-Untersystem, das an der zweiten Leitung angeordnet ist; ein zweites Steuerungs-Untersystem, das mit dem Abgasextraktions-Untersystem verbunden ist; und ein drittes Steuerungs-Untersystem, das mit dem Verdichterextraktions-Untersystem verbunden ist.

[0028] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner eine mechanische Last umfassen, die mit der Turbine verbunden ist.

[0029] Jedes der oben genannten Systeme kann ferner eine Dampfturbine umfassen, die mit dem Turbinenabgasauslass-Untersystem verbunden ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0030] Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Zusammenschau mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich, in denen anhand von Beispielen die Prinzipien bestimmter Aspekte der Erfindung dargestellt werden. <tb>Fig. 1<SEP>ist ein Schema einer Ausführungsform eines Systems zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs. <tb>Fig. 2<SEP>ist ein Schema einer Ausführungsform eines Steuersystems, das in einem System zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs verwendet wird. <tb>Fig. 3<SEP>ist eine alternative Ausführungsform eines Systems zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs. <tb>Fig. 4<SEP>ist eine alternative Ausführungsform eines Systems zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs. <tb>Fig. 5<SEP>ist Ablaufschema, das ein Verfahren zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs darstellt. <tb>Fig. 6<SEP>ist ein Ablaufschema, das zusätzliche Schritte in einem Verfahren zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs darstellt.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0031] In Fig. 1 ist eine Ausführungsform eines Gasturbinensystems 100 mit einer Einlasssiebenteisungsfunktion dargestellt. Das Gasturbinensystem 100 kann eine oder mehrere Gasturbinen 101 aufweisen. Jede Gasturbine 101 weist einen Verdichter 105 auf, der einen ankommenden Luftstrom komprimiert. Der Verdichter 105 liefert den verdichteten Luftstrom zu einem Verbrennungs-Untersystem 110, wo der verdichtete Luftstrom mit einem verdichteten Brennstoffstrom vermischt wird und die Mischung entzündet wird, um einen Verbrennungsgasstrom zu erzeugen. Der Verbrennungsgasstrom wird seinerseits zu einer Turbine 115 geliefert und treibt die Turbine 115 an, um mechanische Arbeit zu erzeugen. Die mechanische Arbeit, die in der Turbine 115 erzeugt wird, treibt den Verdichter 105 und einen externen Verbraucher an, beispielsweise einen elektrischen Generator. Der Verbrennungsgasstrom kann über ein Abgasauslass-Untersystem 120 zu einem Abgasrohr abgeführt oder auf andere Weise entsorgt werden.

[0032] Die Gasturbine 101 kann ein Verdichtereinlass-Untersystem 125 beinhalten mit einer gelenkigen Einlass-Leitschaufel 130, die sich in der Gasturbine 101 im Wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt.

[0033] Die Gasturbine 101 kann ein Einlasssieb 135 oder ein Filtergehäuse aufweisen, das Filteranordnungen beinhaltet, die mehrere Einlassluftfilter 136 aufweisen, die Feuchtigkeit und teilchenförmiges Material, beispielsweise Staub und Schmutz, aus der Luft entfernen, die zu der Gasturbine 101 kanalisiert wird.

[0034] Das Gasturbinensystem 100 kann auch eine Verdichterumgehungsleitung 140 (eine erste Leitung) aufweisen, die genutzt wird, um eine Menge an verdichteter Luft aus einer Stufe des Verdichters 105 zu extrahieren. Assoziiert mit der Verdichterumgehungsleitung 140 ist ein Steuerungs-Untersystem für die erste Leitung, 145, das ein Steuerventil für die erste Leitung, 150, und einen Stromsensor für die erste Leitung, 155, aufweisen kann. Das Gasturbinensystem 100 weist ausserdem eine Abgasauslass-Umgehungsleitung 160 (eine zweite Leitung) und ein Steuerungs-Untersystem für die zweite Leitung, 165, auf. Die Abgasauslass-Umgehungsleitung 160 extrahiert eine Menge an Abgasen aus dem Abgasauslass-Untersystem 120, ohne den Druck am Abgasauslass-Untersystem 120 zu erhöhen (beispielsweise durch Ansaugung). Das Steuerungs-Untersystem für die zweite Leitung, 165, kann ein Blockventil für die zweite Leitung, 170, aufweisen. Abgase, die durch die Abgasauslass-Umgehungsleitung 160 strömen, können mit gefilterter Luft aus der Quelle für gefilterte Luft, 175, gemischt werden. Die Menge der gefilterten Luft wird mit dem Steuerventil für gefilterte Luft, 180, gesteuert. Eine alternative Quelle für ungefilterte Luft, 176, ist ungefiltert und wird mit dem Steuerventil 181 gesteuert und kann mit dem Strom in der Abgasauslass-Umgehungsleitung 160 gemischt werden.

[0035] Luft aus der Verdichter-Umgehungsleitung 140 und Abgase aus der Abgasauslass-Umgehungsleitung 160 – die mit gefilterter oder ungefilterter Luft vermischt sein können, aber nicht vermischt sein müssen – werden in der Mischerkomponente 185, beispielsweise einem Ejektor, gemischt. Wie der Fachmann weiss, sind Ejektoren eine Art von Strahlpumpe, die keine beweglichen Teile brauchen, um eine Flüssigkeit oder ein Gas aus einem bestimmten Bereich auspumpen zu können. Diese Pumpen nutzen ihren Aufbau, um Energie über den Venturi-Effekt von einem Fluid auf ein anderes zu übertragen. Im Ejektor strömt das Antriebsfluid (unter Druck stehende Luft aus dem Verdichter 105) durch die Düse des Ejektors und wandelt die Druckenergie in einen Strahl um. Das Ergebnis davon ist, dass das Fluid an der Vorderseite des Strahls verdrängt wird, wodurch ein Bereich niedrigen Drucks am Ausgang der Düse erzeugt wird. Abgase werden über den Einlassstutzen des Ejektors eingesaugt, wodurch ein Saugstrom erzeugt wird. Die verdichtete Luft und die eingesaugten Abgase werden vermischt, während sie sich durch den Diffusor des Ejektors bewegen. Die Geschwindigkeitsenergie dieser Luft-Abgas-Mischung wird in Druckenergie umgewandelt, so dass die Luft-Abgas-Mischung mit einem Gegendruck, der stärker ist als der Saugdruck, aus dem Ejektor ausgetragen wird.

[0036] Die Mischung aus Luft und Abgasen wird zu einer dritten Leitung 190 befördert. Ein Teil der Mischung aus Luft und Abgasen kann durch eine Einlass-Wärmeabzapfungsleitung (IBH-Leitung 195) zu einer Einlass-Wärmeabzapfungszweigleitung (IBH-Zweigleitung 200) befördert werden. Die Menge an der Mischung aus Luft und Abgasen, die zur IBH-Zweigleitung 200 befördert wird, wird mittels eines IBH-Umgehungssteuerventils 205 gesteuert. Ein Teil der Luft-Abgas-Mischung kann auch durch eine Einlasssiebleitung 210 zu einer Enteisungszweigleitung 215 befördert werden. Die Menge der Luft-Abgas-Mischung, die zur Enteisungszweigleitung 215 befördert wird, wird mittels eines Einlasssieb-Steuerventils 220 gesteuert. Die Mischung aus Luft und Abgasen wird ferner mit Umgebungsluft aus einer Umgebungsluftansaugung 225 kombiniert. In dem Fall, dass der gesamte Strom in der dritten Leitung 190 zur Enteisungszweigleitung 215 befördert wird, kann die alternative Quelle für ungefilterte Luft 176 verwendet werden, um die Belastung der Einlassluftfilter 136 zu minimieren.

[0037] Im Betrieb wird verdichtete Luft aus einer Stufe des Verdichters 105 (bei einer Temperatur Tcsn) zur Mischerkomponente 185 befördert. Abgase (bei einer Temperatur Tex) werden infolge des niedrigeren Drucks, der an der Mischerkomponente 185 erzeugt wird (z.B. an einem Ejektor) aus dem Abgasauslass-Untersystem 120 extrahiert, ohne den Druck am Abgasauslass-Untersystem 120 zu erhöhen. Die Menge an verdichteter Luft und Abgasen, die zur Mischerkomponente 185 befördert wird, hängt von der Soll-Temperatur am Einlasssieb 135 (Soll-Tis), der Ist-Temperatur am Einlasssieb 135 (Ist-Tis), der Soll-Temperatur an den Einlassluftfiltern 136 (Soll-Tfilter), der Soll-Temperatur am Verdichtereinlass (Soll-Tinlet) der Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125 (Ist-Tinlet) und der Umgebungstemperatur (Tamb) ab. Die relativen Mengen an Luft oder Gas werden unter Verwendung von Massenstromberechnungen berechnet und werden mittels des Steuerventils für die erste Leitung, 150, des Blockventils für die zweite Leitung, 170, des IBH-Umgehungssteuerventils 205 und des Einlasssiebsteuerventils 220 gesteuert.

[0038] Wie in Fig. 2 dargestellt, werden die Positionen des Steuerventils für die erste Leitung, 150, des Steuerventils für die zweite Leitung, 170, des IBH-Umgehungssteuerventils 205, des Steuerventils für gefilterte Luft, 180, des Steuerventils 181 und des Einlasssiebsteuerventils 220 von einer Steuereinheit 235 gesteuert. Die Steuereinheit 235 kann unter anderem auch Eingaben vom Stromsensor für die erste Leitung, 155 empfangen. Die Steuereinheit 235 kann eine unabhängige Steuereinheit sein oder in ein Gasturbinensteuersystem integriert sein.

[0039] Ein Beispiel für ein Gasturbinensteuersystem ist das Speedtronic™ Mark VI™ Control System der General Electric Company, das dafür ausgelegt ist, alle Gasturbinensteueranforderungen zu erfüllen, einschliesslich von Geschwindigkeits- und Laststeuerfunktionen, die dazu dienen, den Kraftstoffström unter Teillastbedingungen zu steuern, und einer Temperatursteuerung, die den Kraftstoff ström auf ein Maximum steuert, das konsistent ist mit dem Erreichen von Nenn-Brenntemperaturen, und die den Luftstrom über die Einlassleitflügel steuert. Das Mark VI™-Steuersystem handhabt ausserdem die Sequenzierung der Hilfseinrichtungen, um ein vollautomatisches Starten, Abschalten und Abkühlen zu ermöglichen. Das Basissystem beinhaltet einen Schutz der Gasturbine gegen widrige Betriebsbedingungen und das Melden von anomalen Bedingungen. Somit führt das Steuersystem zahlreiche Funktionen aus, einschliesslich einer Kraftstoff-, Luft- und Emissionssteuerung, einer Sequenzierung von Kraftstoff und Zusatzeinrichtungen zum Starten, Abschalten und Abkühlen, einer Synchronisierung und Spannungsabgleichung des Generators und des Systems, einer Überwachung aller Turbinen-, Steuerungs- und Zusatzeinrichtungsfunktionen und eines Schutzes gegen unsichere und widrige Betriebsbedingungen. Diese Funktionen werden sämtlich auf integrierte Weise durchgeführt, um die gewünschte vorprogrammierte und/oder Bedienereingabensteuerungs-Philosophie umzusetzen.

[0040] In einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 3 dargestellt ist, kann die Verdichterumgehungsleitung 140 mit dem Verdichterauslass 221 verbunden sein. Druckluft aus dem Verdichterauslass 221 wird mit Abgasen gemischt, die durch Ansaugung aus dem Abgasauslass-Untersystem 120 extrahiert werden. Dies kann unter Verwendung einer Mischerkomponente 185, beispielsweise eines Ejektors, durchgeführt werden.

[0041] In einer anderen Ausführungsform, die in Fig. 4 dargestellt ist, kann die zweite Leitung (eine Abgasauslass-Umgehungsleitung 160) ein Kanal mit einem grossen Durchmesser sein, der ein Blockventil 226 und ein Steuerventil 230 aufweist. Abgase stehen bei einer Kombizyklusgestaltung in der Regel unter einem Druck von etwa 12 Inch H20. Der im Verhältnis zum Umgebungsdruck positive Druck ist die Antriebskraft, um die Abgasstromfraktion zur Enteisungszweigleitung 215 zu transportieren. Angesichts des relativ niedrigen Lieferdrucks des Abgases ist davon auszugehen, dass dieser Umgehungskanal einen Strömungsquerschnitt von beispielsweise etwa 30% des Strömungsquerschnitts der Abgasauslass-Umgehungleitung 160 aufweist, der vom Gasturbinenabgasauslass zum Einlass des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators führt, um den nötigen Umgehungsstrom aufnehmen zu können.

[0042] In Fig. 5 ist ein Verfahren 300 zum Enteisen eines Einlasssiebs 135 einer Gasturbine 101 dargestellt.

[0043] In Schritt 305 bestimmt das Verfahren 300 eine Ist-Temperatur am Einlasssieb 135.

[0044] In Schritt 310 bestimmt das Verfahren 300 eine Soll-Temperatur am Einlasssieb 135. Die Soll-Temperatur am Einlasssieb 135 kann eine Temperatur sein, die ausreicht, um das Einlasssieb 135 zu enteisen oder um die Einlassluftfilter 136 zu entfeuchten, um die Bildung von Eis oder Wassertröpfchen zu verhindern.

[0045] In Schritt 315 bestimmt das Verfahren 300, ob die Ist-Temperatur am Einlasssieb 135 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Einlasssieb 135. Wenn die Ist-Temperatur am Einlasssieb 135 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Einlasssieb 135, dann sind die folgenden zusätzlichen Schritte in dem Verfahren enthalten.

[0046] In Schritt 316 bestimmt das Verfahren 300 die Abgastemperatur.

[0047] In Schritt 317 bestimmt das Verfahren 300 die Verdichterstufentemperatur.

[0048] In Schritt 320 berechnet das Verfahren 300 eine erste Strömungsrate einer Abgas-Luft-Mischung, die nötig ist, um die Soll-Temperatur am Einlasssieb 135 zu erreichen.

[0049] In Schritt 325 extrahiert das Verfahren 300 eine Menge an Abgas aus dem Turbinenabgasauslass mittels Ansaugung.

[0050] In Schritt 330 mischt das Verfahren 300 die Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen. Die Luft-Abgas-Mischung kann auch mit gefilterter Luft gemischt werden.

[0051] In Schritt 335 extrahiert das Verfahren 300 eine Menge an Luft aus einer Verdichterstufe.

[0052] In Schritt 340 mischt das Verfahren 300 das Abgas oder die Luft-Abgas-Mischung mit Luft aus einer Verdichterstufe. Schritt 340 kann mit einem Ejektor durchgeführt werden.

[0053] In Schritt 345 befördert das Verfahren 300 die Luft-Abgas -Mischung mit einer Strömungsrate, die der ersten Strömungsrate gleich ist, zum Einlasssieb. Dies kann durch Justieren eines Einlasssiebsteuerventils 220 durchgeführt werden.

[0054] Fig. 6 zeigt zusätzliche Schritte 350, die mit dem Verfahren 300 durchgeführt werden können.

[0055] In Schritt 355 bestimmt das Verfahren 300 eine Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125.

[0056] In Schritt 360 bestimmt das Verfahren 300 eine Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125.

[0057] In Schritt 365 bestimmt das Verfahren 300, ob die Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125. Wenn die Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125, dann führt das Verfahren 300 die folgenden zusätzlichen Schritte aus.

[0058] In Schritt 370 berechnet das Verfahren 300 eine zweite Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung, die nötig ist, um die Soll-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125 zu erreichen.

[0059] In Schritt 375 extrahiert das Verfahren 300 eine Menge an Abgas aus einem Turbinenabgasauslass, ohne den Druck am Turbinenabgasauslass zu erhöhen.

[0060] In Schritt 380 extrahiert das Verfahren 300 eine Menge an Luft aus einer Verdichterstufe;

[0061] In Schritt 385 mischt das Verfahren 300 die Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen; und

[0062] In Schritt 390 befördert das Verfahren 300 die Luft-Abgas-Mischung mit einer Strömungsrate, die der zweiten Strömungsrate gleich ist, zum Verdichtereinlass.

[0063] Das Verfahren 300 ermöglicht die Steuerung der Temperatur an der Enteisungszweigleitung 215 und der IBH-Zweigleitung 200, um eine Vereisung des Einlasssiebs zu vermeiden und die Leistung des Gasturbinensystems 100 zu optimieren. Dies wird durchgeführt, ohne den Druck am Abgasauslass zu erhöhen, wodurch eine nachteilige Auswirkung auf die Leistung vermieden wird.

[0064] Wo die Definition von Begriffen von der herkömmlichen Verwendung des Begriffes abweicht, beabsichtigt der Anmelder die nachstehend angegebenen Definitionen zu verwenden, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist.

[0065] Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und soll die Erfindung nicht beschränken. Wo die Definition von Begriffen von der herkömmlichen Verwendung des Begriffes abweicht, beabsichtigt der Anmelder, die hierin angegebenen Definitionen zu verwenden, solange nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist. Die Singularformen «einer, eine, eines» und «der, die, das» sollen die Pluralformen einschliessen, wenn der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Es sei klargestellt, dass die Begriffe erster, zweiter, usw. verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, dass diese Elemente aber durch diese Begriffe nicht beschränkt werden sollen. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element vom anderen zu unterscheiden. Der Begriff «und/oder» beinhaltet ausnahmslos jede Kombination aus einer oder mehreren der zugehörigen gelisteten Gegenstände. Die Ausdrücke «verkoppelt mit» und «verbunden mit» umfassen eine direkte oder eine indirekte Verbindung.

[0066] Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschliesslich der besten Weise zu ihrer Ausführung, zu beschreiben und um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu auch die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen und Systemen und die Ausführung enthaltener Verfahren gehören. Der schutzwürdige Bereich der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele einschliessen, die für den Fachmann naheliegend sein mögen. Diese anderen Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen.

[0067] Es wird ein System zum Enteisen einer Gasturbine geschaffen. Eine Zweigleitung ist mit einem Einlasssieb verbunden. Eine erste Leitung ist mit einer Stufe des Verdichters und einem ersten Eingang der Mischerkomponente verbunden. Eine zweite Leitung ist mit der Abgasauslass und einem zweiten Eingang der Mischerkomponente verbunden. Die zweite Leitung ist dafür ausgelegt, Abgase zu extrahieren, ohne den Druck am Abgasauslass zu erhöhen. Eine dritte Leitung ist mit dem Auslass der Mischerkomponente und der Zweigleitung verbunden. Ein Verfahren zum Enteisen eines Gasturbinen-Einlasssiebs beinhaltet das Bestimmen einer Ist-Temperatur am Einlasssieb und das Bestimmen einer Soll-Temperatur am Einlasssieb. Wenn die Ist-Temperatur am Einlasssieb niedriger ist als die Soll-Temperatur am Einlasssieb, wird eine erste Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung berechnet, die nötig ist, um die Soll-Einlasssiebtemperatur zu erhalten. Das Verfahren beinhaltet auch das Extrahieren einer Menge an Abgas aus dem Turbinenabgasauslass-Untersystem ohne Erhöhen eines Drucks am Turbinenabgasauslass-Untersystem, das Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe und das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen, die zum Einlasssieb befördert wird.

Bezugszeichenliste

[0068] <tb>100<SEP>Gasturbinensystem (5) <tb>101<SEP>Gasturbine (6) <tb>105<SEP>Verdichter (6) <tb>110<SEP>Verbrennungs-Untersystem <tb>115<SEP>Turbine (3) <tb>120<SEP>Abgasauslass-Untersystem (6) <tb>125<SEP>Verdichtereinlass-Untersystem (9) <tb>130<SEP>gelenkige Einlass-Leitflügelanordnung <tb>135<SEP>Einlasssieb (13) <tb>136<SEP>Einlassluftfilter (4) <tb>140<SEP>Verdichterumgehungsleitung (4) <tb>145<SEP>Steuerungs-Untersystem für die erste Leitung <tb>150<SEP>Steuerventil für die erste Leitung (3) <tb>155<SEP>Stromsensor für die erste Leitung (2) <tb>160<SEP>Abgasumgehungsleitung (7) <tb>165<SEP>Steuerungs-Untersystem für die zweite Leitung (2) <tb>170<SEP>Blockventil für die zweite Leitung (3) <tb>175<SEP>Filterluftquelle <tb>176<SEP>alternative Quelle für ungefilterte Luft (2) <tb>180<SEP>Filterluftsteuerventil (2) <tb>181<SEP>Steuerventil (2) <tb>185<SEP>Mischerkomponente (5) <tb>190<SEP>dritte Leitung (2) <tb>195<SEP>IBH-Leitung <tb>200<SEP>IBH-Zweigleitung (3) <tb>205<SEP>IBH-Umgehungssteuerventil (3) <tb>210<SEP>Einlasssiebleitung <tb>215<SEP>Enteisungszweigleitung (5) <tb>220<SEP>Einlasssiebsteuerventil (4) <tb>221<SEP>Verdichterauslass (2) <tb>225<SEP>Umgebungsluftansaugung <tb>226<SEP>Blockventil <tb>230<SEP>Steuerventil <tb>235<SEP>Steuereinheit (3) <tb>300<SEP>Verfahren (23) Verfahren zum Enteisen eines Einlasssiebs <tb>305<SEP>Schritt – bestimmt eine Ist-Temperatur am Einlasssieb <tb>310<SEP>Schritt – bestimmt eine Soll-Temperatur am Einlasssieb <tb>315<SEP>Schritt – bestimmt, ob die Ist-Temperatur am Einlasssieb 135 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Einlasssieb <tb>316<SEP>Schritt – bestimmt die Abgastemperatur <tb>317<SEP>Schritt – bestimmt die Verdichterstufentemperatur <tb>320<SEP>Schritt – berechnet die erste Strömungsrate einer Abgas-Luft-Mischung, die nötig ist, um die gewünschte Temperatur am Einlasssieb zu erreichen <tb>325<SEP>Schritt – extrahiert eine Menge an Abgas aus dem Turbinenabgasauslass mittels Ansaugung <tb>330<SEP>Schritt – mischt die Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen <tb>335<SEP>Schritt – extrahiert eine Menge an Luft aus einer Verdichterstufe <tb>340<SEP>Schritt – mischt das Abgas oder die Luft-Abgas-Mischung mit Luft aus einer Verdichterstufe <tb>345<SEP>Schritt – befördert die Luft-Abgas-Mischung zum Einlasssieb mit einer Strömungsrate, die der ersten Strömungsrate gleich ist <tb>350<SEP>zusätzliche Schritte <tb>355<SEP>Schritt – bestimmt eine Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem <tb>360<SEP>Schritt – bestimmt eine Soll-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem <tb>365<SEP>Schritt – bestimmt, ob die Ist-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125 niedriger ist als die Soll-Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem 125. <tb>370<SEP>Schritt – berechnet eine zweite Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung, die nötig ist, um die gewünschte Temperatur am Verdichtereinlass-Untersystem zu erreichen <tb>375<SEP>Schritt – extrahiert eine Menge an Abgas aus einem Turbinenabgasauslass, ohne den Druck am Turbinenabgasauslass zu erhöhen <tb>380<SEP>Schritt – extrahiert eine Menge an Luft aus einer Verdichterstufe <tb>385<SEP>Schritt – mischt die Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen <tb>390<SEP>Schritt – befördert die Luft-Abgas-Mischung mit einer Strömungsrate, die der zweiten Strömungsrate gleich ist, zum Verdichtereinlass

Claims (10)

1. Verfahren zum Erwärmen eines Einlasssiebs und eines Einlassluftfilters in einer Gasturbine, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmen einer Ist-Einlasssiebtemperatur; Bestimmen einer Soll-Einlasssiebtemperatur; wenn die Ist-Einlasssiebtemperatur niedriger ist als die Soll-Einlasssiebtemperatur, sind ferner enthalten: Berechnen einer ersten Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung, die nötig ist, um die Soll-Einlasssiebtemperatur zu erreichen; Extrahieren einer Menge an Abgas aus einem Turbinenabgasauslass-Untersystem, ohne einen Druck am Turbinenabgasauslass-Untersystem zu erhöhen; Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe; Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen; und Befördern der Luft-Abgas-Mischung zum Einlasssieb, wobei die Luft-Abgas-Mischung mit einer Strömungsrate befördert wird, die der ersten Strömungsrate gleichwertig ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befördern der Luft-Abgas -Mischung zum Einlasssieb das Justieren eines Einlasssiebsteuerventils umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um die Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen, das Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft in einem Ejektor umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner das Hinzufügen von Luft zu der Menge an Abgas umfassend.

5. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen einer Ist-Verdichtereinlasstemperatur; Bestimmen einer Soll-Verdichtereinlasstemperatur; wenn die Ist-Verdichtereinlasstemperatur niedriger ist als die Soll-Verdichtereinlasstemperatur, sind ferner enthalten: Berechnen einer zweiten Strömungsrate einer Luft-Abgas-Mischung, die nötig ist, um die gewünschte Verdichtereinlasstemperatur zu erreichen; Extrahieren einer Menge an Abgas aus einem Turbinenabgasauslass; Extrahieren einer Menge an Luft aus einer Verdichterstufe; Mischen der Menge an Abgas mit der Menge an Luft, um eine Luft-Abgas-Mischung zu erzeugen; und Befördern der Luft-Abgas-Mischung zu einem Verdichtereinlass, wobei die Luft-Abgas-Mischung mit einer Strömungsrate befördert wird, die der zweiten Strömungsrate gleich ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Befördern der Luft-Abgas -Mischung zum Verdichtereinlass das Justieren eines Verdichtereinlasssteuerventils umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Soll-Einlasssiebtemperatur ausreicht, um das Einlasssieb zu enteisen.

8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Soll-Einlasssiebtemperatur ausreicht, um das Einlassluftfilter zu entfeuchten.

9. System, umfassend: einen Verdichter; eine Turbine mit einem Abgasauslass; ein Einlasssieb; eine Zweigleitung, die mit dem Einlasssieb verbunden ist; eine Mischerkomponente, die einen ersten Einlass, einen zweiten Einlass und einen Auslass aufweist; eine erste Leitung, die mit einer Stufe des Verdichters und dem ersten Einlass der Mischerkomponente verbunden ist; eine zweite Leitung, die mit dem Abgasauslass und dem zweiten Einlass der Mischerkomponente verbunden ist, wobei die zweite Leitung dafür ausgelegt ist, Abgase durch Ansaugen zu extrahieren; und eine dritte Leitung, die mit dem Auslass der Mischerkomponente und der Zweigleitung verbunden ist.

10. System, umfassend: einen Verdichter; ein Verbrennungssystem; eine Turbine; ein Turbinenabgassystem; einen Verdichtereinlass, der mit dem Verdichter verbunden ist; ein Einlasssieb, das mit dem Verdichtereinlass verbunden ist; eine Zweigleitung, die mit dem Einlasssieb verbunden ist; ein Verdichterextraktions-Untersystem, das mit einer Stufe des Verdichters verbunden ist, wobei das Verdichterextraktions-Untersystem dafür ausgelegt ist, Luft aus dem Verdichter zu extrahieren; ein Abgasextraktions-Untersystem, das mit dem Turbinenabgasauslass-Untersystem verbunden ist, das dafür ausgelegt ist, Abgase während der Ansaugung zu extrahieren; eine Mischerkomponente, die mit dem Verdichterextraktions-Untersystem und dem Abgasextraktions-Untersystem verbunden ist, wobei die Mischerkomponente dafür ausgelegt ist, die Luft und Abgase zu mischen, um eine Luft-Abgas- Mischung zu erzeugen; und eine erste Leitung, die mit der Mischerkomponente und der Zweigleitung verbunden ist, die die Luft-Abgas-Mischung zur Zweigleitung befördert.