DE102008021118A1 - Verfahren und System zur Gasbefeuchtungsregelung - Google Patents

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John Reuben Aiton
Michael Joseph Alexander
Matthew Charles Prater
William Randolph Hurst
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Abstract

Es wird ein Befeuchtungssystem bereitgestellt. Das Befeuchtungssystem enthält mehrere Gasquellen (102, 104), die so eingerichtet sind, dass sie einen Gasstrom an mehrere Gasverbraucher liefern, mehrere Wärmequellen (226, 228), die dafür eingerichtet sind, Energie dem Rezirkulationswasser hinzuzufügen, nur einen Gasbefeuchter (112), der in einer Strömungsbeziehung mit den mehreren Gasquellen und den mehreren Gasverbrauchern verbunden ist, wobei der nur eine Gasbefeuchter dafür eingerichtet ist, einen Gasstrom mit einem vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil an die mehreren Gasverbraucher zu liefern, und ein Regelungssystem, das dafür eingerichtet ist, den vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil aufrechtzuerhalten.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein Kombinationszyklus-Energieerzeugungssysteme, und insbesondere Verfahren und Systeme zum Steuern des Feuchtigkeitsanteiles in einem Gasstrom eines Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystems.
  • Wenigstens einige bekannte Kombinationszyklus-Energieerzeugungssysteme enthalten ein Befeuchtungssubsystem, das dafür eingerichtet ist, einem relativ trockenen Gasstrom Feuchtigkeit beizugeben. Typischerweise besteht das Gas aus einem Kohlenstoff- und/oder Wasserstoff-basierenden Brennstoffgas und das Befeuchtungsfluid ist tendenziell Wasser oder Dampf. Im Allgemeinen ist ein Befeuchtungsturm oder Sättiger in Reihe in einem Prozessgaszug angeordnet, der Brenngas zu einer Gasturbine liefert. Es ist eine relativ einfache Aufgabe, die Feuchtigkeit in einem Gasstrom zwischen nur einer Gasquelle und nur einem Gasverbraucher zu steuern; jedoch können andere Konfigurationen Kosteneinsparungen in Materialien und Betriebsausgaben ermöglichen. Das an die Gasverbraucher gelieferte Gas muss immer noch vorbestimmte Spezifikationen erfüllen, wenn andere Konfigurationen von Gasquellen, Befeuchtern und Gasverbrauchern verwendet werden. Einfache Feuchtigkeitsregelungsverfahren können für alle Betriebsbedingungen dieser Konfigurationen, wie z. B. während eines Hochfahrvorgangs, eines Herunterfahrvorgangs, eines Übergangs unter Einbeziehung einer oder mehrerer Gasquellen und/oder Versorgungsquellen unzureichend sein.
  • Was benötigt wird, ist ein Regelungssystem, das so eingerichtet ist, dass es die Feuchtigkeit in einem Gasstrom eines Systems regelt, das einen oder mehrere Befeuchter von mehreren Gasquellen zu mehreren Gasverbraucher hin enthält, und die Wärmezufuhr aus mehreren Wärmequellen regelt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform enthält ein Befeuchtungssystem mehrere Gasquellen, die dafür eingerichtet sind, einen Gasstrom zu mehreren Gasverbraucher zu liefern, und nur einen Gasbefeuchter, der in Strömungsverbindung mit den mehreren Gasquellen und den mehreren Gasverbraucher verbunden ist. Der nur eine Gasbefeuchter ist dafür eingerichtet, einen Gasstrom mit vorbestimmtem Feuchtigkeitsanteil an die mehreren Gasverbraucher zu liefern, und ein Regelungssystem ist dafür eingerichtet, den vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil aufrechtzuerhalten.
  • In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Regelung der Feuchtigkeit in einem Gasstromzuführungssystem unter Verwendung eines Befeuchters die Ermittlung einer Soll-Temperatur des Befeuchterauslasses, die einem vorbestimmten Soll-Feuchtigkeitsanteil in dem Befeuchterauslass entspricht, und die Vorhersage einer der ermittelten Soll-Temperatur des Befeuchterauslasses entsprechenden Soll-Temperatur eines Befeuchterwassereinlasses unter Verwendung einer Mitkoppelungsregelung auf der Basis einer Wärmebilanzberechnung des Befeuchters. Das Verfahren beinhaltet auch eine Rückkopplungsregelung, die die Differenz zwischen der Soll-Temperatur des Befeuchterauslasses und der Ist-Temperatur des Befeuchterauslasses ermittelt und unter Anwendung einer Rückkopplungsrege lung die Soll-Temperatur des Befeuchterwassereinlasses korrigiert, welche durch die Mitkoppelungsregelung berechnet wird.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zur Regelung der Feuchtigkeit in einem Gasbefeuchtersystem die Ermittlung einer Soll-Temperatur des Befeuchterauslasses, die einem vorbestimmten Soll-Feuchtigkeitsanteil in dem Befeuchterauslass entspricht und die Vorhersage einer Befeuchterwasser-Einlasstemperatur, um einen vorbestimmten Austrittsgas-Feuchtigkeitsanteil unter Nutzung einer Wärmebilanzberechnung des Befeuchters zu erhalten. Die vorhergesagte Temperatur wird durch eine Rückkopplungsregelung korrigiert, die auf der Differenz zwischen der Ist-Temperatur des Befeuchterauslasses und der Auslasstemperatur beruht, die dem vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil entspricht. Die Einlasswassertemperatur wird unter Verwendung einer ersten und zweiten Wärmequelle auf den korrigierten Sollwert geregelt, und das Wasser/Gas-Verhältnis wird nach Bedarf modifiziert, um die Wärmeeingabe in den Befeuchter aus der ersten Wärmequelle zu erhöhen, wenn die zweite Wärmequelle einen Wärmeeingabegrenzwert erreicht. In dieser Ausführungsform führt die Erhöhung des Wasser/Gas-Verhältnisses zu einer Anpassung der Sollwassertemperatur dergestalt, dass, wenn eine Zusatzwärmeübertragungsfähigkeit in der ersten Wärmequelle eingeplant ist, die Wärmeübertragungsanforderung für die zweite Wärmequelle reduziert wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines exemplarischen Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystems;
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausführungsform des in 1 dargestellten Befeuchter-Subsystems;
  • 3 ist ein schematisches Blockflussdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des Temperaturregelungs-Subsystems und des in 2 dargestellten Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystems; und
  • 4 ist ein Regelungsdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform des Temperaturregelungs-Subsystems und eines Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystems, die in 2 dargestellt sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Abschnittes eines exemplarischen Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystems 100, beispielsweise eines Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystems mit integrierter Vergasung (IGCC). Das System 100 enthält im Wesentlichen mehrere Gasquellen 102, 104, wie z. B. Vergasungssysteme, welche jeweils einen Strom aus relativ trockenem Synthesegas erzeugen. Obwohl das System 100 in 1 nur mit zwei Gasquellen 102 und 104 dargestellt ist, kann eine beliebige Anzahl von Gasquellen in alternativen Ausführungsformen enthalten sein. Das in jeder der Gasquellen 102 und 104 erzeugte Synthesegas wird durch entsprechende Kanäle 106 und 108 einer Sammelleitung 110 und nur einem Gasbefeuchter-Subsystem 112 zugeführt. In alternativen Ausführungsformen werden andere Kombinationen von Gasquellen und Befeuchtern eingesetzt. Beispielsweise werden in einer Ausführungsform drei Gasquellen in Strömungsverbindung mit zwei Befeuchtern verbunden. In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform werden fünf Gasquellen in Strömungsverbindung mit drei Be feuchtern verbunden. Das befeuchtete Synthesegas wird aus dem Befeuchter-Subsystem 112 über einen gemeinsamen Kanal 114 einem Einlass 116 und 118 zu entsprechenden Gasturbinen 120 und 122 zugeführt. In weiteren Ausführungsformen liefert das Befeuchter-Subsystem 112 befeuchtetes Synthesegas an andere Kombinationen von Gasturbinen.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Ausführungsform eines (in 1 dargestellten) Befeuchter-Subsystems 112. In der exemplarischen Ausführungsform enthält das Befeuchter-Subsystem 112 einen Befeuchterturm 202, ein Wasserrezirkulations-Subsystem 204, einen Trockengaseinlass 206 und einen Feuchtgasauslass 208. Das Wasserrezirkulations-Subsystem 204 enthält eine Rezirkulationspumpe 210, die eine Absaugung aus den Turmböden 212 ausführt und das erhitzte Wasser an einen in dem Turmoberbau 216 angeordneten Flüssigkeitsverteiler 214 ausgibt. Das Bodenwasser wird durch einen oder mehrere Heizkreise 218 und 220 des Rezirkulations-Subsystems 204 geführt. Jeder Kreis enthält ein Durchflussregelungsventil 222 bzw. 224, einen ersten Wärmetauscher 226 und 228, einen zweiten Wärmetauscher 230 und 232 und ein Umgehungsventil 234 und 236. Obwohl sie hierin als Wärmetauscher beschrieben sind, können die ersten Wärmetauscher 226 und 228 und zweiten Wärmetauscher 230 und 232 als Erhitzer ausgebildet sein, wie z. B., jedoch nicht darauf beschränkt, als elektrische Erhitzer und/oder mit Brennstoff betriebene Erhitzer, oder können eine Kombination von Heizern und Wärmetauschern sein.
  • Das Befeuchter-Subsystem 112 enthält ein Temperaturregelungs-Subsystem 238 und ein Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystem 240. In der exemplarischen Ausführungsform empfäng das Temperaturregelungs-Subsystem 238 Eingangsgrößen aus dem Trockengasstrom 242 und 244 und der Temperatur 246, Bodenwas serstrom 248 und Temperatur 252, Rezirkulationsstrom 252 und 254, und einem Druck 260 und einer Temperatur 262 des Feuchtgasauslasses aus dem Turm 202, welcher hierin auch als ein Kopfdruck und Kopftemperatur bezeichnet werden. Das Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystem 240 empfäng Eingangsgrößen aus dem Trockengasstrom 242 und 244 und einer Ventilstellungsanzeige 264 und 266 von jedem der Umgehungsventile 234 bzw. 236.
  • Während des Betriebs wird trockenes Gas mit Wasser befeuchtet, indem das Gas und das Wasser in einer Serie von Gleichgewichtszuständen innerhalb einer unter Druck stehenden Säule, wie z. B. einem Befeuchtungsturm 202, in Kontakt gebracht werden. Verschiedene Faktoren beeinflussen den Befeuchtungsgrad des Gases, wenn dieses den Befeuchtungsturm 202 verlässt. Diese Faktoren beinhalten den Turmdruck, die Gas- und Wassereinlasstemperaturen, das Wasser/Gas-Strömungsverhältnis und die in dem Befeuchtungsturm 202 eintretende Trockengaszusammensetzung.
  • Eine genaue Regelung des Feuchtigkeitsanteils in einem nicht-kondensierbaren Gas kann erforderlich sein, um akzeptable Auslegungseigenschaften in einer das Gas nutzenden Anlage zu erzielen. Trockengaseinspeiseströme aus zwei oder mehr unabhängigen Produktionseinheiten, wie z. B. Vergasungssystemen, werden kombiniert und durch nur einen Befeuchtungsturm 202 befeuchtet. Das befeuchtete Gas wird dann aufgeteilt und stromabwärts befindlichen Verbrauchseinheiten oder Gasverbrauchern zugeführt. Die Wasserspezifikation des befeuchteten Gases wird innerhalb enger Toleranzen beispielsweise ± 1,0 Mol% eines vorbestimmten Sollwertes während Übergängen von Operationen entweder in der stromaufwärts- oder stromabwärts befindlichen Einheit eingehalten. Das System ist auch in der Lage, die Feuchtigkeit während Perioden eingeschränkter Wärmeverfügbarkeit zu regeln.
  • Das Temperaturregelungs-Subsystem 238 nimmt Änderungen in der Kopffeuchtigkeit vorweg, sobald sich die Einspeisebedingungen ändern, und stellt korrekt eine Rezirkulationswasser-Rücklauftemperatur zu dem oberen Bereich des Befeuchtungsturms 202 ein. Falls erforderlich, erhöht die Regelungsstrategie das Wasser/Gas-Verhältnis, um die Feuchtigkeitsschwankung zu minimieren. Eine derartige Operation ermöglicht einem einzigen Befeuchtungsturm 202 zwei oder mehr unabhängige Gaseinspeiseströme zu befeuchten, und zwei oder mehr unabhängige stromabwärts befindliche Operationen von Einheiten zu beliefern. Reine Rückkopplungsstrategien können zu langsam reagieren, um enge Feuchtigkeitsregelungstoleranzen in sich rasch ändernden Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Das Temperaturregelungs-Subsystem 238 und ein Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystem 240 koppeln die Regelung der Wassertemperatur und des Wasser/Gas-Strömungsverhältnisses, um eine akzeptable Feuchtigkeitsregelung während aller Betriebsperioden zu ermöglichen.
  • 3 ist ein schematisches Blockdatenflussdiagramm 300 einer exemplarischen Ausführungsform eines Temperaturregelungs-Subsystems 238 und eines (in 2 dargestellten) Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystems 240.
  • In der exemplarischen Ausführungsform ist ein Soll-Feuchtigkeitswert 302 für den Auslass des Befeuchterturms 202 spezifiziert. Der Soll-Feuchtigkeitswert 302 wird dazu verwendet, um eine Soll-Turmtemperatur 304 zu ermitteln. Die Feuchtigkeit in dem befeuchteten Gas, das den Befeuchtungsturm 202 verlässt, ist durch den Kopfdruck und die Kopftemperatur in dem Befeuchtungsturm 202 bestimmt. In einer Ausführungsform wird eine Korrelationskurve zwischen Sollfeuchtigkeit und Turmtem peratur verwendet, um die Soll-Turmtemperatur 304 zu ermitteln. Die ermittelte Soll-Turmtemperatur 304 wird an eine Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 und eine Rückkopplungsregelung 308 geliefert. Die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 berechnet einen Mitkopplungsregelungsanteil 309 des Temperaturregelungs-Subsystems 238. Der Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 nutzt eine ermittelbare Beziehung zwischen mehreren Eingangssignalen, um das Ausgangssignal für einen gesteuerten Parameter vorherzusagen, um die gewünschte Regelungsantwort schnell zu erzielen. Ein Rückkopplungsregelungsanteil nutzt die tatsächlich gemessene Temperatur 262 zum Anpassen der Steuerparameter, um die Temperatur 262 genau auf einer Soll-Temperatur 304 zu halten.
  • Die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 ermittelt einen Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 310 aus Eingangsgrößen, welche den Trockengasstrom 242 und 244 und die Temperatur 246, die Bodentemperatur 250, den Rezirkulationswasserstrom 252 und 254 und den Ist-Austrittsgas-Feuchtigkeitsanteil, der unter Verwendung des Druckes 260 und der Temperatur 262 vorhergesagt wird.
  • Die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 verwendet die Temperatur-, Strömungs-, und Druckeingangssignale, um den Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 310 zu ermitteln. In der exemplarischen Ausführungsform ist bei Gleichgewichtsbedingungen in dem Befeuchtungsturm 202, der in den Befeuchtungsturm 202 strömende Wärmestrom gleich dem aus dem Befeuchtungsturm 202 ausströmenden Wärmestrom: Q .in = Q .out, wobei (1)
    • Q .in
    den in dem Befeuchtungsturm 202 eintretenden Wärmestrom darstellt.
    Q .out
    den in dem Befeuchtungsturm 202 eintretenden Wärmestrom darstellt.
  • Q .in kann als die Summe der in den Befeuchterturm 202 eingegebenen Wärmeeingabequellen ausgedrückt werden;
    Figure 00090001
    • m .gCPgTg
    die Wärmeeingabe aus dem Strom des relativ trockenen Gases, das in den Befeuchtungsturm 202 eintritt, repräsentiert, m .g, den Trockengasstrom repräsentiert, CPg die spezifische Wärmekapazität des Trockengases ist, und Tg die Temperatur des Gases repräsentiert;
    Figure 00090002
    die Wärmeeingabe aus dem Strom des Rezirkulationswassers repräsentiert, das in den Befeuchtungsturm 202 eintritt,
    Figure 00090003
    Rezirkulationswasserstrom repräsentiert,
    Figure 00090004
    die spezifische Wärmekapazität des Rezirkulationswassers ist, und
    Figure 00090005
    die Temperatur des Rezirkulationswassers repräsentiert. Die Messung des Rezirkulationswasserstroms wird durchgeführt, nachdem jedes Zusatzspeisewasser dem Rezirkulationswasserkreislauf hinzugefügt ist.
  • Q .out kann als die Summe der Quellen der den Befeuchtungsturm 202 verlassenden Wärme ausgedrückt werden: Q .out = m .OHCPOHTOH + m .BCPBTB, wobei (3)
    • m .OHCPOHTOH
    die durch den aus dem Befeuchtungsturm 202 austretenden Strom von Feuchtgas austretende Wärme repräsentiert,
    m .OH
    den Feuchtgasstrom repräsentiert, CPOH die spezifische Wärmekapazität des Feuchtgases ist, und TOH die Temperatur des Feuchtgases repräsentiert;
    m .BCPBTB
    die Wärme in dem die Turmböden 212 verlassenden Wasser repräsentiert, m .B den den Turm verlassenden Bodenstrom repräsentiert, CPB die spezifische Wärmekapazität des Bodenwassers ist, und TB die Temperatur des Bodenwassers repräsentiert.
  • Die Terme für Q .in aus der Gleichung (2) und Q .out aus der Gleichung (3) werden in die Gleichung (4) eingesetzt:
    Figure 00100001
  • Die Gleichung (4) wird dann nach
    Figure 00100002
    aufgelöst, welches die Temperatur des Rezirkulationswassers ist, das in den Befeuchtungsturm 202 eintritt und der Parameter ist, der durch das Temperaturregelungs-Subsystem 238 geregelt wird.
    Figure 00100003
  • Figure 00100004
    ist der in 3 dargestellt Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 310. Der ermittelte Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 310 wird mit einem Ausgangssignal 312 der Rückkopplungsregelung 308 in einer Summierungsfunktion 314 kombiniert, um einen korrigierten Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 316 zu ermitteln. Der korrigierte Soll-Temperaturwert des Rezirkulationswassers 316 wird zum Regeln der Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 verwendet, um die Temperatur 262 angenähert an der ermittelten Soll-Turmtemperatur 304 zu halten. Während Perioden geringer Wärmeverfügbarkeit, oder anderen Übergangsbedingungen kann ein Schließen der Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 befohlen werden, um eine größere Wärmemenge aus den Wärmetauschern 230 und 232 zu entnehmen. Bei eingeschränkter Wärmeverfügbarkeit könnten die Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 ein Wegende in der geschlossenen Richtung dergestalt erreichen, dass die Temperaturregelung verloren gehen könnte. Jedoch wird in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Stellung der Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 so überwacht, dass ein Weg über eine vorbestimmte Stellung hinaus, wie z. B. 10 Hub, ein Wasserstromerhöhungssignal 318 überträgt, um das Wasser/Gas-Verhältnis hochzufahren. Eine Erhöhung des Wasser/Gas-Verhältnisses verringert die Temperaturanforderung an das Rezirkulationswasser gemäß Berechnung durch die Mitkopplungs-Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306. Wenn die erste von den zwei Wärmequellen 226 und 228 überdimensioniert ist und eine Zusatzwärmeübertragungsfähigkeit besitzt, hat die Erhöhung des Rezirkulationswasserstroms und Verringerung der Temperaturanforderung die Tendenz, die Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 zu öffnen und die Rezirkulationsumgehungsventile 234 und 236 in einer besser regelbaren Spanne der Ventile zu positionieren.
  • 4 ist ein Regelungsdiagramm 400 und 401 einer exemplarischen Ausführungsform des Temperaturregelungs-Subsystems 238 und des (in 2 dargestellten) Wasser/Gas-Verhältnisregelungs-Subsystems 240. In der exemplarischen Ausführungsform wird die Soll-Temperatur des Turms unter Verwendung von Eingangssignalen wie beispielsweise einem auswählbaren Feuchtigkeitssollwert 402 und einem Ist-Druck 260 in dem Befeuchterturm 202 erzeugt. Die Soll-Temperatur des Turms 304 wird an die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 und die Rückkopplungsregelung 308 übertragen. Der Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit verwendet die Soll-Temperatur des Turms 304, die Trockengasströme 242 und 244, die Trockengastemperatur 246, den Bodenwasserstrom 248, die Bodenwassertemperatur 250, die Rezirkulationswasserströme 252 und 254, den Feuchtgasauslassdruck 260 und die Feuchtgasauslasstemperatur 262. Ein als Mol-Prozentsatz ausgedrücktes Ist-Feuchtigkeitseingangssignal 404, wird erzeugt, indem die Turmkopftemperatur 262 und der Turmkopfdruck 260 betrachtet werden und in einen Feuchtigkeitsanteil unter Anwendung einer Korrelation umgewandelt werden.
  • Die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 erzeugt eine Soll-Temperatur 310 des Rezirkulationswassers, die auf eine Soll-Temperatur 316 des Rezirkulationswassers korrigiert wird, indem eine Soll-Temperatur 310 des Rezirkulationswasssers mit einem Temperaturrückkopplungskorrekturwert 312 kombiniert wird. Um Regelungsstörungen während raschen Änderungen in einem der Wärmebilanzregelungsseingangssignale zu verhindern, wird eine vorhergesagte Temperatur 310 auf ihren vorhergesagten Wert unter Verwendung eines Rampengebers 406 hochgefahren. Die korrigierte Soll-Temperatur 316 des Rezirkulationswassers wird zum Regeln der Stellung der Umgehungsventile 234 und 236 verwendet. Wenn die Stellung der Umgehungsventile 234 oder 236 im Regelungsdiagramm 401 einen vorbestimmten Stellungsgrenzwert, z. B. 10% Öffnung, erreicht, erzeugen ein Komparator 318, ein Begrenzer 319 und ein Multiplizierer 320 einen Wasser/Gas-Verhältnis-Voreinstellungswert, der auf seinem Endwert hochgefahren wird und auf das Basis-Wasser/Gas-Verhältnis addiert wird. Dieses erhöhte Verhältnis wird auf den Kreis angewendet, dessen Ventilausgangssignal unter den Schwellengrenzwert gefallen ist. Unter Verwendung der Trockengasstroms 242 und 24. wird der erforderliche Wassersollwert an die Strömungsventile 222 und 224 gesendet. Das erhöhte Wasser/Gas- Verhältnis geht in die Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit 306 so ein, dass die Soll-Temperatur 310 des Rezirkulationswassers reduziert wird. Dieses ermöglicht es, dass die Umgehungsventile 234 und 236 auf eine niedrigere Soll-Temperatur regeln, sodass die Umgehungsventile 234 und 236 in eine Stellung öffnen, die größer als ein vorbestimmter Stellungsgrenzwert ist. Eine korrekte Initialisierung der Regelungslogik zum Verhindern einer Regelungsblockierung ist über die Blöcke 410 und 412 erforderlich.
  • Die vorstehend beschriebenen Gasbefeuchtungssysteme und -verfahren sind kosteneffektiv und sehr zuverlässig. Das Verfahren ermöglicht eine Feuchtigkeitsregelung mit engen Toleranzen für mehrere Gasverbraucher während Übergängen und in stabilen Zuständen. Die Systeme und Verfahren stellen sicher, dass eine genaue Feuchtigkeitsregelung aufrechterhalten wird, indem ein prädiktives Mitkopplungselement erzeugt wird, und indem eine Regelung auf der Basis von Wassertemperatur und Wasser/Gas-Verhältnis bereitgestellt wird. Die Systeme und Verfahren ermöglichen einer Befeuchtungssäule zwei unabhängige Gasströme zu befeuchten, die zwei unabhängige Gasturbinen versorgen. Demzufolge ermöglichen die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren den Betrieb von Kombinationszyklussystemen in einer kosteneffektiven und zuverlässigen Weise.
  • Obwohl die Erfindung hierin in Form verschiedener spezifischer Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der Erfindung ausgeführt werden kann.
  • Es wird ein Befeuchtungssystem bereitgestellt. Das Befeuchtungssystem enthält mehrere Gasquellen 102, 104, die so eingerichtet sind, dass sie einen Gasstrom an mehrere Gas verbraucher liefern, mehrere Wärmequellen 226, 228, die dafür eingerichtet sind, Energie dem Rezirkulationswasser hinzuzufügen, nur einen Gasbefeuchter 112, der in einer Strömungsbeziehung mit den mehreren Gasquellen und den mehreren Gasverbraucher verbunden ist, wobei der nur eine Gasbefeuchter dafür eingerichtet ist, einen Gasstrom mit einem vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil an die mehreren Gasverbraucher zu liefern, und ein Regelungssystem, das dafür eingerichtet ist, den vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil aufrechtzuerhalten.
    • 100
    Kombinationszyklus-Energieerzeugungssystem
    102
    Gasquelle
    104
    Gasquelle
    106
    Leitungen
    108
    Leitungen
    110
    Gemeinsame Sammelleitung
    112
    Befeuchter-Subsystem
    114
    Gemeinsame Sammelleitung
    116
    Einlass
    118
    Einlass
    120
    Gasturbine
    122
    Turbine
    202
    Befeuchterturm
    204
    Wasserrezirkulations-Subsystem
    206
    Trockengaseinlass
    208
    Feuchtgasauslass
    210
    Rezirkulationspumpe
    212
    Turmböden
    214
    Flüssigkeitsverteiler
    216
    Turmkopf
    218
    Heizkreise
    220
    Heizkreise
    222
    Durchflussregelungsventil
    224
    Regelungsventil
    226
    Erster Wärmetauscher oder Wärmequelle
    228
    Wärmetauscher oder Wärmequelle
    230
    Zweiter Wärmetauscher
    232
    Wärmetauscher
    234
    Umgehungsventil
    236
    Umgehungsventil
    238
    Temperaturregelungs-Subsystem
    240
    Regelungs-Subsystem
    242
    Trockengasstrom
    244
    Gasstrom
    246
    Trockengastemperatur
    248
    Bodenwasserstrom
    250
    Bodenwassertemperatur
    252
    Rezirkulationsstrom
    254
    Wasserstrom
    260
    Feuchtgas-Auslassdruck
    262
    Temperatur
    264
    Ventilstellungsanzeige
    266
    Stellungsanzeige
    300
    Flussdiagramm
    302
    Soll-Feuchtigkeitswert
    304
    Soll-Turmtemperatur
    306
    Turmwärmebilanz-Berechnungseinheit
    308
    Rückkopplungsregelung
    309
    Mitkopplungsregelungsabschnitt
    310
    Solltemperatur des Rezirkulationswassers
    312
    Temperaturrückkopplungskorrekturwert oder Ausgangssignal
    314
    Summierfunktion
    316
    Solltemperatur des Rezirkulationswassers
    318
    Wasserstromsignal oder Komparator
    320
    Begrenzer
    320
    Multiplizierer
    322
    Regelungsdiagramm
    401
    Regelungsdiagramm
    402
    Wählbarer Feuchtigkeits-Sollwert
    404
    Ist-Feuchtigkeit-Eingangssignal
    406
    Rampengeber
    410
    Blöcke
    412
    Blöcke

Claims (10)

  1. Befeuchtungssystem, aufweisend: mehrere Gasquellen (102, 104), die so eingerichtet sind, dass sie einen Gasstrom an mehrere Gasverbraucher liefern; mehrere Wärmequellen (226, 228), die so eingerichtet sind, dass sie dem Rezirkulationswasser Energie hinzufügen; nur einen Gasbefeuchter (112), der in Strömungsverbindung mit den mehreren Gasquellen und den mehreren Gasverbraucher verbunden ist, wobei der nur eine Gasbefeuchter so eingerichtet ist, dass er einen Gasstrom mit vorbestimmtem Feuchtigkeitsanteil an die mehreren Gasverbraucher liefert; und ein Regelungssystem, das dafür eingerichtet ist, einen vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil aufrechtzuerhalten.
  2. System nach Anspruch 1, wobei der Gasbefeuchter (112) ein Rezirkulations-Subsystem mit einer Pumpe (210), einem ersten Wärmetauscher (226) und einem zweiten Wärmetauscher (230) in serieller Strömungsverbindung aufweist.
  3. System nach Anspruch 2, wobei der erste Wärmetauscher (226) und der zweite Wärmetauscher (230) einen Gasstromweg und einen kontaktlosen Befeuchtungsfluidstromweg aufweisen.
  4. System nach Anspruch 2, wobei der erste Wärmetauscher (226) und der zweite Wärmetauscher (230) einen Gasstromweg und einen kontaktlosen Befeuchtungsfluidstromweg aufweisen.
  5. System nach Anspruch 4, wobei sich der erste Wärmetauscher (226) stromabwärts von dem zweiten Wärmetauscher (230) in Bezug auf den Gasstromweg befindet.
  6. System nach Anspruch 4, wobei sich der zweite Wärmetauscher (226) stromabwärts von dem ersten Wärmetauscher (230) in Bezug auf den Befeuchtungsfluidstromweg befindet.
  7. System nach Anspruch 4, wobei eine Auslasstemperatur des Befeuchtungsfluids aus dem zweiten Wärmetauscher (230) bestimmt wird, indem eine Menge des Befeuchtungsfluidstroms um den zweiten Wärmetauscher herum geführt wird.
  8. System nach Anspruch 7, wobei die Strömungsrate des den zweiten Wärmetauscher (230) umgehenden Fluidstroms durch ein Umgehungsventil (234, 236) geregelt wird.
  9. System nach Anspruch 7, wobei eine Stellung des Umgehungsventils (234, 236) durch das Regelungssystem bestimmt wird, um den vorbestimmten Feuchtigkeitsanteil aufrechtzuerhalten.
  10. System nach Anspruch 1, wobei das Regelungssystem die Mitkopplungs-Rückkopplungsregelung aufweist.
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