DE102011054547A1

DE102011054547A1 - Verfahren und System zur Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten während transienter Betriebsvorgänge

Info

Publication number: DE102011054547A1
Application number: DE102011054547A
Authority: DE
Inventors: Joseph Kirzhner; Predrag Popovic
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2012-05-03
Also published as: JP2012092838A; CN102454486A; GB2485043A; CH704002A2; US20120102967A1; GB201118121D0

Abstract

Ein Verfahren und System zur Verhinderung oder Reduktion der Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten in einer Gasturbine enthält den Einsatz eines Computerprozessors einer Turbinensteuerung, um vorbestimmte und gespeicherte stabile Verbrennungseigenschaften, einschließlich der Änderungsrate der Eigenschaften, mit tatsächlichen Verbrennungseigenschaften im Betrieb zu vergleichen. Falls die tatsächlichen Verbrennungseigenschaften im Betrieb von den stabilen Verbrennungseigenschaften abweichen, modifiziert die Steuereinrichtung anschließend einen oder mehrere Gasturbinenbetriebsparameter, die den Betrieb der Gasturbine am schnellsten stabilisieren.

Description

TECHNOLOGISCHES GEBIET
Die beispielhaften Ausführungsformen sind auf Verfahren und Systeme zur Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten während transienter Betriebsvorgänge von Gasturbinen gerichtet. Insbesondere werden Verbrennungseigenschaften und Dynamik verändert, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten, insbesondere die Gefahr von unerwünschten Flammenhalteereignissen oder Wiederzündungen, beispielsweise eines Flammenrückschlags/Primärzonenwiederzündens (PRI, Primary Re-Ignition) an der primären Brennstoffdüse der Dry-Low-NO_x-Brennkammer (DLN-Brennkammer), während des Verbrennungsprozesses in Gasturbinen zu eliminieren oder zu reduzieren.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Je nach der Art des in einer Gasturbine verwendeten Brennstoffgemisches kann die Gefahr eines Flammenrückschlags/PRIs erhöht sein. Da es kosteneffektiv ist, ein Gemisch mit Brennstoffen hoher und geringer Qualität zu verwenden, ist es vorgeschlagen worden, den Zustand der Verbrennung in einer Gasturbine zu überwachen, und nachdem ein Flammenrückschlag/PRI erfasst wird, werden Maßnahmen getroffen, um die relativen Mengen der Brennstoffe in dem Brennstoffgemisch und/oder den Luftfluss anzupassen, um dadurch einen Flammenrückschlag/ein PRI zu stoppen.
Insbesondere werden stromaufwärts von den Austrittsenden der Brennstoff- und Luft-Vormischkanäle Flammendetektoren positioniert, die das nach dem Auftreten eines Flammenrückschlags/PRI-Ereignisses emittierte Licht erfassen. Nach der Erfassung des Auftretens eines Flammenrückschlags/PRIs werden die Brennstoffflusssteuerventile eingestellt, um das Flammenrückschlag/PRI-Ereignis zu eliminieren. Somit ist diese Methodik insofern reaktiv, als sie nur dann ausgeführt wird, wenn die Verbrennungsinstabilität, d. h. ein Flammenrückschlag/PRI, bereits erfasst worden ist, wobei zu diesem Zeitpunkt die Gasturbinenbetriebseffizienz und/oder die Gasturbinenausrüstung durch das Flammenrückschlag/PRI-Ereignis bereits eine Beschädigung erlitten haben oder beeinträchtigt worden sein können.
Zu weiteren Verbrennungsinstabilitäten, die vorhergesagt und vermieden werden müssen, gehören eine unerwünschte Größe der CO-Emissionen aus Verbrennung, erhöhte Verbrennungsdruckamplitude und -schwankungen (sog. kalter Ton) bei der geringen Betriebstemperatur der Brennkammer und Turbinenlast, insbesondere wenn Gasbrennstoffmischungen mit niedrigem unteren Heizwert (LHV) verbrannt werden. Eine weitere Art von Verbrennungsinstabilitäten betrifft hohe NO_X-Emissionen, erhöhte Verbrennungsdruckamplitude und -schwankungen (sog. heißer Ton) bei der hohen Brennkammerbetriebstemperatur und Turbinenlast, insbesondere wenn Gasbrennstoffmischungen mit hohem unteren Heizwert (LHV) verbrannt werden.
KUZRBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Um Gasturbinen kosteneffizient zu betreiben, ist es notwendig, dass verschiedene Brennstoffarten oder Gemische von Brennstoffen mit unterschiedlichen thermischen und chemischen Zusammensetzungen eingesetzt werden. Aus der Erweiterung des flexiblen Brennstoffbereiches in der Weise, dass er ein Gemisch aus kostspieligen und kostengünstigen Brennstoffen, z. B. Brennstoffen mit hohem unteren Heizwert und Brennstoffen mit niedrigem unteren Heizwert, umfasst, resultieren Betriebseffizienzen.
Brennstoffe mit hohem Heizwert, wie beispielsweise Brennstoffmischungen mit hoher Konzentration höherer Kohlenwasserstoffe (HHC), der Anwendung von Wasserstoff (H2) in Erdgas (NG), könnten die Flammenstabilität verbessern und die Funktionsfähigkeit einer Turbine unter Teillastbetriebsbedingungen erweitern, jedoch die Gefahr von Flammenrückschlag/PRI, hoher Dynamik (Druckschwankungen), NO_X-Emissionen der Brennkammer vergrößern, was zu schwerer Beschädigung führen kann. Gemische hoher Reaktivität mit einer höheren Konzentration an Brennstoffen mit hohem Heizwert erzeugen Probleme, die mit unerwünschten Flammenschwankungen verbunden sind, insbesondere während der transienten Betriebsbedingungen (mit vergrößerter Drehzahl und Leistungsausgabe, sich ändernder Brennstoffzusammensetzung, etc.).
Die Folgen eines Flammenrückschlag/PRI-Ereignisses für Feldturbinen können verheerend sein, so dass ein Bedarf danach besteht, zu erfassen, wann derartige Verbrennungsinstabilitäten wahrscheinlich auftreten, so dass proaktive Maßnahmen getroffen werden können, um ihr Auftreten zu verhindern. Zum Beispiel kann das Auftreten von Verbrennungsinstabilitäten, wie beispielsweise Flammenrückschlag/PRI, durch Steuerung der zeitlichen Rate der Veränderung der Verbrennungsschwingungen (Schwingungsamplitude) und ihres absoluten Wertes verhindert werden. Insbesondere kann eine Überwachung der zeitlichen Änderungsrate der Verbrennungsschwingungen in effektiver Weise vorhersagen, wann ein Flammenrückschlag/PRI-Ereignis auftreten wird, so dass proaktive Maßnahmen ergriffen werden können, d. h. Maßnahmen, die die zeitliche Änderungsrate der Verbrennungsschwingungen anpassen, um dadurch die Gefahr ihres Auftretens zu verhindern oder wenigstens zu reduzieren. Weitere Verbrennungsinstabilitäten, deren Auftreten verhindert werden kann, umfassen heißen Ton, NO_X-Emissionen für Brennstoffe mit hohem Heizwert (LHV), kalten Ton, Magerverlöschen einer Flamme (LBO, Lean Blow Off) und hohen CO-Anteil, die alle aus der Verwendung von Brennstoffen mit geringem unteren Heizwert (LHV), insbesondere unter geringen Umgebungstemperaturen und Teillastbetriebsbedingungen resultieren.
Die beispielhaften Realisierungen der neuen Methodiken, wie sie hierin beschrieben sind, umfassen ein Messen absoluter dynamischer Schwingungswerte, Berechnen der zeitlichen Geschwindigkeit der Schwingungsamplitudenveränderung, Vergleichen mit dem, was für diese gemessenen und berechneten Parameter vorgeschrieben ist und Verändern dieser Parameter durch eine oder mehrere Maßnahmen, die die schnellste Reaktion ergeben. Die präventiven Maßnahmen zur Veränderung der Verbrennungseigenschaften und -dynamik, um einen Flammenrückschlag/ein PRI und andere Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern, umfassen eine Veränderung oder Modifikation eines oder mehrerer Gasturbinenbetriebsparameter, zu denen gehören: Brennstoff-Luft-Verhältnis (FAR, Fuel-to-Air Ratio); Verteilung von Brennstoff und Luft innerhalb der Brennkammer (z. B. Veränderung der Primär-, Sekundär-, Pilot-, späten Magergemisch-Brennstoffeinspritzung durch Modifikation der Brennstoffaufteilung; Veränderung der Luftstromaufteilung auf Verbrennungszonen); absoluter Wert und Änderungsgeschwindigkeit der Brennstoff- und Luftzuführung; Brennstoffzusammensetzung, Zugabe von Inertgasen und/oder Wasser/Dampf zu der Brennkammer; die Durchflussrate und/oder Bildung von Emissionsgasen, wie beispielsweise CO_X, NO_X, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, etc.
All die aufgezählten Maßnahmen zur Veränderung der Verbrennungsdynamik werden durch die Turbinensteuerung gesteuert. Die Verbrennungssteuerung passt die Dynamikzuwachsrate auf der Basis von Turbinenbetriebsbedingungen in Korrelation mit der vordefinierten und/oder der „gerade momentan berechneten” Rate der zulässigen Veränderung der Schwingungsamplitude an. Wie zuvor erwähnt, reduziert eine verringerte Schwingungszuwachsrate die Gefahr eines Flammenrückschlags/PRIs und anderer Verbrennungsinstabilitäten oder verhindert diese.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine grafische Darstellung, die die Veränderungsrate der Verbrennungsschwingung veranschaulicht, die eine erhöhte Gefahr eines Flammenrückschlags/PRIs anzeigt;
2 zeigt in schematisierter Form eine beispielhafte Implementierung einer Systemsteuereinrichtung und von Sensoren, die zur Verhinderung eines Flammenrückschlags/PRIs verwendet werden; und
3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Implementierung des Verfahrens zur Verhinderung eines Flammenrückschlags/PRIs veranschaulicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 zeigt die Änderungsrate der Amplitude von Verbrennungsschwingungen (d. h. schnelle Amplitudenänderungen des Drucks oder Lärms) während eines beispielhaften Tests, bei dem die Primärbrennstoffaufteilung 75 bis 85%, Pilotbrennstoff 0,2 bis 1,4% der gesamten Brennstoffmenge, TCD (Temperatur am Brennkammerauslass) 600 bis 800°F, PCD (Druck am Verdichterauslass) 160 bis 200 PSI und der Brennkammereinlassluftfluss 45 bis 80 pps betragen. Die oszillierende feste Linie zeigt die Änderungsrate der Amplitude der Verbrennungsschwingungen, die im Laufe der Zeit steigt, wenn die Betriebstemperatur und H₂-Konzentration in der Brennkammer steigt. Die gerade durchgezogene Linie entspricht näherungsweise der Steigung der Kurve, wodurch die Änderungsrate der Amplitude der Verbrennungsschwingungen angezeigt werden. Die weiteren Kurven zeigen die H₂-Konzentration und die Verbrennungstemperatur. Obwohl eine beispielhafte Ausführungsform die zeitliche Änderungsrate der H₂-Konzentration überwacht, könnte die zeitliche Änderungsrate anderer Gase, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, von Propan, Methan, Butan und Ethan, überwacht werden.
Es ist veranschaulicht, dass ein Flammenrückschlag/Primärzonenwiederzünden (PRI) knapp vor oder an der Stelle auf der Grafik auftritt, wenn die feste Verbrennungsschwingungslinie auf Null zurückgeht. Die Grafik zeigt ferner, dass ein Flammenrückschlag/PRI während eines Übergangs zu der höheren Verbrennungstemperatur von 2100 bis 2400°F und einer Wasserstoffkonzentration (H₂-Konzentration) von 20 bis 90% ausgelöst wird. Akquirierte Testdaten zeigen an, dass eine erhöhte Änderungsrate der Verbrennungsdynamikamplitude und/oder die Änderungsrate der Brennstoffreaktivität (ausgedrückt durch die H₂-Konzentration in 1) oder die Änderungsrate der Brennkammerbetriebstemperatur (1) oder die Änderungsrate von Emissionen (in 1 nicht veranschaulicht) als Indikatoren verwendet werden könnte, um Möglichkeiten eines PRIs vorherzusagen. Diese Indikatoren könnten gesondert oder gemeinsam verwendet werden, wobei z. B. die Änderungsrate der Dynamikamplitude von der augenblicklichen Brennkammerbetriebstemperatur oder der Änderungsbreite der Wasserstoffkonzentration abhängt und basierend darauf begrenzt werden sollte.
2 zeigt eine beispielhafte Implementierung eines Gasturbinensystems zur Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten während transienter Gasturbinenbetriebsvorgänge. Das System enthält eine Brennkammer 1, einen Luftverdichter 2, eine Turbine 3, Brennstoff- und Luftzufuhrventile 4, Brennstoffmischventile 5, ein Brennstoffdurchflussventil 6, Sensoren und/oder Durchflussmesser 7, Einspritzvorrichtungen 8 für Wasser und/oder Dampf und Inertgase, eine Turbinensteuereinrichtung 9 und Verbindungsleitungen 10 zwischen der Turbinensteuerung 9 und den verschiedenen gesteuerten Vorrichtungen, d. h. den Ventile 4, 5, 6, den Sensoren und Strömungsmessern 7 und den Einspritzvorrichtungen 8. Die Einspritzvorrichtungen enthalten geeignete (nicht veranschaulichte) Ventile zur Einspritzung von Wasser und/oder Dampf in den Brennraum, zum Umwälzen von Abgasen (EGR) und/oder zur Einspritzung von Inertgasen in den Brennraum, um einen Flammenrückschlag/ein PRI zu verhindern.
Die Brennstoff- und Luftzufuhrventile 4 sind vorgesehen, um durch Veränderung des Verhältnisses von Brennstoff zu Luft, wie sie dem Gasturbinensystem zugeführt werden, sowie der Verteilung von Brennstoff und Luft innerhalb der Brennkammer 1 gewünschte Veränderungen der Verbrennungsparameter zu erhalten. Zum Beispiel könnte, um ein PRI und/oder einen hohen NO_X-Anteil bei Brennstoffmischungen mit erhöhter Reaktivität zu vermeiden, mehr Brennstoff zu dem rechten Ende/Austritt der Brennkammer 1 geleitet und dort injiziert werden (wobei dieses Verfahren häufig als späte Magergemischeinspritzung bezeichnet wird). Die Brennstoffmischventile 5 sind vorgesehen, um die Zusammensetzung des zu dem Gasturbinensystem gelieferten Brennstoffs durch Zugabe von Brennstoffen verschiedener Reaktivität zu verändern. Das Brennstoffdurchflussventil 6 ist vorgesehen, um den gesamten Brennstoffdurchsatz und die Brennstoffdurchflussrate einzustellen.
Die Brennstoffzusammensetzungssensoren und/oder Durchflussmesser 7, die unmittelbar stromabwärts von den Brennstoffmischventilen 5 angeordnet sind, dienen dazu, die Brennstoffzusammensetzung abzuschätzen. Die Ventile 4, 5, 6, die Sensoren und Durchflussmesser 7 und die Einspritzvorrichtungen 8 sind mit der Turbinensteuereinrichtung 9 betriebsmäßig verbunden, die Betriebsbefehle auf der Basis des Vergleichs mit gespeicherten vordefinierten Werten für die Ventile und Sensoren oder Durchflussmesser erzeugt.
Wenn insbesondere Verbrennungsschwingungen einen zulässigen Wert überschreiten, wählt die Turbinensteuerung 9 die Steuermittel mit der schnellsten Antwort zur Reduktion der absoluten Amplitude und zeitlichen Rate der Verbrennungsschwingungen aus, um dadurch einen Flammenrückschlag/ein PRI zu vermeiden, indem z. B. die zeitliche Rate der Zugabe von H₂ zu der Brennstoffmischung (oder anderer Gase, wie beispielsweise der vorstehend angegebenen), das Luft-Brennstoff-Verhältnis und/oder die Brennstoffverteilung (unterschiedliche Beladung der Verbrennungszonen) innerhalb der Brennkammer verändert wird. Insbesondere wird, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren, die Verbrennungsschwingungsrate durch die Turbinensteuerung 9 durch Erzeugung von Betriebsbefehlen reduziert, um die Brennkammer 1 und die Turbine 3 durch Veränderung der Brennstoffzusammensetzung, der Reaktivität der Brennstoffmischung, des Brennstoff-Luft-Verhältnisses, der Verteilung von Brennstoff und/oder Luft innerhalb der Brennkammer und/oder durch Zugabe von Brennstoff, etc., auf vorbestimmte stabile Betriebsbedingungen zu bringen. Wie oben erwähnt, kann die Brennstoffreaktivität durch Zugabe von weniger reaktiven Gasen als Methan (z. B. CO) oder Inertgasen (N, CO₂) reduziert werden.
Obwohl die vorstehend beschriebene beispielhafte Implementierung die zeitliche Änderungsrate der Verbrennungsschwingungen überwacht und eine Korrekturmaßnahme ergreift, wenn die Rate außerhalb normaler stabiler transienter Betriebsbedingungen liegt, können andere Parameter zur Auslösung einer Korrekturmaßnahme überwacht oder berechnet werden. Z. B. können ein Brennstoffreaktivitätsfaktor, wie er durch solche Werte wie Zündverzögerung und/oder Ausblas- bzw. Verlöschzeit abgeschätzt wird, oder Brennstoffentflammbarkeitsgrenzen oder die adiabatische Temperatur des Brennstoffs oder das stöchiometrische Brennstoff-Luft-Verhältnis überwacht und mit Werten verglichen werden, die zuvor für normale stabile transiente Betriebsvorgänge gespeichert wurden.
3 zeigt ein beispielhafte Verfahren zur Verhinderung von Verbrennungsinstabilitäten oder eines Flammenrückschlags/PRIs während transienter Gasturbinenvorgänge. Im ersten Schritt S30 werden Gasturbinenverbrennungseigenschaften im Voraus bestimmt und gespeichert, wie z. B. die absolute Amplitude und die Änderungsrate der Dynamikamplitude, die Betriebstemperatur der Brennkammer, das Abgasprofil, das verwendet wird, um einen Flammenrückschlag/ein PRI vorherzusagen und zu verhindern. Im Schritt S31 vergleicht die Turbinensteuerung 8 die Verbrennungseigenschaften im Betrieb mit den zuvor gespeicherten, indem sie z. B. die Änderungsrate der Dynamikamplitude mit den vorbestimmten Werten vergleicht.
In Schritt S32 wird festgestellt, ob die Verbrennungseigenschaften im Betrieb die in Schritt S30 vorbestimmten und gespeicherten Werte überschreiten. Falls die Antwort NEIN lautet, sind keine Änderungen erforderlich, und das Flussdiagramm kehrt zum Schritt S31 zurück. Falls die Antwort JA lautet, geht das Flussdiagramm anschließend zum Schritt S34 über, in dem die geeigneten Veränderungen der Verbrennungseigenschaften bestimmt werden. Der Schritt S34 umfasst die Bestimmung der Maßnahme oder Maßnahmen, die ergriffen werden sollte(n), um am schnellsten die Verbrennungseigenschaften anzupassen, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten, einschließlich eines Flammenrückschlags/PRIs, zu verhindern oder zu reduzieren.
Anschließend sendet die Turbinensteuerung 9 in Schritt S35 Befehlssignale zu verbrennungsmodifizierenden Vorrichtungen je nach der Dringlichkeit und um schnell zu den Verbrennungsstabilitätsanforderungen zurückzukehren. Wie zuvor erwähnt, enthalten die verbrennungsmodifizierenden Vorrichtungen die Ventile 4, 5 und 6, die Sensoren 7 und die Einspritzvorrichtungen 8, wie sie vorstehend beschrieben sind. In Schritt S36 modifizierenden die verbrennungsmodifizierenden Vorrichtungen die Verbrennungseigenschaften, und das Flussdiagramm kehrt anschließend zum Schritt S31 zurück.
Diese Beschreibung verwendet beispielhafte Implementierungen von Verfahren und Systemen, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindungen ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente oder Prozessschritte aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente oder Prozessschritte mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Ein Verfahren und System zur Verhinderung oder Reduktion der Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten in einer Gasturbine enthält den Einsatz eines Computerprozessors einer Turbinensteuerung, um vorbestimmte und gespeicherte stabile Verbrennungseigenschaften, einschließlich der Änderungsrate der Eigenschaften, mit tatsächlichen Verbrennungseigenschaften im Betrieb zu vergleichen. Falls die tatsächlichen Verbrennungseigenschaften im Betrieb von den stabilen Verbrennungseigenschaften abweichen, modifiziert die Steuereinrichtung anschließend einen oder mehrere Gasturbinenbetriebsparameter, die den Betrieb der Gasturbine am schnellsten stabilisieren.
Bezugszeichenliste

1: Brennkammer
2: Luftverdichter
3: Gasturbine
4: Brennstoff- und Luftzufuhrventile
5: Brennstoffmischventile
6: Brennstoffdurchflussventil
7: Sensoren und Durchflussmesser
8: Einspritzvorrichtungen
9: Turbinensteuerung
10: Verbindungsleitungen

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Gasturbinensystems, das diskrete Brennstoff- und Luftzufuhrsysteme, die mit einer Brennkammer verbunden sind, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Betriebs des Gasturbinensystems aufweist, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren, wobei das Verfahren aufweist: Verwenden wenigstens eines Prozessors in der Steuereinrichtung, um die folgenden Schritte durchzuführen: Speichern einer stabilen transienten zeitlichen Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften in einem Speicher der Steuereinrichtung; Messen der tatsächlichen transienten zeitlichen Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften während eines Betriebs des Gasturbinensystems, die der gespeicherten stabilen transienten zeitlichen Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften entspricht; Vergleichen der tatsächlichen transienten zeitlichen Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften mit der gespeicherten stabilen transienten zeitlichen Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften; Feststellen, ob wenigstens eine tatsächliche transiente zeitliche Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften eine zugehörige einzelne gespeicherte stabile transiente zeitliche Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften überschreitet; Anpassen wenigstens eines Gasturbinenbetriebsparameters, um die wenigstens eine tatsächliche transiente zeitliche Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften zu steuern, von der festgestellt wurde, dass sie die zugehörige einzelne gespeicherte stabile transiente zeitliche Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gasturbinenbetriebsparameter enthalten: Brennstoff-Luft-Verhältnis (FAR); Brennstoff- und Luftverteilung innerhalb der Brennkammer (z. B. Veränderung der Primär-, Sekundär-, Pilot-, späten Magergemisch-Brennstoffeinspritzung durch Modifikation der Brennstoffaufteilung; Veränderung der Luftflussaufteilung auf die Verbrennungszonen); absoluten Wert und Änderungsrate der Brennstoff- und Luftzuführung; Brennstoffzusammensetzung; Zugabe von Inertgasen und/oder Wasser/Dampf zu der Brennkammer; Durchflussrate und/oder Bildung von Emissionsgasen, einschließlich eines oder mehrerer von CO_X, NO_X und Kohlenwasserstoffen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung die Änderungsrate der tatsächlichen Verbrennungsschwingungen reduziert, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung den Betriebsparameter auswählt, der die schnellste Möglichkeit zur Verhinderung oder Reduktion der Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten bietet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Steuereinrichtung wenigstens eines der Folgenden steuert: (a) Ventile des Brennstoffzufuhrsystems zur Mischung relativer Mengen von Brennstoffen mit hohem und geringem unteren Heizwert, die der Brennkammer zugeführt werden, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (b) Ventile des Dampfzufuhrsystems zur Einleitung von Dampf in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (c) Ventile eines Wasserzufuhrsystems zur Einleitung von Wasser in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (d) Brennstoffaufteilung innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (e) Brennstoff-Luft-Verhältnis innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (f) Luftflussaufteilungen zwischen Verbrennungszonen innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (g) Strömungsrate und/oder Bildung von Emissionsgasen, einschließlich wenigstens eines von CO_X, NO_X und/oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (h) Ventile zur Einleitung von Inertgasen in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; und (i) Brennstoffverbrauchsrate in der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren.
Gasturbinensystem, das diskrete Brennstoff- und Luftzufuhrsysteme, die mit einer Brennkammer verbunden sind, und eine Steuereinrichtung zur Steuerung des Systems aufweist, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren, wobei das System aufweist: einen der Steuereinrichtung zugeordneten Speicher zur Speicherung einer stabilen transienten Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften; und Sensoren zur Messung der tatsächlichen transienten Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften während eines Betriebs des Gasturbinensystems, die der gespeicherten stabilen transienten Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften entspricht; wobei die Steuereinrichtung die tatsächliche transiente Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften mit der gespeicherten stabilen transienten Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften vergleicht und feststellt, ob wenigstens eine tatsächliche transiente Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften eine zugehörige einzelne gespeicherte stabile transiente Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften überschreitet; wobei die Steuereinrichtung wenigstens einen Gasturbinenbetriebsparameter steuert, um die wenigstens eine tatsächliche transiente Betriebsänderungsrate von Verbrennungseigenschaften zu steuern, von der festgestellt wurde, dass sie die zugehörige einzelne stabile transiente Änderungsrate von Verbrennungseigenschaften überschreitet.
System nach Anspruch 6, wobei die Gasturbinenbetriebsparameter enthalten: Brennstoff-Luft-Verhältnis (FAR); Brennstoff- und Luftverteilung innerhalb der Brennkammer (z. B. Veränderung der Primär-, Sekundär-, Pilot-, späten Magergemisch-Brennstoffeinspritzung durch Modifikation der Brennstoffaufteilung; Veränderung der Luftflussaufteilung auf die Verbrennungszonen); absoluten Wert und Änderungsrate der Brennstoff- und Luftzuführung; Brennstoffzusammensetzung; Zugabe von Inertgasen und/oder Wasser/Dampf zu der Brennkammer; Durchflussrate und/oder Bildung von Emissionsgasen, einschließlich eines oder mehrerer von CO_X, NO_X und unverbrannten Kohlenwasserstoffen.
System nach Anspruch 7, wobei die Steuereinrichtung wenigstens eines der Folgenden steuert: (a) Ventile des Brennstoffzufuhrsystems zur Mischung relativer Mengen von Brennstoffen mit hohem und geringem unteren Heizwert, die der Brennkammer zugeführt werden, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (b) Ventile eines Dampfzufuhrsystems zur Einleitung von Dampf in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (c) Ventile eines Wasserzufuhrsystems zur Einleitung von Wasser in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (d) Brennstoffaufteilung innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (e) Brennstoff-Luft-Verhältnis innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (f) Luftflussaufteilungen zwischen Verbrennungszonen innerhalb der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (g) Strömungsrate und/oder Bildung von Emissionsgasen, einschließlich wenigstens eines von CO_X, NO_X und/oder Kohlenwasserstoffen, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; (h) Ventile zur Einleitung von Inertgasen in die Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren; und (i) Brennstoffverbrauchsrate in der Brennkammer, um die Gefahr von Verbrennungsinstabilitäten zu verhindern oder zu reduzieren.