DE102013110068A1

DE102013110068A1 - Systeme und Verfahren zur Bestimmung einer Abgas-Zieltemperatur für eine Gasturbine

Info

Publication number: DE102013110068A1
Application number: DE102013110068.6A
Authority: DE
Inventors: Derrick Simons; Douglas Dean; Carey Romoser; Kevin Wilkes; Predrag Popovic; Abhijit Kulkarni
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2014-04-03
Also published as: US20140090353A1; CH706985A8; CN103711556B; CH706985B1; CN103711556A; CH706985A2; US9297315B2

Abstract

Ausführungsformen können Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine bereitstellen. In einer Ausführungsform der Beschreibung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine beschrieben. Das Verfahren kann die Bestimmung einer Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustandes; der Bestimmung einer Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis einer Dampffeuchtigkeit; und einer Änderung der Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung beinhalten.

Description

Gebiet der Erfindung
Ausführungsformen der Beschreibung betreffen allgemein Gasturbinen und insbesondere Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für Gasturbinen.
Hintergrund der Erfindung
In mancher Gasturbine kann zur Absenkung der Temperatur Dampfeinspritzung verwendet werden, um dadurch die Einspritzung von zusätzlichem Kraftstoff in die Gasturbine zu ermöglichen, was zu einer zusätzlichen Leistungsabgabe führt. Jedoch kann die Zuführung von Dampf in die Gasturbine die Emissionen der Gasturbine beeinflussen. Beispielsweise können, wenn Dampf in eine Gasturbine eingespritzt wird, die ein Dry-Low-No_x (DLN) Verbrennungssystem nutzt, Probleme mit der Verbrennungsstabilitäts- und/oder der Emissionseinhaltung entstehen. D. h. die Einspritzung von Dampf kann den Verbrennungsprozess signifikant beeinflussen, was im Allgemeinen zu schlechtem Betriebsverhalten und Emissionen führen kann.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Einige oder alle von den vorstehenden Anforderungen und/oder Problemen können durch Ausführungsformen der Beschreibung behandelt werden. Die beschriebenen Ausführungsformen können Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine beinhalten. Gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine angegeben. Das Verfahren kann die Bestimmung einer Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustandes; der Bestimmung einer Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis einer Dampffeuchtigkeit; und einer Änderung der Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung beinhalten.
Demzufolge kann ein Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine die Schritte aufweisen:

– Bestimmen einer Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustandes;
– Bestimmen einer Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit; und
– Ändern der Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung;
– das Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner auf wenigstens Einem basiert von: einem CO- oder NO_x-Emissionsbezugszustand.

Die Bestimmung der Temperaturanpassung kann ferner wenigstens zum Teil auf einlassspezifischer Feuchtigkeit und Dampffeuchtigkeit basieren.
Alternativ kann die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner wenigstens zum Teil auf Differenzeinlassdruckverlust, aktuellem Verdichterzustand und Differenzabgastemperaturausgabe basieren.
Ferner kann alternativ die Bestimmung der Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf von Differenzrückdruck, aktuellem Verdichterzustand und Differenzabgastemperaturausgabe basieren.
Jedes vorstehend erwähnte Verfahren kann ferner die Schritte aufweisen:

– Erzeugen mehrerer Sollabgastemperaturen; und
– Auswählen von einer von den mehreren Sollabgastemperaturen, um die Steuerung der Gasturbine zu ermöglichen.

Die Sollabgastemperatur kann an eine Steuerung angelegt werden, um eine Turbinenbrenntemperatur zu bestimmen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Sollabgastemperatur an eine Steuerung angelegt werden, um den Brennstoffdurchfluss und/oder Luftdurchfluss zu einem Brenner der Gasturbine zu bestimmen.
Jedes vorstehend erwähnte Verfahren kann periodisch während des Betriebs der Gasturbine wiederholt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Beschreibung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine angegeben. Die Vorrichtung kann eine Steuerung mit einem Computerprozessor aufweisen; und einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die wiederum dafür betrieben werden können: eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen; eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
Demzufolge kann eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine aufweisen:
eine Steuerung mit einem Computerprozessor; und
einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die dafür betrieben werden können:
eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen;
eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und
die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
Die Vorrichtung kann die Temperaturanpassung ferner auf der Basis von wenigstens einem bestimmen: einem CO- oder NO_x-Bezugszustand.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung ferner die Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf der Basis spezifischer Feuchtigkeit am Turbineneinlass und Dampffeuchtigkeit bestimmen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung ferner die Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf der Basis von Differenzeinlassdruckverlust, aktuellem Verdichterzustand und Differenzabgastemperaturausgabe bestimmen.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung ferner die Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf der Basis von Differenzrückdruck, aktuellem Verdichterzustand und Differenzabgastemperaturausgabe bestimmen.
Die Vorrichtung kann mehrere Sollabgastemperaturen erzeugen und eine von den mehrere Sollabgastemperaturen auswählen, um eine Steuerung der Gasturbine zu ermöglichen.
In jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann die Steuerung die Sollabgastemperatur zum Bestimmen einer Turbinenbrenntemperatur anwenden.
In jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung kann die Steuerung die Sollabgastemperatur anwenden, um einen Brennstoffdurchfluss und/oder Luftdurchfluss zu einem Brenner der Gasturbine zu bestimmen.
In jeder vorstehend erwähnten Vorrichtung können die computerausführbaren Instruktionen periodisch während des Betriebs der Gasturbine wiederholt werden.
Ferner wird gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein System zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine angegeben. Das System kann eine Gasturbine mit einem oder mehreren Verdichtern, einem oder mehreren Brennern, einer oder mehreren Turbinen, eine Dampfquelle zum Einspritzen von Dampf in Vorverbrennungs/Nach-Verdichtungs-Luft; eine Steuerung mit einem Computerprozessor; und einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor aufweisen, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die dafür betrieben werden können: eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen; eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
Demzufolge kann das System aufweisen:
eine Gasturbine mit einem oder mehreren Verdichtern, einem oder mehreren Brennern, einer oder mehreren Turbinen;
eine Dampfquelle zum Einspritzen von Dampf in Vorverbrennungs/Nach-Verdichtungs-Luft;
eine Steuerung mit einem Computerprozessor; und
einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die dafür betrieben werden können:
eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen;
eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und
die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
In dem System kann die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner auf der Basis wenigstens Einem erreicht werden: einem CO- oder NO_x-Emissionsbezugszustand.
Weitere Ausführungsformen, Aspekte und Merkmale der Beschreibung werden für den Fachmann aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Es wird nun Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen, welche nicht notwendigerweise maßstäblich gezeichnet sind, und in welchen:
1 eine exemplarische schematische Darstellung eines Systems zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung ist;
2 eine schematische Darstellung ist, die Details eines exemplarischen Datenflusses zur Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung veranschaulicht.
3 eine schematische Darstellung ist, die Details eines exemplarischen Datenflusses zur Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung veranschaulicht.
4 eine schematische Darstellung ist, die Details eines exemplarischen Datenflusses zur Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung veranschaulicht.
5 eine schematische Darstellung ist, die Details eines exemplarischen Datenflusses zur Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung veranschaulicht.
6 eine schematische Darstellung ist, die Details eines exemplarischen Datenflusses zur Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Beschreibung veranschaulicht.
Detaillierte Beschreibung
Veranschaulichende Aspekte der Erfindung werden nun hierin nachstehend vollständiger unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen einige, aber nicht alle Aspekte der Erfindung dargestellt sind. Tatsächlich kann die Erfindung in vielen unterschiedlichen Formen verkörpert sein, und sollte nicht auf als die hierin beschriebenen Aspekte beschränkt betrachtet werden; stattdessen werden diese Aspekte so bereitgestellt, dass diese Offenbarung den zutreffenden rechtlichen Anforderungen genügt. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich auf gleiche Elemente durchgängig durch die Beschreibung und die Zeichnungen.
Veranschaulichende Ausführungsformen der Beschreibung sind unter anderem auf Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine gerichtet. Bestimmte veranschaulichende Ausführungsformen der Erfindung können auf die Einspritzung von Dampf in Vorverbrennungs/Nachverdichtungs-Luft gerichtet sein. In einigen Ausführungsformen kann eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands bestimmt werden. In weiteren Fällen kann die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung verändert werden.
In einer Ausführungsform kann die Temperaturanpassung ferner auf der Basis vom wenigstens einem bestimmt werden von: einem CO- oder NO_x-Emissionsbezugszustand. In einer Ausführungsform kann die Temperaturanpassung ferner wenigstens zum Teil auf der Basis spezifischer Feuchtigkeit am Turbineneinlass und Dampffeuchtigkeit bestimmt werden. In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf der Basis eines Differenzeinlassdruckverlustes, eines aktuellen Verdichterzustandes und/oder einer Differenzabgastemperaturausgabe bestimmen. Ebenso kann in einigen Fällen die Bestimmung der Temperaturanpassung wenigstens zum Teil auf der Basis eines Differenzrückdrucks, eines aktuellen Verdichterzustands und einer Differenzabgastemperaturausgabe bestimmt werden.
In bestimmten Aspekten können mehrere Sollabgastemperaturen erzeugt werden. Auf diese Weise können in einigen Fällen eine oder mehrere Sollabgastemperaturen ausgewählt werden, um die Steuerung der Gasturbine zu ermöglichen. In weiteren Aspekten kann die Sollabgastemperatur durch eine Steuerung angelegt werden, um eine Turbinenbrenntemperatur zu bestimmen. Ebenso kann in einigen Beispielen die Sollabgastemperatur durch eine Steuerung angelegt werden, um einen Brennstoffdurchfluss und/oder Luftdurchfluss zu einem Brenner der Gasturbine zu bestimmen. In jedem Falle können die beschriebenen Systeme und Verfahren periodisch während des Betriebs der Gasturbine wiederholt werden.
Bestimmte Ausführungsformen der Beschreibung können eine technische Lösung für die Bestimmung einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine bereitstellen. Beispielsweise können die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eine Anpassung an eine vorhergesagte Gasturbinenabgastemperatur bereitstellen. In einigen Fällen kann die angepasste Sollabgastemperatur die Einhaltung von Emissionen (z. B. NO_x und CO) ermöglichen, die die Einspritzung von Dampf in Vorverbrennungs/Nachverdichtungs-Luft ausgleichen. Beispielsweise kann in bestimmten Ausführungsformen eine Turbinendampfstrommessung verwendet werden, um eine Anpassung zu bestimmen, die auf einem bestehenden Feuchtigkeitsterm in einem NO_x- und/oder CO-Grenzwertalgorithmus angewendet werden kann. Auf diese Weise können die prädiktiven Emissionsgrenzwert-Abgastemperaturen in dem geeigneten Maße in Bezug auf die Dampfstromrate angepasst werden. Diese Temperaturen können anderswo in dem Steueralgorithmus verwendet werden, um den Turbinenbrennstoff und/oder Luftdurchfluss zum Erzielen von Emissionseinhaltungen einzustellen.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform stellt 1 eine Gasturbine 10 mit einem Verdichter 12, einem Brenner 14, einer Turbine 16, die antreibend mit dem Verdichter 12 verbunden ist und einem Steuersystem 18 dar. Ein Einlass 20 zu dem Verdichter 12 kann Umgebungsluft und möglicherweise in den Verdichter 12 eingespritztes Wasser zuführen. Der Einlass kann Durchlässe, Filter, Siebe und Schallabsorptionsvorrichtungen enthalten, die jeweils zu einem Druckverlust der durch den Einlass 20 strömenden Umgebungsluft in die Einlassführungsschaufeln 21 des Verdichters 12 beitragen können. Ein Abgasdurchlass 22 für die Turbine kann Verbrennungsgase aus dem Auslass der Turbine 16 durch Durchlässe führen, die beispielsweise Emissionssteuerungs- und Schallabsorptionsvorrichtungen enthalten. Der Abgasdurchlass 22 kann einen Rückdruck auf die Turbine 16 ausüben. Der Betrag des Rückdruckes kann über der Zeit aufgrund der Hinzufügung von Komponenten zu dem Durchlass 22 und aufgrund von Staub- und Schmutzverstopfungen der Abgaskanälen variieren. In einem Beispiel kann die Turbine einen Generator 24 antreiben, der elektrischen Strom erzeugt. In weiteren Fällen kann die Turbine jedoch mechanischen Antriebsanwendungen zugeordnet sein. Der Einlassverlust zu dem Verdichter 12 und die Turbinenabgasdruckverluste können tendenziell eine Funktion eines korrigierten Durchflusses durch die Gasturbine 10 sein. Demzufolge kann der Betrag des Einlassverlustes und Turbinenrückdruckes mit dem Durchfluss durch die Gasturbine 10 variieren.
In bestimmten Ausführungsformen kann ein Dampfinjektor 11 Dampf in die Vorverbrennungs/Nachverdichtungs-Luft einspritzen. In einigen Fällen kann der durch den Dampfinjektor 11 eingespritzte Dampf dazu genutzt werden, die Temperatur so herabzusetzen, dass zusätzlicher Brennstoff in die Gasturbine 10 eingespritzt werden kann, was die Leistungsabgabe der Gasturbine 10 erhöhen kann.
Der Betrieb der Gasturbine 10 kann durch verschiedene Sensoren, die verschiedene Komponenten und Zustände der Gasturbine 10, des Generators 24 und/oder der Umgebung detektieren, überwacht werden. Beispielsweise können Temperatursensoren die die Gasturbine umgebende Umgebung, die Verdichterauslasstemperatur, die Turbinenabgastemperatur und weitere Temperaturmesswerte des Gasstroms durch die Gasturbine 10 überwachen. In einigen Beispielen können Drucksensoren den Umgebungsdruck und statische und dynamische Druckpegel an dem Verdichtereinlass und Auslass und des Turbinengases sowie an anderen Stellen in dem Gasstrom überwachen. Ferner können in weiteren Beispielen Feuchtigkeitssensoren (z. B. Nass- und Trockenkolbenthermometer) die Umgebungsfeuchtigkeit in dem Einlasskanal des Verdichters messen. In einigen Fällen können die Sensoren 26 auch Durchflusssensoren, Geschwindigkeitssensoren, Flammendetektorsensoren, Ventilpositionssensoren, Führungsschaufelwinkelsensoren oder dergleichen aufweisen, die verschiedene Parameter in Bezug auf den Betrieb der Gasturbine 10 messen. So wie hierin verwendet, beziehen sich ”Parameter” und ähnliche Begriffe auf Elemente, die dazu genutzt werden können, die Betriebszustände der Gasturbine 10, wie z. B. Temperaturen, Drücke und Durchflüsse an definierten Stellen in der Gasturbine 10, die dazu genutzt werden können, einen gegebenen Turbinenbetriebszustand zu repräsentieren, zu definieren.
Ein Brennstoffsteuerungssystem 28 kann den von einem Brennstoffvorrat zu dem Brenner 14 strömenden Brennstoff, eine Aufteilung zwischen dem in die Hauptdüsen strömenden Brennstoff und dem mit Luft vermischten Brennstoff, bevor sie in eine Brennkammer strömt, regeln und kann die Art des Brennstoffs für den Brenner 14 auswählen. Das Brennstoffsteuerungssystem 28 kann eine getrennte Einheit sein oder kann eine Komponente einer größeren Steuerung 18 sein. Beispielsweise kann in einigen Fällen die Steuerung 18 ein Computersystem mit einem Prozessor(en) 19 sein, der Programme ausführt, um den Betrieb der Gasturbine 10 unter Verwendung von Sensoreingangssignalen und Anweisungen von einer Bedienungsperson zu steuern. Die von der Steuerung 18 ausgeführten Programme können einen Planalgorithmus zum Regeln des Brennstoffdurchflusses und/oder Luftdurchflusses zu dem Brenner 14 beinhalten. Die durch die Steuerung erzeugten Befehle können Aktoren der Gasturbine 10 dazu veranlassen, beispielsweise Ventile zwischen dem Brennstoffvorrat und dem Brenner 14 einzustellen, die den Durchsatz und die Art des Brennstoffs, Einlassführungsleitschaufeln 21 auf dem Verdichter 12 und andere Steuereinstellungen auf der Gasturbine 10 regeln.
Die Steuerung 18 kann die Gasturbine 10 wenigstens zum Teil auf der Basis in einem Computerspeicher 14 der Steuerung gespeicherten Algorithmen regeln. Diese Algorithmen können die Steuerung 18 veranlassen, die NO_x- und CO-Emissionen in dem Turbinenabgas innerhalb bestimmter vorbestimmter Grenzwerte zu halten und die Brennerverbrennungstemperaturen innerhalb vorbestimmter Temperaturgrenzwerte zu halten. Die Algorithmen können Parameter für das aktuelle Verdichterdruckverhältnis, die spezifische Feuchtigkeit der Umgebung, Einlassdruckverlust und/oder Turbinenabgasrückdruck beinhalten. Aufgrund dieser Parameter in den Algorithmen kann die Steuerung 18 neben anderen Dingen die Einspritzung von Dampf in die Vorverbrennungs/Nachverdichtungs-Luft durch den Dampfinjektor 11 anwenden.
In bestimmten Ausführungsformen kann der Brenner 14 ein DLN-Verbrennungssystem sein. Ferner kann in einigen Fällen das Steuersystem 18 dafür programmiert und/oder modifiziert sein, um das DLN-Verbrennungssystem zu steuern. Exemplarische DLN-Verbrennungssteueralgorithmen sind in den 2–6 dargestellt.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform zeigt 2 eine Blockdarstellung, die einen exemplarischen Datenfluss 34 veranschaulicht, um beispielsweise eine begrenzende Turbinenabgastemperatur auf der Basis eines NO_x-Emissionsbegrenzungsprozesses 36, eines CO-Emissionsbegrenzungsprozesses 38, eines Sollturbinenbrenntemperatur-(T_Feuer)-Prozess 40 und eines T_Feuer-Begrenzungsprozesses 42 festzulegen. Die Prozesse 36, 38, 40 und 42 können jeweils eine getrennte Sollturbinenabgastemperatur ausgeben. In einigen Fällen kann der Prozess 34 eine Auswahllogik 44 enthalten, um eine von den eingegebenen Sollabgastemperaturen auszuwählen. Beispielsweise kann in bestimmten Aspekten der Prozess 34 dazu genutzt werden, Turbinenemissionen und Brenntemperaturen an oder unter Grenzwerten zu halten, wenn insbesondere Umgebungsbedingungen, Einlassdruckverlust, Abgasrückdruck und/oder die Einspritzung von Dampf variieren. Zusätzlich kann der Prozess 34 in weiteren Aspekten glatte Übergänge in dem Betrieb der Gasturbine 10 ermöglichen, wenn Änderungen in Umgebungsbedingungen auftreten, sobald Dampf in die Gasturbine eingespritzt wird und sobald Einlassdruckverlust und Rückdruck variieren.
3 ist eine schematische Darstellung eines Prozesses 45, der in einigen Fällen jeden von den Prozessen 36, 38, 40 und 42 repräsentieren kann, die eine Sollturbinenabgastemperatur 46 erzeugen. Die NO_x-, CO- und T_Feuer-Begrenzungsprozesse und die T_Feuer-Sollwertprozesse können jeweils ihre eigenen spezifischen Pläne und Korrekturfaktorexponenten haben, sind aber ansonsten ähnlich und werden durch den Prozess 45 repräsentiert. In einem Beispiel können die Prozesse beispielsweise als Eingangsdaten das aktuelle Verdichterdruckverhältnis, die spezifische Feuchtigkeit der in den Verdichter 12 eintretenden Umgebungsluft, den Druckverlust der durch den Eintrittsdurchlass 20 strömenden Umgebungsluft und den Rückdruck des Turbinenabgases aufgrund des Abgasdurchlasses 22 empfangen. In bestimmten Aspekten können aufgrund dieser Eingabewerte die NO_x-, CO- und T_Feuer-Begrenzungsprozesse 36, 38 und 42 und der T_Feuer-Sollwertprozess jeweils eine gewünschte Sollabgastemperatur 46 erzeugen.
In einer veranschaulichenden Ausführungsform kann der repräsentative Prozess 45 einen Plan 48 zur Anwendung eines Verdichterdruckverhältnisses zum Erreichen einer korrigierten Turbinenabgastemperatur 50 beinhalten. Beispielsweise kann das Verdichterdruckverhältnis in Abhängigkeit von dem Abgastemperatursollplan 48 ein Graph, eine Nachschlagetabelle oder eine Funktion sein, die das Verdichterdruckverhältnis mit einem korrigierten Abgastemperatursollwert korreliert. In einigen Fällen kann der Plan 48 für jede Gasturbine oder Gasturbinenklasse in einer herkömmlichen Weise erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Plan 48 eine korrigierte Abgastemperatur für eine definierte Bezugslast und/oder Umgebungsbedingungen, wie z. B. Feuchtigkeit und Temperatur ergeben.
Um die gewünschte tatsächliche Abgastemperatur zu erhalten, kann die korrigierte Abgastemperatur angepasst werden, um die Last, die Umgebungstemperatur und die Feuchtigkeit und den eingespritzten Dampf zu berücksichtigen. Beispielsweise kann in einer veranschaulichenden Ausführungsform die korrigierte Abgastemperatur 50 (nachdem sie zum Berücksichtigen des Verdichtereinlassdruckverlustes und des Abgasrückdruckes angepasst wurde) auf einen absoluten Temperaturpegel, wie z. B. in Grad Rankine, im Schritt 52 umgewandelt werden. D. h., eine Temperatur in Fahrenheit kann in Rankine durch Hinzufügen von 459,67 Grad umgewandelt werden. Die absolute Temperatur kann dann bei dem Schritt 54 mit einem Korrekturfaktor 56 multipliziert werden, welcher eine Funktion (X^y) eines Korrekturfaktorexponenten (y) und eines Verdichtertemperaturverhältnisses (X) sein kann. Der Korrekturfaktorexponent (y) kann empirisch erhalten werden und für jeden Algorithmus 36, 38, 40 und 42 und für jede Klasse einer Gasturbine 10 spezifisch sein. Das Verdichtertemperaturverhältnis (X) kann eine Anzeige einer Gasturbinenbelastung sein. Das Verdichtertemperaturverhältnis kann die aktuelle Verdichterauslasstemperatur über einer Bezugsverdichtertemperatur (T_ref) wie z. B. der Verdichtertemperatur bei voller Gasturbinenbelastung sein. Die für das Verdichtertemperaturverhältnis angewendeten Temperaturen können absolute Temperaturen sein. Durch Multiplizieren der Funktion (X^y) und der korrigierten Sollabgastemperatur kann eine unkorrigierte Sollabgastemperatur 58, umgewandelt auf eine nicht-absolute Temperaturskala, erzeugt werden.
Die von dem Verdichterdruckverhältnisplan 48 ausgegebene korrigierte Turbinenabgastemperatur 50 berücksichtigt keine Abweichungen in dem Verdichtereinlassdruckverlust, in dem Abgasrückdruckverlust, den Änderungen in der Umgebungsfeuchtigkeit, den Änderungen aufgrund der Einspritzung von Dampf und/oder Einheiten spezifischer Abweichungen der Gasturbine 10. Zusätzliche Plane 60, 62, 100 und 200 können angewendet werden, um die Sollturbinenabgastemperaturen bezüglich Änderungen dieser Bedingungen anzupassen. Beispielsweise kann der Plan 60 für den Einlassdruckverlust eine Funktion sein, die mit einer Differenzabgastemperatur zu dem tatsächlichen Verdichterdruckverhältnis und dem Verdichtereinlassdruck (oder der Änderung zwischen dem tatsächlichen Einlassdruckverhältnis und dem definierten Einlassdruckverlust, der bei der Entwicklung des Verdichterplans 48 angewendet wurde, korreliert. In einigen Fällen kann der Einlassdruckverlustplan 60 eine Funktion eines Verdichterverhältnisses sein, da das Druckverhältnis eine Funktion des korrigierten Durchflusses durch die Gasturbine 10 ist und mit der Belastung der Gasturbine 10 variiert. Beispielsweise kann der von dem Einlassdruckverlustplan 60 ausgegebene Differenzabgastemperaturwert 66 ein korrigierter Temperaturwert sein. Demzufolge kann der Differenzabgastemperaturwert 66 mit der aus dem Verdichterplan 48 erhaltenen korrigierten Sollabgastemperatur 50 summiert werden.
In ähnlicher Weise kann der Rückdruckplan 62 in bestimmten Ausführungsformen einen Differenzwert für die korrigierte Abgastemperatur 50 auf der Basis einer Funktion des Verdichterdruckverhältnisses und des tatsächlichen Rückdrucks (oder der Änderung zwischen dem tatsächlichen Rückdruck und dem bei der Entwicklung des Plans 48 angewendeten definierten Rückdruckes) erzeugen. Beispielsweise kann der Rückdruckplan 42 eine Funktion des Verdichterverhältnisses sein, da der Turbinenrückdruckverlust eine Funktion des korrigierten Durchsatzes durch die Gasturbine ist und mit der Belastung auf der Gasturbine variiert.
4 stellt eine Beispielausführungsform des Plans 100 für Feuchtigkeit und eingespritzten Dampf dar. Beispielsweise kann in bestimmten Fällen der Verdichterauslassdruck 104 mit einer Konstante 106 multipliziert werden, um eine Gesamtdurchflussrate 102 des Verdichters zu bestimmen, welche eine kombinierte Durchflussrate der Luft und des Dampfes beinhalten kann. Anschließend kann die Dampfdurchflussrate 108 von der Gesamtdurchflussrate 102 subtrahiert werden, um die Luftdurchflussrate 110 zu bestimmen. Ferner kann die Dampfdurchflussrate 108 durch die Luftdurchflussrate 110 dividiert werden, um die Wasserkonzentration 112 zu bestimmen. Die Wasserkonzentration 112 kann dann mit einer Konstante 116 multipliziert werden, welche ein Kalibrierungsfaktor ist, der anwendungsspezifisch ist, um die Dampffeuchtigkeit 118 zu bestimmen. Die Dampffeuchtigkeit 118 kann dann mit der Einlassumgebungsfeuchtigkeit 120 summiert werden. Die summierte Dampffeuchtigkeit 118 und die Einlassumgebungsfeuchtigkeit 120 können dann mit einer Variablen 122 multipliziert werden, um die summierte Feuchtigkeit in eine Zwischentemperatur 124 umzuwandeln, welche angewendet werden kann, um die Sollturbinenabgastemperatur bezüglich des eingespritzten Dampfes und der Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen anzupassen. Beispielsweise kann die Differenztemperatur 124 ein positiver oder negativer Wert sein. In einigen Fällen kann die Variable 122 das Verdichterdruckverhältnis 126 aufweisen, welches quadriert und/oder mit einer oder mehreren Konstanten 328, 130 und 132 multipliziert und/oder summiert werden kann.
5 stellt eine Beispielausführungsform des Kalibrierungsplans 200 dar. Beispielsweise kann eine Anpassung des CO-Grenzwertes bestimmt werden, indem ein Soll-CO-Wert bei dem Schritt 202 eingestellt wird. Der Soll-CO-Pegel 202 kann mit einem Begrenzungsbezugszustand 204 in ppm multipliziert werden. Anschließend können der multiplizierte Sollwert 202 und der Grenzwert 204 auf einen Plan 206 zur Anwendung des CO-Grenzwertes angewendet werden, um korrigierten Turbinenabgastemperatur abzuleiten.
6 ist eine schematische Darstellung, die die Information aus 3 in Blöcke für jeden der in 2 dargestellten Algorithmen komprimiert. 6 veranschaulicht, dass der repräsentative Algorithmus 45 angepasst und auf jeden der Algorithmen 36, 38, 40 und 48 angewendet werden kann. Die Auswahllogik 44 kann eine Maximumauswahllogikeinheit 68 enthalten, die die heißeste Temperatur zwischen der Sollabgastemperatur 46 aus dem CO-Begrenzungsalgorithmus 38 und dem T_Feuer-Sollalgorithmus 40 identifizieren kann. Die durch die Maximumauswahl 68 identifizierte heißeste Temperatur kann an eine Minimumauswahllogikeinheit 70 angelegt werden, die die kühlste von den von der Maximumauswahllogikeinheit 68 ausgegebenen Temperaturen, den unkorrigierten Sollabgaswerten aus dem NO_x-Begrenzungsalgorithmus und dem T_Feuer-Begrenungsalgorithmus und einem maximalen Abgastemperaturwert 72 identifiziert. Das Ausgangssignal der Minimumauswahllogikeinheit 70 kann als der unkorrigierte Sollturbinenabgaswert 74 angewendet werden. Die Steuerung 18 kann die Brennstoffsteuerung einstellen, um den Sollturbinenabgaswert 74 zu erzielen.
Die Auswahllogik 44 kann auch einen glatten Übergang im Sollturbinenabgas während eines Übergangs von einem gewählten Begrenzungsalgorithmus auf die Auswahl eines anderen Algorithmus bereitstellen, sobald sich Betriebsbedingungen ändern. Die Auswahl der Abgassollwerte kann indirekt die erforderliche Brennerverbrennungstemperatur und den Wert der alternativen Emission vorgeben, wenn sich der Plan in Kraft befindet.
Obwohl Ausführungsformen in einer für strukturelle Merkmale und/oder methodische Handlungen spezifischen Sprache beschrieben wurden, dürfte es sich verstehen, dass die Beschreibung nicht notwendigerweise auf die beschriebenen spezifischen Merkmale und/oder methodische Handlungen beschränkt ist. Statt dessen werden die spezifischen Merkmale und/oder methodische Handlungen als veranschaulichende Formen zur Implementierung der Ausführungsformen beschrieben.
Ausführungsformen können Systeme und Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine bereitstellen. In einer Ausführungsform der Beschreibung wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine angegeben. Das Verfahren kann die Bestimmung einer Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustandes; der Bestimmung einer Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis einer Dampffeuchtigkeit; und einer Änderung der Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung beinhalten.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine mit den Schritten: Bestimmen einer Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustandes; Bestimmen einer Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit; und Ändern der Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner auf wenigstens einem basiert von: einem CO- oder NO_x-Emissionsbezugszustand, der spezifischen Feuchtigkeit am Turbineneinlass, der Dampffeuchtigkeit, dem Differenzeinlassdruckverlust, dem aktuellen Verdichterzustand, der Differenzabgastemperaturausgabe, dem Differenzrückdruck, dem aktuellen Verdichterzustand und der Differenzabgastemperaturausgabe.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit den Schritten: Erzeugen mehrerer Sollabgastemperaturen; und Auswählen einer von den mehreren Sollabgastemperaturen, um die Steuerung der Gasturbine zu ermöglichen.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Sollabgastemperatur durch eine Steuerung angewendet wird, um wenigstens eines zu bestimmen von: einer Turbinenbrenntemperatur, einem Brennstoffdurchfluss und/oder Luftdurchfluss zu einem Brenner der Gasturbine.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren periodisch während des Betriebs der Gasturbine wiederholt wird.
Vorrichtung zum Bestimmen einer Sollabgastemperatur für eine Gasturbine, aufweisend: eine Steuerung mit einem Computerprozessor; und einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die dafür betrieben werden können, um: eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen; eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner auf wenigstens einem basiert von: einem CO- oder NO_x-Bezugszustand; spezifischer Feuchtigkeit am Turbineneinlass und Dampffeuchtigkeit; Differenzeinlassdruckverlust, aktuellem Verdichterzustand und Differenzabgastemperaturausgabe.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Sollabgastemperatur durch die Steuerung angewendet wird, um eine Turbinenbrenntemperatur, einen Brennstoffdurchfluss und/oder Luftdurchfluss zu einem Brenner der Gasturbine zu bestimmen.
System, aufweisend: eine Gasturbine mit einem oder mehreren Verdichtern, einem oder mehreren Brennern, einer oder mehreren Turbinen; eine Dampfquelle zum Einspritzen von Dampf in Vorverbrennungs/Nach-Verdichtungs-Luft; eine Steuerung mit einem Computerprozessor; und einen Speicher in Verbindung mit dem Computerprozessor, der zum Speichern computerausführbarer Instruktionen betrieben werden kann, die dafür betrieben werden können: eine Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis eines Verdichterdruckzustands zu bestimmen; eine Temperaturanpassung an die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis von Dampffeuchtigkeit zu bestimmen; und die Sollabgastemperatur wenigstens zum Teil auf der Basis der Temperaturanpassung zu ändern.
System nach Anspruch 9, wobei die Bestimmung der Temperaturanpassung ferner auf wenigstens einem basiert, von: einem CO- oder NO_x-Bezugszustand.