DE102014100480A1 - System for improving gas turbine output and hot gas path component life by using humid air for nozzle subcooling - Google Patents

System for improving gas turbine output and hot gas path component life by using humid air for nozzle subcooling Download PDF

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Alston Ilford Scipio
William Theadore Fisher
Stephen Paul Wassynger
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Abstract

Ein System zur Verbesserung einer Gasturbinenausgangsleistung und zur Verlängerung der Lebensdauer von Heißgaspfadkomponenten enthält ein Subsystem zur Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge, um die Soll-Heißgaspfadtemperatur zu erreichen. Das System enthält eine Wasser- oder Dampfeinspritzkomponente, die zum Einspritzen der Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom zum Erzeugen eines Feuchtluftstroms angepasst ist, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen, und ein Einspritzungssubsystem, das zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe angepasst ist, ist ebenfalls enthalten. Das System enthält einen an einer Turbinenstufe angeordneten Temperatursensor und ein Subsystem zum Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe. Eine Entnahmeleitung ist mit einer Verdichterstufe verbunden und zur Entnahme eines Luftstroms angepasst.A system for improving gas turbine output and extending the life of hot gas path components includes a subsystem for estimating a quantity of water or vapor to add to the air flow to achieve the desired hot gas path temperature. The system includes a water or vapor injection component adapted to inject the amount of water or vapor into the air stream to produce a wet air stream to produce a wet air stream and an injection subsystem adapted to inject the wet air stream into a nozzle on the turbine stage , is also included. The system includes a temperature sensor disposed at a turbine stage and a subsystem for determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage. An extraction line is connected to a compressor stage and adapted to remove an air flow.

Figure DE102014100480A1_0001
Figure DE102014100480A1_0001

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENREFER TO RELATED APPLICATIONS

Diese Anmeldung ist eine Teilfortführung der U.S. Patentanmeldung Ser. Nr. 13/670, 504 mit dem Titel "SYSTEMS AND METHODS FOR ACTIVE COMPONENT LIFE MANAGEMENT FOR GAS TURBINE ENGINES", eingereicht am 7. Oktober 2012, welche hierin durch Verweis beinhaltet ist.This application is a sub-continuation of U.S. Pat. Patent Application Ser. No. 13/670, 504 entitled "SYSTEMS AND METHODS FOR ACTIVE COMPONENT LIFE MANAGEMENT FOR GAS TURBINE ENGINES", filed October 7, 2012, which is incorporated herein by reference.

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Gegenstand der hier beschriebenen Erfindung sind allgemein Gasturbinen und insbesondere aktive Komponentenlebensdauer-Managementsysteme und -verfahren zur Bereitstellung von zusätzlicher Kühlung zum Ausgleich von Spitzen-, Niedrig- und Ultraniedrig-Lastbetriebsarten und anderer Arten von Betriebsparametern.The subject matter of the invention described herein is generally gas turbines, and more particularly, active component life management systems and methods for providing additional cooling to compensate for peak, low, and ultra-low load modes, and other types of operating parameters.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Die Lebensdauer von Gasturbinenheißgaspfadteilen hat einen signifikanten Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des Gesamtlebensdauerzyklus von Einfachzyklus- und Kombinationszyklus-Kraftwerken. Gasturbinen verwenden im Allgemeinen Zapfluft aus einer oder mehreren Stufen eines Verdichters, um eine Kühlung und/oder Abdichtung der Komponenten entlang des Heißgaspfades in der Turbine bereitzustellen. Luft kann aus dem Verdichter entnommen und außerhalb oder innerhalb den Stellen zugeführt werden, die eine Kühlung in der Turbine erfordern, was hierin als ein Turbinenkühlkreis definiert ist.The lifetime of gas turbine hot gas path parts has a significant impact on the economics of the overall life cycle of single cycle and combination cycle power plants. Gas turbines generally use bleed air from one or more stages of a compressor to provide cooling and / or sealing of the components along the hot gas path in the turbine. Air may be taken from the compressor and supplied outside or within the locations requiring cooling in the turbine, which is defined herein as a turbine cooling circuit.

Jede in dem Verdichter verdichtete und nicht zur Erzeugung von Verbrennungsgasen genutzte Luft verringert jedoch allgemein den Gesamtwirkungsgrad der Gasturbine. Andererseits können erhöhte Temperaturen in der Turbine einen Einfluss auf die Emissionspegel und die Lebensdauer der Komponenten haben, die entlang des Heißgaspfades und anderswo positioniert sind. Im Allgemeinen verringert ein Betrieb oberhalb der Grundlast die Lebensdauer der Heißgaspfadkomponenten, während ein Betrieb unterhalb der Grundlast die Komponentenlebensdauer im Allgemeinen verlängert.However, any air compressed in the compressor and not used to generate combustion gases generally reduces the overall efficiency of the gas turbine. On the other hand, elevated temperatures in the turbine may have an impact on the emission levels and life of the components positioned along the hot gas path and elsewhere. In general, operation above the base load reduces the life of the hot gas path components while operating below the base load generally extends the component life.

Eine Ausnahme zu dieser Beziehung kann man jedoch in Bezug auf die Düsen und Laufschaufeln der Stufen hinter der ersten Turbinenstufe finden. Die Einlassgastemperaturen hinterer Stufen können bei Spitzenfeuerung höher als bei Grundlast und noch höher bei längerer Absenkung oder sehr niedrigen Lasten und Feuerungstemperaturen sein. Gasturbinen sind typischerweise für einen Dauergrundlastbetrieb mit minimierten Kühlflüssen zu den Stufen ausgelegt, um den thermischen Wirkungsgrad zu maximieren. Diesbezüglich kann ein Niedriglastbetrieb für die Komponenten in den hinteren Stufen schädlich sein, während ein Spitzenlastbetrieb für die Komponenten in allen Stufen der Turbine schädlich sein kann.An exception to this relationship, however, can be found in relation to the nozzles and blades of the stages behind the first turbine stage. Backstage inlet gas temperatures may be higher at peak firing than at baseload and even higher at longer settlements or at very low loads and firing temperatures. Gas turbines are typically designed for continuous base load operation with minimized cooling flows to the stages to maximize thermal efficiency. In this regard, low load operation may be detrimental to the components in the rear stages, while peak load operation may be detrimental to the components in all stages of the turbine.

Das auf Physik basierende Verständnis der Lebensdauer von Gasturbinen-Heißgaspfadteilen zeigt, dass ein Betrieb über der Nenn-Feuerungstemperatur (T-fire) die Lebensdauer von Heißgaspfadteilen verkürzt und ein Betrieb unter der Nenn-Feuerungstemperatur (T-fire) die Teilelebensdauer verlängert. Diese Beziehung ist als der anwendbare Wartungsfaktor (MF) quantifiziert. Die Auswirkung auf die Düse der letzten Stufe und die Laufschaufel der letzten Stufe ist jedoch komplizierter und hat eine Beziehung zu T-fire und zur Ausgangsleistung dergestalt, dass die Gastemperatur bei dieser Stufe eine Badewannengestalt in Bezug auf die Ausgangsleistung und T-fire annimmt. Die Gastemperatur der letzten Stufe ist bei Spitzenfeuerung höher als bei Grundlast und bei längerer Absenkung oder sehr niedriger Last und T-fire noch höher. Dieses Phänomen zeigt eine der Intuition entgegensetzte Auswirkung auf die Komponenten der letzten Stufe, bei der ein Betrieb bei längerem Absenkungspegel oder ultraniedriger Last den größten negativen Einfluss auf die Teilelebensdauer hat.The physics-based understanding of the lifetime of gas turbine hot gas path parts shows that operation above the rated furnace temperature (T-fire) shortens the life of hot gas path parts and operating below the rated furnace temperature (T-fire) prolongs part life. This relationship is quantified as the applicable maintenance factor (MF). However, the effect on the final stage nozzle and last stage nozzle is more complicated and has a relation to T-fire and output power such that the gas temperature at this stage assumes a bath shape in terms of output and T-fire. The gas temperature of the last stage is higher at peak firing than at baseload and even longer at lower or very low load and T-fire. This phenomenon exhibits an intuitionally adverse effect on the final stage components, where operation at longer settling level or ultra-low load has the greatest negative impact on component life.

Gasturbinen sind typischerweise für einen Dauergrundlastbetrieb ausgelegt und jeder Aufwand wird zur Minimierung von Kühlungsströmen unternommen, um den thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine zu maximieren. Diese typische Strategie kann jedoch im Spitzenlastbetrieb und im Ultraniedriglastbetrieb schädlich sein. Für Gasturbinen, die Abgastemperaturgeführt (herkömmliche Steuerung) oder modifiziert-Abgastemperatur-geführt gesteuert werden, stellt eine extern variable Turbinenbereichs-Kühlungsströmung eine zusätzliche Herausforderung für Abgastemperatursteuerungen dar, bei dene die gemessene Abgastemperatur kompensiert werden muss, um die Auswirkung der variablen Kühlmittelströmung zu berücksichtigen.Gas turbines are typically designed for continuous base load operation and every effort is made to minimize cooling flows to maximize the thermal efficiency of the gas turbine. However, this typical strategy can be detrimental in peak load operation and ultra low load operation. For gas turbines controlled by exhaust gas temperature control (conventional control) or modified exhaust gas temperature control, externally variable turbine region cooling flow presents an additional challenge to exhaust gas temperature controls where the measured exhaust gas temperature must be compensated to account for the effect of variable coolant flow.

Herkömmliche Heißgaspfadtemperatur-Managementsysteme stellen keine ausreichenden Einrichtungen zur Beherrschung der negativen Betriebsauswirkung auf die Teilelebensdauer während eines Spitzen- und längeren Absenkungs-(oder Ultraniedriglast-)Betriebs bereit. Zusätzlich stellen herkömmliche Heißgaspfadtemperaturmanagementsysteme eine unzureichende selektive Unterkühlung der Heißgaspfadkomponenten, zur Erhöhung der Turbinenspitzenlast über die Nennleistungsfähigkeit hinaus bereit.Conventional hot gas path temperature management systems do not provide sufficient facilities to control the adverse effects of operation on part life during peak and longer descent (or ultra-low load) operation. In addition, conventional hot gas path temperature management systems provide insufficient selective subcooling of the hot gas path components to increase turbine tip load beyond the rated capacity.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG BRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION

Gemäß einer exemplarischen nicht einschränkenden Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet die Schritte einer Ermittlung einer Heißgaspfadtemperatur an einer Turbinenstufe und die Ermittlung einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe. Ein Luftstrom wird aus einer Verdichterstufe entnommen und eine den Luftstrom hinzuzufügende Fluidmenge zum Erreichen einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe wird abgeschätzt. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Hinzufügung der abgeschätzten Fluidmenge zu dem Luftstrom, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen und die Einspritzung des Feuchtluftstroms in eine Düse der Turbinenstufe.According to an exemplary non-limiting embodiment, the invention relates to a method of operating a gas turbine. The method includes the steps of determining a hot gas path temperature at a turbine stage and determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage. An air stream is taken from a compressor stage and an amount of fluid to be added to the air stream to reach a desired hot gas path temperature at the turbine stage is estimated. The method includes the step of adding the estimated amount of fluid to the air stream to produce a wet air stream and injecting the wet air stream into a nozzle of the turbine stage.

Das Fluid ist Wasser oder Dampf.The fluid is water or steam.

Die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur kann den Schritt der Messung der Ist-Heißgaspfadtemperatur mittels eines optischen Messwandlers aufweisen.The determination of an actual hot gas path temperature may include the step of measuring the actual hot gas path temperature by means of an optical transducer.

Zusätzlich oder alternativ kann die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur den Schritt der Messung einer Brennerabgastemperatur aufweisen.Additionally or alternatively, the determination of an actual hot gas path temperature may include the step of measuring a burner exhaust temperature.

Zusätzlich oder alternativ kann die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur den Schritt der Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur bei einer ersten Turbinenstufe und die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur bei einer zweiten Turbinenstufe aufweisen.Additionally or alternatively, the determination of an actual hot gas path temperature may include the step of determining an actual hot gas path temperature at a first turbine stage and determining an actual hot gas path temperature at a second turbine stage.

Zusätzlich oder alternativ kann die Ermittlung einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei der Turbinenstufe aufweisen: Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei einer ersten Stufe; und Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei einer zweiten Stufe.Additionally or alternatively, the determination of a desired hot gas path temperature at the turbine stage may include: determining a desired hot gas path temperature at a first stage; and determining a desired hot gas path temperature at a second stage.

Die Entnahme eines Luftstroms kann aufweisen: Entnehmen eines ersten Luftstroms aus einer ersten Verdichterstufe; und Entnehmen eines zweiten Luftstroms aus einer zweiten Verdichterstufe.The removal of an air stream may include: withdrawing a first air stream from a first compressor stage; and removing a second airflow from a second compressor stage.

Die Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Fluidmenge kann die Schritte aufweisen: Abschätzen einer dem ersten Luftstrom hinzuzufügenden ersten Fluidmenge; und Abschätzen einer dem zweiten Luftstrom hinzuzufügenden zweiten Fluidmenge;Estimation of a quantity of fluid to be added to the airflow may include the steps of: estimating a first amount of fluid to be added to the first airflow; and estimating a second fluid amount to be added to the second airflow;

In einer weiteren Ausführungsform wird ein System zur Verlängerung der Lebensdauer von Heißgaspfadkomponenten beschrieben. Das System enthält einen an einer Turbinenstufe angeordneten Temperatursensor und ein Subsystem zur Ermittlung einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei der Turbinenstufe. Eine Entnahmeleitung ist mit einer Verdichterstufe verbunden und für die Entnahme eines Luftstroms angepasst. Das System enthält ein Subsystem zur Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge, um die Soll-Heißgaspfadtemperatur zu erreichen. Eine Wasser- oder Dampfeinspritzkomponente, die zum Einspritzen der Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom zum Erzeugen eines Feuchtluftstroms angepasst ist und ein Einspritzungssubsystem, das zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe angepasst ist, sind ebenfalls enthalten.In another embodiment, a system for extending the life of hot gas path components is described. The system includes a temperature sensor located at a turbine stage and a subsystem for determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage. A sampling line is connected to a compressor stage and adapted for the removal of an air flow. The system includes a subsystem for estimating an amount of water or steam to add to the airflow to achieve the desired hot gas path temperature. A water or vapor injection component adapted to inject the amount of water or vapor into the air stream to produce a wet air stream and an injection subsystem adapted to inject the wet air stream into a nozzle at the turbine stage are also included.

Der Temperatursensor des Systems kann ein optischer Messwandler sein.The temperature sensor of the system may be an optical transducer.

Die Wasser- oder Dampfeinspritzkomponente jedes vorstehend erwähnten Systems kann eine Wasser- oder Dampfeinspritzkammer aufweisen.The water or steam injection component of each system mentioned above may include a water or steam injection chamber.

Jedes vorstehend erwähnte System kann ferner aufweisen: einen zweiten Temperatursensor, der bei einer zweiten Turbinenstufe angeordnet ist; eine zweite Entnahmeleitung, die mit einer zweiten Verdichterstufe verbunden ist, die zur Entnahme eines zweiten Luftstroms angepasst ist; und ein zweites Subsystem zum Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der zweiten Turbinenstufe; ein zweites Subsystem zum Abschätzen einer zweiten dem zweiten Luftstrom hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge, um die Soll-Heißgaspfadtemperatur an der zweiten Turbinenstufe zu erreichen; und eine zweite Brennstoffeinspritzkomponente, die zum Einspritzen einer zweiten Wasser- oder Dampfmenge in den zweiten Luftstrom angepasst ist, um einen zweiten Feuchtluftstrom zu erzeugen; und ein zweites Einspritzsubsystem, das zum Einspritzen eines zweiten Feuchtluftstroms in eine Düse an der zweiten Turbinenstufe angepasst ist.Each of the aforementioned systems may further include: a second temperature sensor disposed at a second turbine stage; a second extraction line connected to a second compressor stage adapted to extract a second airflow; and a second subsystem for determining a desired hot gas path temperature at the second turbine stage; a second subsystem for estimating a second amount of water or vapor to be added to the second airflow to achieve the desired hot gas path temperature at the second turbine stage; and a second fuel injection component adapted to inject a second quantity of water or vapor into the second airflow to produce a second wet airflow; and a second injection subsystem adapted to inject a second wet air stream into a nozzle at the second turbine stage.

In einer weiteren Ausführungsform wird eine Gasturbine mit einem Verdichter, einer Turbine und einer mit einer Stufe des Verdichters verbundenen Leitung, die zur Entnahme eines Luftstroms angepasst ist, beschrieben. Die Gasturbine enthält auch einen Temperatursensor, der zum Messen einer Heißgaspfadtemperatur an einer Turbinenstufe angepasst ist. Die Gasturbine enthält eine Wasser- oder Dampfeinspritzkammer, die mit der Leitung verbunden und zum Einspritzen einer vorbestimmten Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom angepasst ist, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen, und eine Einspritzvorrichtung, die mit der Leitung verbunden und zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in die Turbinenstufe angepasst ist.In another embodiment, a gas turbine is described with a compressor, a turbine, and a conduit connected to a stage of the compressor adapted to extract an airflow. The gas turbine also includes a temperature sensor adapted to measure a hot gas path temperature at a turbine stage. The gas turbine includes a water or steam injection chamber connected to the conduit and adapted to inject a predetermined amount of water or vapor into the air stream to produce a moist air stream and an injector connected to the conduit for injecting the wet air stream into the air stream the turbine stage is adjusted.

Der Temperatursensor der Gasturbine kann einen optischen Messwandler aufweisen.The temperature sensor of the gas turbine may have an optical transducer.

Die Gasturbine jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner eine mit einer zweiten Stufe des Verdichters verbundene zweite Entnahmeleitung aufweisen, die zu Entnahme eines zweiten Luftstroms angepasst ist. The gas turbine of any type mentioned above may further include a second bleed line connected to a second stage of the compressor adapted to take a second air flow.

Die Gasturbine jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner einen zweiten Temperatursensor aufweisen, der zum Messen einer zweiten Heißgaspfadtemperatur bei einer zweiten Turbinenstufe angepasst ist.The gas turbine of any type mentioned above may further include a second temperature sensor adapted to measure a second hot gas path temperature at a second turbine stage.

Die Gasturbine jedes vorstehend erwähnten Typs kann ferner aufweisen: eine zweite Wasser- oder Dampfeinspritzkammer, die mit der zweiten Entnahmeleitung verbunden und zum Einspritzen einer zweiten vorbestimmten Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom angepasst ist, um einen zweiten Feuchtluftstrom zu erzeugen; und eine zweite Einspritzvorrichtung, die mit der zweiten Entnahmeleitung verbunden und zum Einspritzen des zweiten Feuchtluftstroms in die zweite Turbinenstufe angepasst ist.The gas turbine of each type mentioned above may further include: a second water or steam injection chamber connected to the second withdrawal conduit and adapted to inject a second predetermined amount of water or vapor into the airflow to produce a second wet airflow; and a second injector connected to the second withdrawal conduit and adapted to inject the second moist airflow into the second turbine stage.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verbessern einer Ausgangsleistung einer einen Verdichter und eine Turbine aufweisenden Gasturbine beschrieben. Das Verfahren beinhaltet die Schritte der Ermittlung einer Ist-Ausgangsleistung und einer Soll-Ausgangsleistung. Das Verfahren beinhaltet auch die Schritte der Entnahme eines Luftstroms aus einer Verdichterstufe und die Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden abgeschätzten Fluidmenge, um die Soll-Ausgangleistung zu erreichen. In einem weiteren Schritt beinhaltet das Verfahren die Hinzufügung von Fluid in einer Menge im Wesentlichen gleich der abgeschätzten Fluidmenge zu dem Luftstrom, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet auch die Einspritzung des Feuchtluftstroms in eine Düse an einer Turbinenstufe und die Einstellung der Ist-Ausgangsleistung auf die Soll-Ausgangsleistung.In another embodiment, a method for improving output of a gas turbine having a compressor and a turbine is described. The method includes the steps of determining an actual output and a target output. The method also includes the steps of extracting an airflow from a compressor stage and estimating an estimated amount of fluid to add to the airflow to achieve the desired output power. In a further step, the method includes adding fluid in an amount substantially equal to the estimated amount of fluid to the airflow to produce a moist airflow. The method also includes injecting the wet air flow into a nozzle at a turbine stage and adjusting the actual output power to the desired output power.

Das Fluid kann Wasser oder Dampf sein.The fluid may be water or steam.

Die Einspritzung eines Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe kann die Einspritzung eines Feuchtluftstroms in mehrere Düsen an mehreren Turbinenstufe beinhalten.Injecting a wet air stream into a nozzle at the turbine stage may include injecting a wet air stream into a plurality of nozzles at a plurality of turbine stages.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, welche im Rahmen eines Beispiels die Prinzipien bestimmter Aspekte der Erfindung veranschaulichen.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following more detailed description of the preferred embodiment, taken in conjunction with the accompanying drawings, which illustrate, by way of example, the principles of certain aspects of the invention.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine schematische Darstellung einer Gasturbine, die einen Verdichter, einen Brenner, eine Turbine und eine Last darstellt. 1 is a schematic representation of a gas turbine, which is a compressor, a burner, a turbine and a load.

2 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Feuchtluft-Kühlsystems, wie es hierin beschrieben ist. 2 Figure 3 is a schematic representation of one embodiment of a wet air cooling system as described herein.

3 ist ein Funktionsschema einer Ausführungsform eines in einem Feuchtluft-Kühlsystem verwendeten Steuerungssystems. 3 Figure 11 is a functional diagram of one embodiment of a control system used in a wet air cooling system.

4 ist eine schematische Darstellung eines Abschnittes einer Turbine mit einer Infrarotkamera. 4 is a schematic representation of a portion of a turbine with an infrared camera.

5 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben einer Gasturbine unter Verwendung eines Feuchtluft-Kühlsystems. 5 FIG. 10 is a flowchart of one embodiment of a method of operating a gas turbine using a wet air cooling system.

6 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbessern einer Ausgangsleistung einer Gasturbine. 6 FIG. 10 is a flowchart of one embodiment of a method for improving an output of a gas turbine.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren stellen eine Unterkühlung der Heißgaspfaddüsen mit feuchter Luft, gekoppelt mit einer Abgastemperatur-Steuerungskompensation bereit. In einer weiteren Ausführungsform wird eine direkte Heißgaspfadkomponenten-Metalltemperaturmessung mit einem optischen Messwandler (z.B. einer Infrarotkamera) bereitgestellt. In noch einer weiteren Ausführungsform kann eine direkte Heißgaspfad-Gasstromtemperaturmessung mit einem optischen Messwandler (z.B. einer Infrarotkamera) angewendet werden. Die Kühlstromtemperaturen werden gemessen und die Kühlstromtemperaturen werden auf den Sollwert durch die Hinzufügung von demineralisiertem Wasser oder Dampf zum Erhöhen der Kühlluft-"Feuchtigkeit" bzw. Kühlluftmassenstroms gesteuert. Die Unterkühlung aller Düsenstufen in der Turbine ermöglicht ein aktives Teilelebensdauermanagement, welches dazu genutzt werden kann, den Maschinenbetrieb über seine derzeitigen Grenzen hinaus in Verbindung mit einer zusätzlichen Bewilligung zur Spitzenüberhitzung auszudehnen.The systems and methods described herein provide subcooling of the hot gas path nozzles with humid air coupled with exhaust temperature control compensation. In another embodiment, a direct hot gas path component metal temperature measurement is provided with an optical transducer (e.g., an infrared camera). In yet another embodiment, a direct hot gas path gas flow temperature measurement may be applied with an optical transducer (e.g., an infrared camera). The cooling flow temperatures are measured and the cooling flow temperatures are controlled to the set point by the addition of demineralized water or steam to increase the cooling air "humidity" or cooling air mass flow, respectively. The subcooling of all nozzle stages in the turbine enables active part life management, which can be used to extend engine operation beyond its current limitations, in conjunction with additional peak overheat approval.

In den Zeichnungen, in welchen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten beziehen, stellt 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine 10 dar, wie sie hierin verwendet werden kann. Die Gasturbine 10 kann einen Verdichter 15 enthalten. Der Verdichter 15 verdichtet einen ankommenden Luftstrom 20. Der Verdichter 15 liefert den verdichteten Luftstrom 20 an einen Brenner 25. Der Brenner 25 vermischt den verdichteten Luftstrom 20 mit einem unter Druck stehendem Brennstoffstrom 30 und zündet das Gemisch, um einen Verbrennungsgasstrom 35 zu erzeugen. Obwohl nur ein Brenner 25 dargestellt ist, kann die Gasturbine 10 eine beliebige Anzahl von Brennern enthalten. Der Verbrennungsgasstrom 35 wird wiederum an eine Turbine 40 geliefert. Der Verbrennungsgasstrom 35 treibt die Turbine 40 an, um so mechanische Arbeit zu erzeugen. Die in der Turbine 40 erzeugte mechanische Arbeit treibt den Verdichter 15 und eine externe Last 50, wie z.B. einen elektrischen Generator und dergleichen, über eine Welle 45 an.In the drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout the several views 1 a schematic representation of a gas turbine 10 as may be used herein. The gas turbine 10 can a compressor 15 contain. The compressor 15 compacts an incoming airflow 20 , The compressor 15 provides the compressed air flow 20 to a burner 25 , The burner 25 mixes the compressed airflow 20 with a pressurized fuel stream 30 and ignite the mixture to a combustion gas stream 35 to create. Although only a burner 25 is shown, the gas turbine 10 contain any number of burners. The combustion gas flow 35 will turn to a turbine 40 delivered. The combustion gas flow 35 drives the turbine 40 to create mechanical work. The one in the turbine 40 generated mechanical work drives the compressor 15 and an external load 50 , such as an electric generator and the like, via a shaft 45 at.

Die Gasturbine 10 kann Erdgas, flüssige Brennstoffe, verschiedene Arten von Synthesegas und/oder andere Brennstofftypen verwenden. Die Gasturbine 10 kann irgendeine von einer Anzahl unterschiedlicher Gasturbinen sein, die weltweit von verschiedenen Herstellern angeboten werden. Die Gasturbine 10 kann unterschiedliche Gestaltungen haben und kann andere Komponententypen verwenden. Mehr als nur eine Gasturbine 10, andere Arten von Turbomaschinen und andere Arten von Stromerzeugungsgeräten können ebenfalls hierin verwendet werden.The gas turbine 10 may use natural gas, liquid fuels, various types of syngas, and / or other fuel types. The gas turbine 10 can be any of a number of different gas turbines offered by different manufacturers worldwide. The gas turbine 10 can have different designs and can use other component types. More than just a gas turbine 10 Other types of turbomachinery and other types of power generators may also be used herein.

Wie vorstehend beschrieben, kann der Verdichter 15 eine Anzahl von Verdichterstufen 55 darin verwenden. Ebenso kann die Turbine 40 jede beliebige Anzahl von Turbinenstufen 40 darin verwenden. Die Gasturbine 10 kann somit eine Anzahl von Luftentnahmestellen 65 verwenden, um Kühlluft aus dem Verdichter 15 für die Turbine 40 bereitzustellen. In diesem Beispiel wird Luft aus der ersten Verdichterstufe 72 für eine erste Turbinenstufe 72 unter Verwendung einer ersten Entnahmeleitung 70 entnommen. So wie hierin verwendet, werden "erste" und "zweite" zur Unterscheidung der Stufen voneinander verwendet und nicht um notwendigerweise die Stufe des Verdichters 15 oder der Turbine 40 zu implizieren. Beispielsweise kann sich die erste Verdichterstufe 72 auf eine Stufe 9 des Verdichters 15 beziehen und die zweite Verdichterstufe kann sich auf eine Stufe 13 des Verdichters 15 beziehen. Ein erstes Entnahmesteuerungsventil 76 kann in der ersten Entnahmeleitung 70 positioniert sein. Ebenso kann die Gasturbine 10 eine zweite Entnahmeleitung 80 haben, die sich von der einer zweiten Verdichterstufe 82 zu einer zweiten Turbine 84 erstreckt. Ein zweites Entnahmesteuerungsventil 86 kann in der zweiten Entnahmeleitung 80 positioniert sein. Eine Verdichterauslassentnahmeleitung 90 kann sich von einem Verdichterauslass 92 zu einem Einlasszapfwärmesammler 94 oder einer anderen Stelle erstrecken. Der Einlasszapfwärmesammler 94 kann um einen Einlass des Verdichters 15 herum positioniert sein. Ein Einlasszapfwärmesammlerventil 96 kann zum Steuern des Stroms dorthin verwendet werden. Die Entnahmeleitungen können sich innerhalb oder außerhalb des Turbinengehäuses befinden. Weitere Komponenten und weitere Gestaltungen können hierin verwendet werden.As described above, the compressor 15 a number of compressor stages 55 use in it. Likewise, the turbine can 40 any number of turbine stages 40 use in it. The gas turbine 10 can thus have a number of air extraction points 65 Use to remove cooling air from the compressor 15 for the turbine 40 provide. In this example, air is taken from the first compressor stage 72 for a first turbine stage 72 using a first sampling line 70 taken. As used herein, "first" and "second" are used to distinguish the stages from one another and not necessarily the stage of the compressor 15 or the turbine 40 to imply. For example, the first compressor stage 72 at a stage 9 of the compressor 15 refer and the second compressor stage may be at a stage 13 of the compressor 15 Respectively. A first extraction control valve 76 can in the first sampling line 70 be positioned. Likewise, the gas turbine 10 a second sampling line 80 have that differ from that of a second compressor stage 82 to a second turbine 84 extends. A second extraction control valve 86 can in the second sampling line 80 be positioned. A compressor outlet line 90 can be from a compressor outlet 92 to an inlet fuel heat collector 94 or another job. The inlet tap heat collector 94 can be around an inlet of the compressor 15 be positioned around. An inlet tap heat collector valve 96 can be used to control the flow there. The extraction lines can be located inside or outside the turbine housing. Other components and other designs may be used herein.

2 stellt ein Feuchtluft-Kühlsystem 100 gemäß einer Ausführungsform dar. Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann mit der Gasturbine 10 wie vorstehend beschrieben verwendet werden. Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann die Komponenten der Turbine 40 deshalb entlang des Heißgaspfades, insbesondere im Bereich der ersten Turbinenstufe 74 (welche in einer Ausführungsform die Stufe 3 der Turbine sein kann) und der zweiten Turbinenstufe 89 (welche in einer Ausführungsform die Stufe 2 der Turbine sein kann) aktiv kühlen. 2 provides a humid air cooling system 100 according to one embodiment. The humid air cooling system 100 can with the gas turbine 10 as described above. The humid air cooling system 100 can the components of the turbine 40 therefore along the hot gas path, in particular in the region of the first turbine stage 74 (which may be stage 3 of the turbine in one embodiment) and the second turbine stage 89 (which may be stage 2 of the turbine in one embodiment) actively cool.

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann einen ersten Strömungs- und Temperatursensor 110 enthalten, der im Bereich der ersten Entnahmeleitung 70 positioniert ist. Ebenso kann das Feuchtluft-Kühlsystem 100 einen zweiten Strömungs- und Temperatursensor 120 enthalten, der im Bereich der zweiten Entnahmeleitung 80 positioniert ist. Der erste Strömungs- und Temperatursensor 110 und der zweite Strömungs- und Temperatursensor 120 können herkömmlicher Bauart sein. Der erste Strömungs- und Temperatursensor 110 und der zweite Strömungs- und Temperatursensor 120 bestimmen somit den Durchsatz und die Temperatur des Luftstroms 20 in der ersten Entnahmeleitung 70 (erster Luftstrom) und in der zweiten Entnahmeleitung 80 (zweiter Luftstrom).The humid air cooling system 100 can be a first flow and temperature sensor 110 included in the area of the first sampling line 70 is positioned. Likewise, the humid air cooling system 100 a second flow and temperature sensor 120 included in the scope of the second sampling line 80 is positioned. The first flow and temperature sensor 110 and the second flow and temperature sensor 120 may be of conventional design. The first flow and temperature sensor 110 and the second flow and temperature sensor 120 thus determine the flow rate and the temperature of the air flow 20 in the first sampling line 70 (first air flow) and in the second extraction line 80 (second airflow).

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann auch eine erste Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 enthalten, die im Bereich der ersten Entnahmeleitung 70 positioniert ist. Die erste Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 kann ein Verdampfungskühlsystem sein, bei dem destilliertes Wasser einem Absorptionsmedium zugeführt und dem Luftstrom durch das Medium zum Verdampfen des Wassers mittels der Energie in der Luft ausgesetzt wird. Alternativ können mehrere Sammler und Düsen einen Strahl von fein zerstäubtem Wasser oder Dampf in den Luftstrom liefern.The humid air cooling system 100 can also have a first water / steam injection chamber 130 included in the area of the first sampling line 70 is positioned. The first water / steam injection chamber 130 may be an evaporative cooling system in which distilled water is supplied to an absorption medium and exposed to the air flow through the medium to evaporate the water by means of the energy in the air. Alternatively, multiple collectors and nozzles may deliver a jet of finely atomized water or steam into the airflow.

Ebenso kann das Feuchtluft-Kühlsystem 100 eine zweite Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 enthalten, die im Bereich der zweiten Entnahmeleitung 80 positioniert ist. Die erste Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 und die zweite Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 können mit einem beliebigen Heiz- oder Kühlmedium aus einer beliebigen Quelle in Verbindung stehen. Weitere Komponenten und andere Gestaltungen können hierin verwendet werden.Likewise, the humid air cooling system 100 a second water / steam injection chamber 140 included in the scope of the second sampling line 80 is positioned. The first water / steam injection chamber 130 and the second water / steam injection chamber 140 can be connected to any heating or cooling medium from any source. Other components and other configurations may be used herein.

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann ein erstes Steuerungsventil 150 enthalten, das in der ersten Entnahmeleitung 70 stromabwärts von der ersten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 angeordnet ist. Das erste Steuerungsventil 150 steuert die Feuchtluftmenge, die in die erste Turbinenstufe 74 eingespritzt wird. Zusätzlich ist ein erster stromabwärtsseitiger Sensor 170 stromabwärts von der ersten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 angeordnet und wird zur Ermittlung der Temperatur und des Durchsatzes des Feuchtluftstroms verwendet, der in die erste Turbinenstufe 74 eingespritzt wird. Ebenso kann das Feuchtluft-Kühlsystem 100 ein zweites Steuerungsventil 160 enthalten, das in der zweiten Entnahmeleitung 80 stromabwärts von der zweiten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 angeordnet ist. Das zweite Steuerungsventil 160 steuert die Feuchtluftmenge, die in die zweite Turbinenstufe 84 eingespritzt wird. Zusätzlich ist ein zweiter stromabwärtsseitiger Sensor 180 stromabwärts von der zweiten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 angeordnet und wird zur Ermittlung der Temperatur und des Durchsatzes des Feuchtluftstroms verwendet, der in die zweite Turbinenstufe 84 eingespritzt wird.The humid air cooling system 100 may be a first control valve 150 included in that first sampling line 70 downstream of the first water / steam injection chamber 130 is arranged. The first control valve 150 controls the amount of humid air entering the first turbine stage 74 is injected. In addition, there is a first downstream sensor 170 downstream of the first water / steam injection chamber 130 and is used to determine the temperature and flow rate of the wet air stream entering the first turbine stage 74 is injected. Likewise, the humid air cooling system 100 a second control valve 160 included in the second sampling line 80 downstream of the second water / steam injection chamber 140 is arranged. The second control valve 160 controls the amount of humid air entering the second turbine stage 84 is injected. In addition, there is a second downstream sensor 180 downstream of the second water / steam injection chamber 140 and is used to determine the temperature and flow rate of the wet air stream entering the second turbine stage 84 is injected.

Die Hinzufügung von Feuchtigkeit zu den Turbinendüsenkühlungsströmen mittels Wasser/Dampf-Einspritzung verbessert die spezifische Wärme (Cp) der Kühlluft und in einem geringeren Umfang die der primären Strömung. Zusätzlich senkt die Hinzufügung von Feuchtigkeit zu den Turbinendüsenkühlungsströmen mittels Wasser/Dampf-Einspritzung die Stufenbetriebstemperatur, was die Teilelebensdauer verbessert und ein aktives Teilelebensdauermanagement durch Modulieren der Einspritzung bei jeder Stufe ermöglicht. Ein weiterer Vorteil aus der Hinzufügung von Feuchtluft zu den Turbinendüsenkühlungsströmen besteht darin, dass sie den Massenstrom der Stufe erhöht und dadurch die Spitzenausgangsleistung erhöht. Die Hinzufügung von Feuchtluft verringert auch die Abgastemperatur während eines Niederlastbetriebs und verbessert dadurch die Fähigkeit, den Isothermengrenzwert von Wärmerückgewinnungsdampfgeneratoren bei Gasturbinenleistungssteigerungen zu erfüllen.The addition of moisture to the turbine nozzle cooling streams by means of water / steam injection improves the specific heat (Cp) of the cooling air and to a lesser extent that of the primary flow. In addition, the addition of moisture to the turbine nozzle cooling streams via water / steam injection lowers the stage operating temperature, which improves part life and enables active part life management by modulating the injection at each stage. Another benefit of adding humid air to the turbine nozzle cooling flows is that it increases the mass flow of the stage and thereby increases the peak output power. The addition of wet air also reduces the exhaust gas temperature during a low load operation, thereby improving the ability to meet the isothermal limit of heat recovery steam generators in gas turbine power increases.

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann mittels einer Kühlungssteuerung 350 betrieben werden. Die Kühlungssteuerung 350 kann mit dem Gesamtsteuerungssystem der Gasturbine 10 in Verbindung stehen oder darin integriert sein. Die Kühlungssteuerung 350 kann eine Rückmeldung aus den verschiedenen Strömungssensoren empfangen, um somit die verschiedenen Steuerungsventile und Blockierungsventile geeignet zu betreiben, um so die Temperatur der Luftentnahmen 65 sowie die Temperatur der Heißgaspfadkomponenten zu steuern. Zusätzlich kann die durch die erste Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 (erste Fluidmenge) und durch die zweite Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 (zweite Fluidmenge) hinzuzufügende Fluidmenge durch die Kühlungssteuerung 350 gesteuert werden.The humid air cooling system 100 can by means of a cooling control 350 operate. The cooling control 350 can with the overall control system of the gas turbine 10 be connected or integrated in it. The cooling control 350 can receive feedback from the various flow sensors so as to properly operate the various control valves and blocking valves so as to determine the temperature of the air extraction 65 and to control the temperature of the hot gas path components. In addition, through the first water / steam injection chamber 130 (first fluid quantity) and through the second water / steam injection chamber 140 (Second fluid amount) amount of fluid to be added by the cooling controller 350 to be controlled.

Die Kühlungssteuerung 350 des hierin beschriebenen Feuchtluft-Kühlsystems 100 überwacht somit den Durchsatz und die Temperatur in der ersten Entnahmeleitung 70 und der zweiten Entnahmeleitung 80 sowie die Temperatur der Heißgaspfadkomponenten in der Turbine 40 und die Lastbedingungen darin. Die Temperatur der Luftentnahmen 65 kann somit mittels der ersten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 130 und der zweiten Wasser/Dampf-Einspritzkammer 140 verändert werden.The cooling control 350 of the moist air cooling system described herein 100 thus monitors the flow rate and temperature in the first sampling line 70 and the second sampling line 80 and the temperature of the hot gas path components in the turbine 40 and the load conditions in it. The temperature of the air withdrawals 65 can thus by means of the first water / steam injection chamber 130 and the second water / steam injection chamber 140 to be changed.

Die Kühlungssteuerung 350 kann auch den durch das Feuchtluft-Kühlsystem 100 bereitgestellten variablen Feuchtluftkühlungsstrom ausgleichen. Ein Abgastemperatursensor 360 kann stromabwärts von der Turbine 40 positioniert sein, um die Abgastemperatur zu ermitteln. Da die Gasturbine 10 Abgastemperatur-geführt gesteuert werden kann, kann die Kühlungssteuerung 350 eine Eingangsgröße aus dem Abgastemperatursensor 360 sowie der zweiten Abgasströmung und dem Temperatursensor 120 und der ersten Strömung und dem Temperatursensor 110 empfangen, um somit einen angemessenen Kompensationsfaktor für die zusätzliche kühlende Feuchtluft bereitzustellen. Die Kühlungssteuerung 350 kann somit Stufenpegelzeit bei Temperaturverfolgung und -management bereitstellen.The cooling control 350 can also by the humid air cooling system 100 compensate for the variable wet-air cooling flow provided. An exhaust gas temperature sensor 360 can be downstream from the turbine 40 be positioned to determine the exhaust gas temperature. Because the gas turbine 10 Can be controlled exhaust gas temperature-controlled, the cooling control 350 an input from the exhaust temperature sensor 360 and the second exhaust gas flow and the temperature sensor 120 and the first flow and the temperature sensor 110 so as to provide an adequate compensation factor for the additional cooling moist air. The cooling control 350 can thus provide step-level time in temperature tracking and management.

Die Kühlungssteuerung 350 kann ein eigenständiger Prozessor oder Teil eines größeren Steuerungssystems, wie z.B. des General Electric "SPEEDTRONICTM Gasturbinensteuerungssystems sein, wie es in Rowen, W.I., SPEEDTRONICTM Mark V Gas Turbine Control System", GE-3658D, veröffentlicht von GE Industrial & Power Systems of Schenectady, N.Y. beschrieben ist. Die Kühlungssteuerung 350 kann ein Computersystem mit einem Prozessor(en) sein, die Programme ausführen, um den Betrieb der Gasturbine unter Verwendung von Sensoreingangssignalen und Instruktionen von einer Bedienungsperson zu steuern. Die von der Kühlungssteuerung 350 ausgeführten Programme können Planungsalgorithmen zum Regeln des Brennstoffstroms zu dem Brenner 25 beinhalten. Die von der Kühlungssteuerung 350 erzeugten Befehle veranlassen Aktuatoren in dem Feuchtluft-Kühlsystem 100 beispielsweise dazu, das erste Steuerungsventil 150 und das zweite Steuerungsventil 160 einzustellen.The cooling control 350 can be a standalone processor or part of a larger control system, such as the General Electric's "SPEEDTRONIC ™ Gas Turbine Control System, as described in Rowen, WI, SPEEDTRONIC ™ Mark V Gas Turbine Control System", GE-3658D, published by GE Industrial & Power Systems of Schenectady, NY is described. The cooling control 350 may be a computer system having a processor (s) executing programs to control operation of the gas turbine using sensor input signals and instructions from an operator. The of the cooling control 350 Running programs may include scheduling algorithms for controlling the flow of fuel to the burner 25 include. The of the cooling control 350 generated commands cause actuators in the moist air cooling system 100 for example, the first control valve 150 and the second control valve 160 adjust.

3 ist eine Funktionsdarstellung einer Ausführungsform der Kühlungssteuerung 350. Von Abgastemperatursensoren gemessene Abgastemperaturwerte 420 können durch ein erstes Verarbeitungsmodul 440 verarbeitet werden. Das erste Verarbeitungsmodul 440 kann ein auf einem Steuerungsalgorithmus basierendes Modell sein, das einen linearen quadratischen Abschätzungsalgorithmus (Kalman-Filter) verwendet. Die vom ersten stromabwärtsseitigen Sensor 170 und zweiten stromabwärtsseitigen Sensor 180 gemessenen Kühlungseinspritzstromwerte 430 werden auch an zweites Verarbeitungsmodul 450 geliefert, das ein Modell-basierender Steuerungsalgorithmus sein kann, der ein Kalman-Filter verwendet. Die Ausgangssignale aus dem ersten Verarbeitungsmodul 440 und dem zweiten Verarbeitungsmodul 450 werden an ein drittes Verarbeitungsmodul 460 geliefert, wo die Abgastemperatur, die abgeleitete Feuerungstemperatur und die Niveautemperatur der Heißgaspfadstufe berechnet und für aktive Düsenkühlungsströme ausgeglichen werden. Ein weiteres Modul 470 kann eine zeitliche Aufzeichnung der Zeit bei einer Temperatur für verschiedene Stufen für Verfolgungs- und Managementzwecke führen. 3 is a functional representation of an embodiment of the cooling control 350 , Exhaust gas temperature values measured by exhaust gas temperature sensors 420 can through a first processing module 440 are processed. The first processing module 440 may be a control algorithm based model using a linear quadratic estimation algorithm (Kalman filter). The first downstream sensor 170 and second downstream sensor 180 measured cooling injection current values 430 will also be sent to second processing module 450 which may be a model-based control algorithm using a Kalman filter. The output signals from the first processing module 440 and the second processing module 450 are sent to a third processing module 460 where the exhaust gas temperature, the derived firing temperature and the hot gas path level's level are calculated and compensated for active nozzle cooling flows. Another module 470 can maintain a time log of temperature at various stages for tracking and management purposes.

4 stellt ein optisches System, wie z.B. eine Infrarotkamera 370 dar, die über einer Heißgaspfadkomponente 380 positioniert ist. Die Heißgaspfadkomponente 380 kann eine Laufschaufel 390, eine Düse 400 oder irgendeine andere Art von Komponente sein, die in der Turbine 40 positioniert ist. Die Infrarotkamera 370 kann von herkömmlicher Auslegung sein. Die Infrarotkamera 370 kann eine Temperaturverteilung entlang der Heißgaspfadkomponente 380 erfassen. Die Infrarotkamera 370 oder eine andere Art von Vorrichtung kann mit der Kühlungsteuerung 350 in Verbindung stehen. Diagnosealgorithmen können dazu genutzt werden, um einen Zustandsindex zu erzeugen, der entweder den Gesamtzustand der Komponentenoberfläche oder den Zustand einer spezifischen Stelle entlang der Oberfläche widerspiegelt. Lokale Defekte wie z.B. Oxidation und Abplatzung können als Abweichungen um die Stelle auf der Komponentenoberfläche erscheinen. Der Zustandsindex kann somit als ein Indikator für den Zustand der Komponente oder eines Abschnittes davon verwendet werden. Die Infrarotkamera 370 kann einen Auslöser 410 zur Verwendung mit rotierenden Heißgaspfadkomponenten enthalten. Ähnliche Arten von Pyrometersystemen und andere Arten optischer Systeme können hierin ebenfalls in einer ähnlichen Weise verwendet werden. Weitere Komponenten und andere Ausgestaltungen können ebenfalls hierin verwendet werden. 4 represents an optical system, such as an infrared camera 370 that is above a hot gas path component 380 is positioned. The hot gas path component 380 can a blade 390 , a nozzle 400 or any other type of component that is in the turbine 40 is positioned. The infrared camera 370 may be of conventional design. The infrared camera 370 may be a temperature distribution along the hot gas path component 380 to capture. The infrared camera 370 or another type of device may be with the cooling control 350 keep in touch. Diagnostic algorithms can be used to generate a state index that reflects either the overall state of the component surface or the state of a specific location along the surface. Local defects such as oxidation and spalling may appear as deviations around the location on the component surface. The state index can thus be used as an indicator of the state of the component or a portion thereof. The infrared camera 370 can be a trigger 410 for use with rotating hot gas path components. Similar types of pyrometer systems and other types of optical systems may also be used herein in a similar manner. Other components and other configurations may also be used herein.

5 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 500 zum Betreiben einer Gasturbine 10 veranschaulicht. 5 shows a flowchart illustrating a method 500 for operating a gas turbine 10 illustrated.

Im Schritt 510 ermittelt das Verfahren 500 einen Ist-Zustand, wie z.B. ein Soll-Ausgangssignal oder eine Ist-Heißgaspfadtemperatur an einer Turbinenstufe.In step 510 determines the procedure 500 an actual state, such as a desired output signal or an actual hot gas path temperature at a turbine stage.

Im Schritt 520 ermittelt das Verfahren 500 einen Soll-Zustand, wie z.B. ein Soll-Ausgangssignal oder eine Ist-Heißgaspfadtemperatur bei der Turbinenstufe.In step 520 determines the procedure 500 a desired state, such as a desired output signal or an actual hot gas path temperature at the turbine stage.

Im Schritt 530 entnimmt das Verfahren 500 einen Luftstrom aus einer Verdichterstufe.In step 530 takes the procedure 500 an air flow from a compressor stage.

Im Schritt 540 schätzt das Verfahren 500 eine dem Luftstrom hinzuzufügende Wasser- oder Dampfmenge ab, um eine Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe zu erreichen.In step 540 appreciates the process 500 a quantity of water or steam to be added to the air stream to achieve a desired hot gas path temperature at the turbine stage.

Im Schritt 550 fügt das Verfahren 500 dem Luftstrom die Wasser- oder Dampfmenge hinzu, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen.In step 550 adds the procedure 500 add the amount of water or steam to the air stream to create a wet air stream.

Im Schritt 560 spritzt das Verfahren 500 den Feuchtluftstrom in eine Düse an der Turbinenstufe ein.In step 560 the process injects 500 the moist air flow into a nozzle at the turbine stage.

Die Ermittlung der Heißgaspfadtemperatur kann erreicht werden, indem die Heißgaspfadtemperatur mit dem optischen Messwandler gemessen wird, oder eine Brennerabgastemperatur gemessen wird. Die Ermittlung der Heißgaspfadtemperatur kann für mehrere Turbinenstufen durchgeführt werden. Eine ähnliche Ermittlung einer Soll-Heißgaspfadtemperatur kann für mehrere Turbinenstufen durchgeführt werden. Die Entnahme des Luftstroms kann durch Entnahme von Luftströmen aus mehreren Verdichterstufen erreicht werden. Die Abschätzung der hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge kann die Abschätzung der zu jedem von mehreren Luftströmen hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge beinhalten. Ebenso kann die Hinzufügung von Wasser oder Dampf zu dem Luftstrom die Hinzufügung von Wasser oder Dampf zu mehreren Luftströmen beinhalten.The determination of the hot gas path temperature can be achieved by measuring the hot gas path temperature with the optical transducer, or by measuring a burner exhaust temperature. The determination of the hot gas path temperature can be carried out for several turbine stages. Similar determination of a target hot gas path temperature may be performed for multiple turbine stages. The removal of the air flow can be achieved by removing air streams from multiple compressor stages. Estimation of the amount of water or steam to add may include estimating the amount of water or steam to add to each of a plurality of air streams. Likewise, the addition of water or steam to the air stream may involve the addition of water or steam to multiple air streams.

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann somit die Temperatur der Heißgaspfadkomponente 380 insbesondere unter Betriebsbedingungen, wie z.B. Spitzenlasten und Niedriglasten steuern, um eine erhöhte Kühlung nach Bedarf bereitzustellen. Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 ermöglicht eine selektive Unterkühlung der betroffenen Komponenten mit einem variablen Kühlungsstrom auf der Basis des hierin beschriebenen Temperaturausgleichsverfahrens, um die Gesamtbelastung angemessen zu steuern. Ferner kann die selektive Unterkühlung aller Stufen der Turbine 40 ein aktives Komponentenlebensdauer-Management bereitstellen, um somit die Gesamtleistung der Gasturbine 10 über derzeitige Grenzen hinaus für eine Zeitdauer in Verbindung mit einer zusätzlichen Bewilligung zur Spitzenüberhitzung auszudehnen.The humid air cooling system 100 Thus, the temperature of the hot gas path component 380 especially under operating conditions, such as peak loads and low loads, to provide increased cooling as needed. The humid air cooling system 100 allows selective overcooling of the affected components with a variable cooling flow based on the temperature compensation method described herein to adequately control the overall load. Furthermore, the selective subcooling of all stages of the turbine 40 provide active component life management, thus reducing the overall performance of the gas turbine 10 extend beyond current limits for a period of time in conjunction with an additional overheating license.

Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 verbessert somit die Lebensdauer der Heißgaspfadkomponente 380, indem die während des Spitzenlastbetriebs, längeren Absenkungsbetriebzeiten und andere Arten von Betriebsparametern erzeugte höhere Wärme ausgeglichen wird. Ferner fügt das Feuchtluft-Kühlsystem 100 die Fähigkeit zu einem Betrieb über normale Spitzenlasten hinaus für beschränkte Zeit hinzu. Das Feuchtluft-Kühlsystem 100 kann somit die Wirtschaftlichkeit der Gesamtlebensdauer der Gasturbine verbessern, während es gleichzeitig eine funktionale Flexibilität in einem relativ preiswerten System bereitstellt.The humid air cooling system 100 thus improves the life of the hot gas path component 380 by offsetting the higher heat generated during peak load operation, longer downtime periods and other types of operating parameters. Furthermore, the humid air cooling system adds 100 the ability to operate over normal peak loads added for a limited time. The humid air cooling system 100 Thus, it can improve the economy of the overall life of the gas turbine while providing functional flexibility in a relatively inexpensive system.

6 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens 600 zur Verbesserung einer Ausgangsleistung einer Gasturbine. 6 is a flowchart of one embodiment of a method 600 for improving an output of a gas turbine.

Im Schritt 610 ermittelt das Verfahren eine Ist-Ausgangsleistung.In step 610 the method determines an actual output power.

Im Schritt 615 ermittelt das Verfahren 600 eine Soll-Ausgangsleistung.In step 615 determines the procedure 600 a nominal output power.

Im Schritt 620 entnimmt das Verfahren einen Luftstrom aus einer Verdichterstufe.In step 620 takes the method an air flow from a compressor stage.

Im Schritt 625 schätzt das Verfahren 600 eine dem Luftstrom hinzuzufügende Fluidmenge ab, um die Soll-Ausgangsleistung zu erreichen.In step 625 appreciates the process 600 an amount of fluid to be added to the air flow to reach the desired output power.

Im Schritt 630 fügt das Verfahren 600 ein Fluid in einer Menge im Wesentlichen gleich der abgeschätzten Fluidmenge dem Luftstrom zum Erzeugen eines Feuchtluftstroms hinzu.In step 630 adds the procedure 600 adding a fluid in an amount substantially equal to the estimated amount of fluid to the airflow to produce a moist airflow.

Im Schritt 635 spritzt das Verfahren 600 einen Feuchtluftstrom in eine Düse an einer Turbinenstufe ein. Dieses kann erreicht werden, indem ein Feuchtluftstrom in mehrere Düsen bei mehreren Turbinenstufen eingespritzt wird.In step 635 the process injects 600 a humid air flow into a nozzle at a turbine stage. This can be achieved by injecting a stream of moist air into several nozzles at several turbine stages.

Im Schritt 640 stellt das Verfahren 600 die Ist-Ausgangsleistung auf die Soll-Ausgangsleistung ein.In step 640 puts the procedure 600 the actual output power is set to the target output power.

Wo die Definition von Begriffen von der üblicherweise verwendeten Bedeutung des Begriffes abweicht, möchte der Anmelder die nachstehend vorgesehenen Definitionen verwenden, soweit es nicht speziell anderweitig angegeben wird.Where the definition of terms differs from the commonly used meaning of the term, the applicant wishes to use the definitions provided below, unless specifically stated otherwise.

Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck der Beschreibung spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Erfindung einschränken. Wo die Definition von Begriffen von der üblicherweise verwendeten Bedeutung des Begriffes abweicht, möchte der Anmelder die hierein vorgesehenen Definitionen verwenden, soweit es nicht speziell anderweitig angegeben wird. Die Singularformen "einer, eine, eines" und "der, die, das" sollen auch die Pluralformen beinhalten, soweit es der Kontext nicht deutlich anderweitig vorgibt. Es dürfte sich verstehen, dass, obwohl die Begriffe "erster, zweiter usw." zur Beschreibung verschiedener Elemente verwendet werden können, diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt sein sollen. Diese Begriffe werden nur zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet werden. Der Begriff "und/oder" beinhaltet jede und alle Kombinationen von einer oder mehreren von den zugeordneten gelisteten Elementen. Die Ausdrücke "angekoppelt" oder "gekoppelt mit" zieht eine direkte oder indirekte Kopplung in Betracht.The terminology used herein is for the purpose of describing specific embodiments only and is not intended to limit the invention. Where the definition of terms differs from the commonly used meaning of the term, the applicant wishes to use the definitions provided herein unless specifically stated otherwise. The singular forms "one, one, one" and "the, the, the" should also include the plural forms unless the context clearly dictates otherwise. It should be understood that although the terms "first, second, etc." can be used to describe various elements, these elements should not be limited by these terms. These terms will only be used to distinguish one element from another. The term "and / or" includes any and all combinations of one or more of the associated listed items. The terms "coupled" or "coupled with" contemplate direct or indirect coupling.

Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.This description uses examples to disclose the invention, including the best mode, and also to enable any person skilled in the art to practice the invention, including making and using all of the elements and systems, and performing all of the methods involved. The patentable scope of the invention is defined by the claims, and may include other examples that will be apparent to those skilled in the art. Such other examples are intended to be within the scope of the invention if they have structural elements that do not differ from the literal language of the claims, or if they include equivalent structural elements with insubstantial differences from the literal languages of the claims.

Ein System zur Verbesserung einer Gasturbinenausgangsleistung und zur Verlängerung der Lebensdauer von Heißgaspfadkomponenten enthält ein Subsystem zur Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge, um die Soll-Heißgaspfadtemperatur zu erreichen. Das System enthält eine Wasser- oder Dampfeinspritzkomponente, die zum Einspritzen der Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom zum Erzeugen eines Feuchtluftstroms angepasst ist, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen, und ein Einspritzungssubsystem, das zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe angepasst ist, ist ebenfalls enthalten. Das System enthält einen an einer Turbinenstufe angeordneten Temperatursensor und ein Subsystem zum Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe. Eine Entnahmeleitung ist mit einer Verdichterstufe verbunden und zur Entnahme eines Luftstroms angepasst.A system for improving gas turbine output and extending the life of hot gas path components includes a subsystem for estimating a quantity of water or vapor to add to the air flow to achieve the desired hot gas path temperature. The system includes a water or vapor injection component adapted to inject the amount of water or vapor into the air stream to produce a wet air stream to produce a wet air stream and an injection subsystem adapted to inject the wet air stream into a nozzle on the turbine stage , is also included. The system includes a temperature sensor disposed at a turbine stage and a subsystem for determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage. An extraction line is connected to a compressor stage and adapted to remove an air flow.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Gasturbine (13) Gas turbine (13)
1515
Verdichter (10) Compressor (10)
2020
Luft (4) Air (4)
2525
Brenner (3) Burner (3)
2525
ein Brenner a burner
3030
Brennstoff fuel
3535
Verbrennungsgase (3) Combustion gases (3)
4040
Turbine (11) Turbine (11)
4545
Welle wave
5050
externe Last external load
5555
Verdichterstufen compressor stages
6060
Turbinenstufen turbine stages
6565
Luftentnahmen (30) Air withdrawals (30)
7070
erstes Entnahmerohr (7) first sampling tube (7)
72 72
erste Verdichterstufe (2) first compressor stage (2)
7474
erste Turbinenstufe (4) first turbine stage (4)
7676
erstes Entnahmesteuerungsventil first removal control valve
8080
zweites Entnahmerohr (6) second sampling tube (6)
8282
zweite Verdichterstufe second compressor stage
8484
zweite Turbinenstufe (3) second turbine stage (3)
8686
zweites Entnahmesteuerungsventil second removal control valve
8989
zweite Turbinenstufe second turbine stage
9090
Verdichterauslassentnahmerohr Verdichterauslassentnahmerohr
9292
Verdichterauslass compressor outlet
9494
Einlassabzweigwärmesammler (2) Inlet Branch Heat Collector (2)
9696
Einlasszapfwärmesammlerventil Inlet bleed heat collector valve
100100
Feuchtluft-Kühlsystem (18) Wet air cooling system (18)
110110
Temperatursensor (4) Temperature sensor (4)
120120
Temperatursensor (4) Temperature sensor (4)
130130
erste Wasser/Dampf-Einspritzkammer (6) first water / steam injection chamber (6)
140140
zweite Wasser/Dampf-Einspritzkammer (5) second water / steam injection chamber (5)
150150
erstes Steuerungsventil (3) first control valve (3)
160160
zweites Steuerungsventil (3) second control valve (3)
170170
erster stromabwärtsseitiger Sensor (2) first downstream sensor (2)
180180
zweiter stromabwärtsseitiger Sensor (2) second downstream sensor (2)
350350
Kühlungssteuerung (13) Cooling control (13)
360360
Temperatursensor (2) Temperature sensor (2)
370370
Infrarotkamera (5) Infrared camera (5)
380380
Heißgaspfadkomponente (5) Hot gas path component (5)
390390
Laufschaufel blade
400400
Düse jet
410410
Auslöser trigger
420420
Abgastemperaturwerte Exhaust gas temperature values
430430
Kühlungseinspritzströmungswerte Cooling injection flow values
440440
erstes Verarbeitungsmodul (3) first processing module (3)
450450
zweites Verarbeitungsmodul (2) second processing module (2)
460460
drittes Verarbeitungsmodul third processing module
470470
Modul module
500500
Verfahren (7) Method (7)
510510
Schritt step
520520
Schritt step
530530
Schritt step
540540
Schritt step
550550
Schritt step
560560
Schritt step

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • General Electric "SPEEDTRONICTM Gasturbinensteuerungssystems sein, wie es in Rowen, W.I., SPEEDTRONICTM Mark V Gas Turbine Control System", GE-3658D, veröffentlicht von GE Industrial & Power Systems of Schenectady, N.Y. [0049] General Electric "SPEEDTRONIC ™ Gas Turbine Control System as described in Rowen, WI, SPEEDTRONIC ™ Mark V Gas Turbine Control System", GE-3658D, published by GE Industrial & Power Systems of Schenectady, NY. [0049]

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, mit den Schritten: Ermitteln eines Soll-Zustandes an einer Turbinenstufe; Ermitteln einer Ist-Heißgaspfadtemperatur; Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe; Entnahme eines Luftstroms aus einer Verdichterstufe; Abschätzen einer dem Luftstrom hinzuzufügenden geschätzten Fluidmenge, um eine Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe zu erreichen; Hinzufügen eines Fluids in einer Menge im Wesentlichen gleich der geschätzten Fluidmenge zu dem Luftstrom, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen; und Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe.Method for operating a gas turbine, with the steps: Determining a desired state at a turbine stage; Determining an actual hot gas path temperature; Determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage; Removal of an air flow from a compressor stage; Estimating an estimated amount of fluid to be added to the airflow to achieve a desired hot gas path temperature at the turbine stage; Adding a fluid in an amount substantially equal to the estimated amount of fluid to the airflow to produce a moist airflow; and Injecting the moist air flow into a nozzle at the turbine stage. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Fluid Wasser oder Dampf ist.The method of claim 1, wherein the fluid is water or steam. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine nach Anspruch 1, wobei die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur den Schritt der Messung der Ist-Heißgaspfadtemperatur mit einem optischen Messwandler aufweist und/oder wobei die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur den Schritt der Messung einer Brennerabgastemperatur aufweist und/oder wobei die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur den Schritt der Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur an einer ersten Turbinenstufe und die Ermittlung einer Ist-Heißgaspfadtemperatur an einer zweiten Turbinenstufe aufweist.A method for operating a gas turbine according to claim 1, wherein the determination of an actual hot gas path temperature comprises the step of measuring the actual hot gas path temperature with an optical transducer and / or wherein the determination of an actual hot gas path temperature comprises the step of measuring a burner exhaust gas temperature and / or the determination of an actual hot gas path temperature comprises the step of determining an actual hot gas path temperature at a first turbine stage and determining an actual hot gas path temperature at a second turbine stage. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine nach Anspruch 3, wobei die Ermittlung einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe die Schritte aufweist: Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei einer ersten Turbinenstufe; und Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur bei einer zweiten Turbinenstufe.A method of operating a gas turbine according to claim 3, wherein the determination of a desired hot gas path temperature at the turbine stage comprises the steps of: Determining a desired hot gas path temperature at a first turbine stage; and Determining a desired hot gas path temperature at a second turbine stage. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine nach Anspruch 4, wobei die Entnahme eines Luftstroms die Schritte aufweist: Entnahme eines ersten Luftstroms aus einer ersten Verdichterstufe; und Entnahme eines zweiten Luftstroms aus einer zweiten Verdichterstufe.A method of operating a gas turbine according to claim 4, wherein the extraction of an air stream comprises the steps of: Removing a first air flow from a first compressor stage; and Removal of a second air flow from a second compressor stage. Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine nach Anspruch 5, wobei die Abschätzung einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Fluidmenge die Schritte aufweist: Abschätzen einer ersten dem ersten Luftstrom hinzuzufügenden Fluidmenge; und Abschätzen einer zweiten dem zweiten Luftstrom hinzuzufügenden Fluidmenge. A method of operating a gas turbine according to claim 5, wherein the estimation of a quantity of fluid to be added to the airflow comprises the steps of: Estimating a first amount of fluid to be added to the first airflow; and Estimating a second amount of fluid to be added to the second airflow. System, aufweisend: einen an einer Turbinenstufe angeordneten Temperatursensor; ein Subsystem zum Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an der Turbinenstufe; eine mit einer Verdichterstufe verbundene Entnahmeleitung, die zur Entnahme eines Luftstroms angepasst ist; ein Subsystem zum Abschätzen einer dem Luftstrom hinzuzufügenden Wasser- oder Dampfmenge, um die Soll-Heißgaspfadtemperatur zu erreichen; eine Wasser- oder Dampfeinspritzkomponente, die zum Einspritzen der Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom angepasst ist, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen; und ein Einspritzsubsystem, das zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an der Turbinenstufe angepasst.System comprising: a temperature sensor disposed on a turbine stage; a subsystem for determining a desired hot gas path temperature at the turbine stage; an extraction line connected to a compressor stage adapted to extract an airflow; a subsystem for estimating an amount of water or steam to be added to the airflow to reach the target hot gas path temperature; a water or vapor injection component adapted to inject the amount of water or vapor into the air stream to produce a moist air stream; and an injection subsystem adapted to inject the wet air stream into a nozzle at the turbine stage. System nach Anspruch 7, ferner aufweisend: einen bei einer zweiten Turbinenstufe angeordneten zweiten Temperatursensor; eine mit einer zweiten Verdichterstufe verbundene zweite Entnahmeleitung, die zur Entnahme eines zweiten Luftstroms angepasst ist; und ein zweites Subsystem zum Ermitteln einer Soll-Heißgaspfadtemperatur an einer zweiten Turbinenstufe; ein zweites Subsystem zum Abschätzen einer dem Luftstrom zum Erreichen der Soll-Heißgaspfadtemperatur und der zweiten Turbinenstufe hinzuzufügenden zweiten Wasser- oder Dampfmenge; und eine zweite Brennstoffeinspritzkomponente, die zum Einspritzen einer zweiten Wasser- oder Dampfmenge in den zweiten Luftstrom zum Erzeugen eines zweiten Feuchtluftstroms angepasst ist; und ein zweites Einspritzsubsystem, das zum Einspritzen des zweiten Feuchtluftstroms in eine Düse an der zweiten Turbinenstufe angepasst ist.The system of claim 7, further comprising: a second temperature sensor disposed at a second turbine stage; a second extraction line connected to a second compressor stage and adapted to extract a second airflow; and a second subsystem for determining a desired hot gas path temperature at a second turbine stage; a second subsystem for estimating a second amount of water or steam to be added to the airflow to reach the desired hot gas path temperature and the second turbine stage; and a second fuel injection component adapted to inject a second quantity of water or vapor into the second airflow to produce a second wet airflow; and a second injection subsystem adapted to inject the second wet air stream into a nozzle at the second turbine stage. Gasturbine, aufweisend: einen Verdichter; eine Turbine; eine mit einer Stufe des Verdichters verbundene Leitung, die zur Entnahme eines Luftstroms angepasst ist; einen Temperatursensor, der zum Messen einer Heißgaspfadtemperatur bei einer Turbinenstufe angepasst ist; eine Wasser- oder Dampfeinspritzkammer, die mit der Leitung verbunden und zum Einspritzen einer vorbestimmten Wasser- oder Dampfmenge in den Luftstrom zum Erzeugen eines Feuchtluftstroms angepasst ist; und eine Einspritzeinrichtung, die mit der Leitung verbunden und zum Einspritzen des Feuchtluftstroms in die Turbinenstufe angepasst ist. Gas turbine, comprising: a compressor; a turbine; a conduit connected to a stage of the compressor and adapted to remove an airflow; a temperature sensor adapted to measure a hot gas path temperature at a turbine stage; a water or steam injection chamber connected to the conduit and adapted to inject a predetermined amount of water or vapor into the airflow to produce a moist airflow; and an injector connected to the conduit and adapted for injecting the moist air flow into the turbine stage. Verfahren zum Verbessern einer Ausgangsleistung einer Gasturbine mit einem Verdichter und einer Turbine, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Ermitteln einer Ist-Ausgangsleistung; Ermitteln einer Soll-Ausgangsleistung; Entnehmen eines Luftstroms aus einer Verdichterstufe; Abschätzen einer dem Luftstrom hinzuzufügenden abgeschätzten Fluidmenge, um die Soll-Ausgangleistung zu erreichen; Hinzufügen von Fluid in einer Menge im Wesentlichen gleich der abgeschätzten Fluidmenge zu dem Luftstrom, um einen Feuchtluftstrom zu erzeugen; Einspritzen des Feuchtluftstroms in eine Düse an einer Turbinenstufe; und Einstellen der Ist-Ausgangsleistung auf die Soll-Ausgangsleistung. A method of improving an output of a gas turbine having a compressor and a turbine, the method comprising the steps of: determining an actual output; Determining a desired output power; Removing an airflow from a compressor stage; Estimating an estimated amount of fluid to be added to the airflow to achieve the desired output power; Adding fluid in an amount substantially equal to the estimated amount of fluid to the airflow to produce a moist airflow; Injecting the moist air flow into a nozzle at a turbine stage; and setting the actual output power to the target output power.
DE201410100480 2013-01-28 2014-01-16 System for improving gas turbine output and hot gas path component life by using humid air for nozzle subcooling Withdrawn DE102014100480A1 (en)

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Title
General Electric "SPEEDTRONICTM Gasturbinensteuerungssystems sein, wie es in Rowen, W.I., SPEEDTRONICTM Mark V Gas Turbine Control System", GE-3658D, veröffentlicht von GE Industrial & Power Systems of Schenectady, N.Y.

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