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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Anmeldepriorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Anmeldenummer 62/210,636 mit einem Anmeldetag vom 27. August 2015, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenkraftwerk, wie etwa ein Gas- und Dampfkraftwerk mit einer Dampfquelle und einem Dry-Low-NOx-Verbrennungssystem(DLN)-Verbrennungssystem. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein System und ein Verfahren zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine im Teillastmodus.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein Gasturbinenkraftwerk, wie etwa ein Gas- und Dampfkraftwerk oder Kombikraftwerk enthält allgemein eine Gasturbine mit einem Kompressor, einer Brennkammer und einer Turbine, einen Abhitzedampferzeuger (HRSG), der stromabwärts von der Turbine angeordnet ist und eine Dampfturbine in Fluidverbindung mit dem HRSG. Während des Betriebs gelangt Luft über ein Einlasssystem in den Kompressor und wird zunehmend komprimiert, während sie zu einem Auslass- oder Diffusorgehäuse des Kompressors geleitet wird, das die Brennkammer zumindest teilweise umgibt. Zumindest ein Teil der komprimierten Luft wird mit einem Brennstoff gemischt und innerhalb eines Brennraums verbrannt, der innerhalb der Brennkammer gebildet ist, wobei Verbrennungsgase mit hoher Temperatur und hohem Druck erzeugt werden.
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Die Verbrennungsgase werden entlang eines Heißgaspfades von der Brennkammer durch die Turbine geleitet, wo sie sich zunehmend ausdehnen, während sie über abwechselnde Stufen von stationären Leitschaufeln und mit einer Rotorwelle verbundenen rotierbaren Turbinenschaufeln strömen. Kinetische Energie wird von den Verbrennungsgasen auf die Turbinenschaufeln übertragen, wodurch die Rotorwelle veranlasst wird zu rotieren. Die Rotationsenergie der Rotorwelle kann mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt werden. Die Verbrennungsgase verlassen die Turbine als Abgas und das Abgas gelangt in den HRSG. Thermische Energie von dem Abgas wird auf Wasser übertragen, das durch eine oder mehrere Wärmetauscher des HRSG strömt, wodurch überhitzter Dampf erzeugt wird. Der überhitzte Dampf wird dann in die Dampfturbine geleitet, die verwendet werden kann, um zusätzliche Elektrizität zu erzeugen, wodurch die Gesamtkraftwerkseffizienz gesteigert wird.
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Regulatorische Anforderungen für geringe Emissionen aus gasturbinenbasierten Kraftwerken sind mit den Jahren immer stringenter geworden. Umweltbehörden in der gesamten Welt verlangen jetzt noch geringere Emissionsniveaus von Stickoxiden (NOx) und anderen Schadstoffen und Kohlenstoffmonoxiden (CO) sowohl von neuen als auch von bestehenden Gasturbinen. Um die Brennstoffeffizienz mit Emissionsanforderungen in ein Gleichgewicht zu bringen, verwenden verschiedene Arten von Gasturbinen ein Verbrennungssystem des Typs Dry-Low-NOx (DLN), das eine Verbrennungstechnologie mit magerer Vormischung verwendet.
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Eine Brennkammer des Typs DLN-1 oder DLN-1+ der General Electric Company, Schenectady, New York, ist eine zweistufige Brennkammer mit Vormischung, die für die Verwendung von Erdgasbrennstoff ausgestaltet ist und in der Lage sein kann, mit Flüssigbrennstoff zu arbeiten. Die Brennkammer des Typs DLN-1 oder DLN-1+ stellt ein Brennstoffeinspritzsystem aufweisend eine Sekundärbrennstoffdüse bereit, die auf einer Mittelachse der Brennkammer positioniert ist und durch eine Mehrzahl von Primärbrennstoffdüsen umgeben ist, die ringförmig um die Sekundärbrennstoffdüse angeordnet sind. Während der Grundlast oder Spitzenlast kann die Brennkammer des Typs DLN-1 oder DLN-1+ eingerichtet sein, unter Verwendung von Konzepten mit magerer Vormischung für Brennstoff/Luft, sehr geringe Abgasemissionsniveaus einzuhalten, während hohe Effizienzniveaus erhalten bleiben.
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Es ist allgemein für Betreiber wünschenswert, die Gasturbine während Zeiten, wenn keine Leistungserzeugung benötigt wird, herunterzufahren, wodurch potentiell Brennstoff eingespart wird, und eine schnelle Wiederanlaufzeit ermöglicht, wenn die Leistung wieder benötigt wird. Jedoch benötigt das Verbrennungssystem des Typs DLN-1 oder DLN-1+ bei Niveaus mit geringer Last, wie etwa während Teillastbetriebszuständen, ein Einlassluftabzapfheizsystem, um die erweiterten Teillast-NOx-Grenzwerte zu erreichen. Einlassabzapfheizsysteme addieren zusätzliche Kosten auf den Kraftwerksbetrieb. Daher besteht ein Bedarf ein System und ein Verfahren bereitzustellen, das den Entfall eines Einlassabzapfheizsystems zur Einhaltung von Teillast-NOx-Grenzwerten einer DLN-Gasturbine ermöglicht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung ausgeführt oder können von der Beschreibung offenbar werden oder können durch Ausüben der Erfindung erkannt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist ein System zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine im Teillastmodus. Das System enthält eine Gasturbine aufweisend, in der Strömungsreihenfolge, einen Kompressor, eine Brennkammer, eine Turbine und einen Abgasabschnitt. Die Brennkammer weist eine Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren auf, die stromabwärts von einer Mehrzahl von Primärbrennstoffdüsen und einer zentralen Brennstoffdüse positioniert sind. Die Gasturbine enthält außerdem einen Abzapfluftentnahmeanschluss, der in Fluidverbindung mit dem Kompressor und/oder einem Kompressorauslassgehäuse oder der Brennkammer steht. Das System enthält außerdem eine Steuereinrichtung, die dazu programmiert ist, komprimierte Luft vom Abzapfluftentnahmeanschluss abzuzapfen und die Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren zu betätigen.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn der Abzapfluftentnahmeanschluss mittels eines Abzapflufteinlassanschlusses fluidisch mit dem Kompressor und mit der Turbine verbunden ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn der Abzapfluftentnahmeanschluss mittels eines Abzapflufteinlassanschlusses fluidisch mit dem Kompressor und dem Abgasabschnitt stromaufwärts von einem Abhitzedampferzeuger verbunden ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn der Abzapfluftentnahmeanschluss mittels eines Abzapflufteinlassanschlusses fluidisch mit der Brennkammer und der Turbine verbunden ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn der Abzapfluftentnahmeanschluss mittels eines Abzapflufteinlassanschlusses mit der Brennkammer und dem Abgasabschnitt stromaufwärts von einem Abhitzedampferzeuger verbunden ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn das System außerdem ein Oxidationskatalysatorsystem aufweist, wobei das Oxidationskatalysatorsystem innerhalb des Abgasabschnitts angeordnet ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn das System außerdem ein Verdünnungsmitteleinspritzsystem aufweist mit einer Verdünnungsmittelzufuhr, die in Fluidverbindung mit einem Heißgaspfad der Brennkammer steht, wobei die Verdünnungsmittelzufuhr ein Verdünnungsmittel für die Brennkammer bereitstellt, aufweisend Dampf und/oder Wasser und/oder Stickstoff.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn die Verdünnungsmittelzufuhr mit wenigstens einer der Primärbrennstoffdüsen in Fluidverbindung steht.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn die Verdünnungsmittelzufuhr fluidisch mit der Brennkammer an einer Stelle stromabwärts von den Primärbrennstoffdüsen und stromaufwärts von der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren verbunden ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Systems kann es vorteilhaft sein, wenn das System außerdem eine Mehrzahl von Einlassleitschaufeln aufweist, die an einem Einlass des Kompressors angeordnet sind.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren zum Einhalten von Emissionsgrenzwerten während des Betreibens einer Gasturbine im Teillastmodus. Das Verfahren enthält das Verbrennen eines Brennstoffs, um eine Strömung von Verbrennungsgasen durch einen Heißgaspfad einer Brennkammer zu erzeugen, wobei der Brennstoff in einer Primärverbrennungszone und/oder einer Sekundärverbrennungszone der Brennkammer verbrannt wird und wobei die Primärverbrennungszone und die Sekundärverbrennungszone stromaufwärts von einer Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren gebildet sind. Das Verfahren umfasst auch das Entnehmen von Abzapfluft von wenigstens einem Entnahmeanschluss, der mit einem Kompressor, der Brennkammer oder eine Turbine der Gasturbine fluidisch verbunden ist und das Betätigen der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Einspritzen eines Verdünnungsmittels in die Primärverbrennungszone mittels einer Mehrzahl von Primärbrennstoffdüsen umfasst.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Einspritzen eines Verdünnungsmittels in die Sekundärverbrennungszone mittels einer zentralen Brennstoffdüse umfasst.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Einspritzen eines Verdünnungsmittels in den Heißgaspfad stromabwärts von einer zentralen Brennstoffdüse und stromaufwärts von der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren umfasst.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Einspritzen eines Verdünnungsmittels in den Heißgaspfad das Einspritzen von Wasser und/oder Dampf und/oder Stickstoff in die Brennkammer umfasst.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Waschen der Strömung der Verbrennungsgase mittels eines Oxidationskatalysatorsystems umfasst, das stromabwärts von der Turbine angeordnet ist.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Leiten der Abzapfluft in die Turbine umfasst.
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Bei irgendeinem Ausführungsbeispiel des Verfahrens kann es vorteilhaft sein, wenn das Verfahren außerdem das Öffnen der Einlassleitschaufeln umfasst, die an einem Einlass zu dem Kompressor angeordnet sind, um die Verbrennungsgasströmungsrate zu steigern.
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Durchschnittsfachleute werden die Merkmale und Aspekte von solchen Ausführungsbeispielen und weiteren beim Studium der Beschreibung besser verstehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine für einen Fachmann vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich des bevorzugten Ausführungsbeispiels davon, wird in der verbleibenden Beschreibung genauer ausgeführt, einschließlich der Bezugnahme auf die beigefügten Figuren, in denen:
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1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften gasturbinenbasierten Kraftwerks innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine vereinfachte Querschnittsseitenansicht einer beispielhaften Dry-Low-NOx-Brennkammer entsprechend wenigstens einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist; und
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3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine im Teillastmodus entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ist.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun auf vorliegende Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail Bezug genommen, wobei eine oder mehrere Beispiele davon in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet Ziffer- und Buchstabenkennzeichnungen, um auf Merkmale in den Zeichnungen Bezug zu nehmen. Gleiche oder ähnliche Kennzeichnungen in den Zeichnungen und der Beschreibung wurden verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Teile der Erfindung Bezug zu nehmen. Wie es hierin verwendet wird, können die Begriffe „erste“, „zweite“ und „dritte“ austauschbar verwendet werden, um eine Komponente von einer anderen zu unterscheiden und sind nicht dazu bestimmt, einen Ort oder eine Wichtigkeit der individuellen Komponente anzugeben. Die Begriffe „stromaufwärts“ und „stromabwärts“ beziehen sich auf die relative Richtung mit Bezug auf die Fluidströmung in einem Fluidpfad. Zum Beispiel bezieht sich „stromaufwärts“ auf die Richtung aus der das Fluid strömt und „stromabwärts“ bezieht sich auf die Richtung, in die das Fluid strömt.
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Die hierin verwendete Terminologie dient nur dem Zweck zur Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und ist nicht dazu bestimmt, die Erfindung zu beschränken. Wie es hierin verwendet wird, sind die Singularformen „ein/eine/einer“ und „der/die/das“ dazu bestimmt, auch die Pluralformen zu enthalten, solange im Kontext nicht deutlich etwas anderes angegeben ist. Es wird auch verstanden werden, dass die Begriffe „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie in der Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angibt, aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt.
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Wie es hierin verwendet wird, kann sich „Gasturbinenlast“ oder „Last“ auf die Leistungsabgabe von einem Gasturbinengenerator/Gasturbinengeneratoren beziehen; „Einlassleitschaufelwinkel“ bedeutet die Winkel von Einlassleitschaufeln (nicht gezeigt) in Bezug auf die axiale Strömung durch das Einlasssystem stromaufwärts von dem Kompressor; „Einlassabzapfwärme“ meint die Menge von Wärme in einem Fluid, das von einem stromabwärtsseitigen Abschnitt des Kompressorabschnitts entnommen und in das Einlasssystem oder einen stromaufwärtsseitigen Abschnitt des Kompressorabschnitts eingeleitet wird, um die Strömung darin zu erwärmen; „Brennstoffaufteilung“ meint die Menge von Brennstoff, die zu verschiedenen Kreisen innerhalb der Brennkammer geleitet wird und „Emissionen“ oder „Emissionsniveau“ meint Niveaus von verschiedenen Abgasen einschließlich, aber nicht beschränkt auf Stickoxide (NOx), unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide (CO).
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Jedes Beispiel ist zum Zwecke der Erläuterung der Erfindung und nicht zur Beschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich wird es den Fachleuten offenbar werden, dass Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung gemachte werden können, ohne von deren Schutzbereich oder Gedanken abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil von einem Ausführungsbeispiel veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um noch zu einem weiteren Ausführungsbeispiel zu gelangen. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen umfasst, die innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat die Gestalt eines Systems sowie eines Verfahrens zum Einhalten von NOx-Emissionsgrenzwerten während des Betriebs der Gasturbine in einem Teillastbetriebszustand. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen stellt die Offenbarung ein Kraftwerk bereit, mit einem Kompressor, einer Brennkammer stromabwärts von dem Kompressor, zumindest einem Abzweig- oder Abzapfluftentnahmeanschluss, der in Fluidverbindung mit dem Kompressor oder der Brennkammer steht, und einer Mehrzahl von Brennstoffinjektoren, die axial gestuft stromabwärts von einer Sekundär- oder Vormischverbrennungszone der Brennkammer angeordnet sind.
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Im Betrieb beinhaltet diese Erfindung eine axiale Brennstoffabstufung kombiniert mit einer Abzapfluftentnahme, um den Bedarf für die Einlassabzapferwärmung während des Teillastbetriebs zu eliminieren. Die axiale Brennstoffstufung ermöglicht es der Brennkammer NOx-Emissionsgrenzwerte bei Teillastniveaus zu erreichen, die signifikant geringer sind als bei Gasturbinensystemen ohne axiale Brennstoffstufung. Die Abzapfluftentnahme wird durch Abzweigen von komprimierter Luft weg von der Brennkammer bei geringen Brennstoffströmungsniveaus ein zusätzliches Herunterfahren unter das Niveau ermöglichen, das die axiale Brennstoffstufung ermöglicht, wodurch Ausblasen und/oder Überdruck vermieden wird. Die Erfindung kann es den Einlassleitschaufeln auch ermöglichen, bei Winkeln offen zu bleiben, die kein Vereisungsrisiko aufbringen, während sie dem Verbrennungssystem gleichzeitig ermöglicht, bei geringen Lasten mit NOx-Emissionsgrenzwerteinhaltung zu arbeiten.
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Bezugnehmend nunmehr auf die Zeichnungen, bei denen identische Bezugszeichen dieselben Elemente durchgängig durch die Figuren angeben, stellt 1 ein Blockschaltbild eines beispielhaften Gasturbinenkraftwerks 10 mit Dampferzeugungsfähigkeit bereit. Das Kraftwerk 10 weist eine Gasturbine 12 auf, die verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beinhalten kann. Wie veranschaulicht, enthält die Gasturbine 12 allgemein ein Einlasssystem 14, das eine Reihe von Filtern, Kühlspulen, Feuchtigkeitsabscheidern und/oder anderen Einrichtungen (nicht gezeigt) zur Reinigung und anderweitigen Konditionierung von Luft 16 oder einem anderen Arbeitsfluid, das in die Gasturbine 12 eintritt. Die Luft 16 strömt zu einem Kompressorabschnitt, wo ein Kompressor 18 zunehmend kinetische Energie auf die Luft 16 aufbringt, um komprimierte Luft zu erzeugen, wie es schematisch durch die Pfeile 20 angegeben ist.
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Die komprimierte Luft 20 wird mit einem Brennstoff 22, wie etwa Erdgas, von einem Brennstoffzufuhrsystem 24 gemischt, um innerhalb von einer oder mehreren Brennkammern 26 ein brennbares Gemisch zu bilden. Das brennbare Gemisch wird verbrannt, um Verbrennungsgase zu erzeugen, wie es schematisch durch die Pfeile 28 angegeben ist, mit einer hohen Temperatur, einem hohen Druck und einer hohen Geschwindigkeit. Die Verbrennungsgase 28 strömen durch die Turbine 30 eines Turbinenabschnitts, um Arbeit zu erzeugen. Zum Beispiel kann die Turbine 30 mit einer Welle 32 verbunden sein, so dass die Rotation der Turbine 30 den Kompressor 38 antreibt, um die komprimierte Luft 20 zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich kann die Welle 32 die Turbine 30 mit einem Generator 34 zur Erzeugung von Elektrizität verbinden.
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Abgase 36 von der Turbine 30 strömen durch einen Abgasabschnitt 38, der die Turbine 30 mit einem Abgaskanal 40 stromabwärts von der Turbine 30 verbindet. Der Abgasabschnitt 38 kann z.B. einen Abhitzedampferzeuger (HRSG) 42 zum Reinigen und Entnehmen von zusätzlicher Wärme von den Abgasen 36 vor der Abgabe in die Umgebung enthalten. Zum Beispiel kann der HRSG 42 einen oder mehrere Wärmetauscher 44 in thermischer Verbindung mit den Abgasen 36 aufweisen und die Dampf oder überhitzten Dampf erzeugen, wie es schematisch durch die Pfeile 46 angegeben ist. Der Dampf 46 kann dann zu verschiedenen Komponenten des Kraftwerks 10 geleitet werden, wie etwa zu einer oder mehreren Dampfturbinen 48 und/oder zu verschiedenen Heizsystemen (nicht dargestellt).
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Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Gasturbine 12 einen oder mehrere Abzapf- oder Abzweigluftentnahmeanschlüsse 50 aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen, wie in 1 veranschaulicht, stellt zumindest ein Abzapfluftentnahmeanschluss 50 einen Strömungspfad aus dem Kompressor 18 stromaufwärts von einem Auslass- oder Diffusorgehäuse 52 des Kompressors. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen, wie es in 1 veranschaulicht ist, stellt zumindest ein Abzapfluftentnahmeanschluss 50 einen Strömungspfad aus dem Kompressorauslassgehäuse 52 bereit. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen können der Abzapfluftentnahmeanschluss/die Abzapfluftentnahmeanschlüsse 50 dazu verwendet werden, den Druck innerhalb der Brennkammer 26 zu reduzieren, wie etwa während eines Betriebsmodus ohne Vormischung. Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen kann die Gasturbine 12 zumindest einen Abzapf- oder Abzweiglufteinlassanschluss 54 aufweisen.
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Die Abzapfluftentnahmeanschlüsse 50 können in Fluidverbindung mit verschiedenen externen Komponenten stehen. Zum Beispiel kann bei einem Ausführungsbeispiel zumindest ein Abzapfluftentnahmeanschluss 50 über verschiedene Fluidleitungen, Kopplungen, Ventile und/oder zumindest einen Abzapflufteinlassanschluss 54 in Fluidverbindung mit der Turbine 30 stehen. Auf diese Weise kann ein Anteil der komprimierten Luft 20 von dem Kompressor 18 und/oder dem Kompressorauslassgehäuse 52 zu der Turbine 30 geleitet werden, um eine Kühlung für verschiedene Komponenten der Turbine 30 bereitzustellen und/oder um Druck innerhalb der Brennkammer 26 und/oder dem Kompressorauslassgehäuse 52 zu reduzieren. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann zumindest ein Abzapfluftentnahmeanschluss 50 mittels verschiedener Fluidleitungen, Kopplungen, Ventile und/oder zumindest einem Abzapflufteinlassanschluss 54 in Fluidverbindung mit dem Abgasabschnitt 38 stromaufwärts von dem HRSG 42 stehen. Auf diese Weise kann ein Anteil der komprimierten Luft 20 von dem Kompressor 18 und/oder dem Kompressorauslassgehäuse 52 zu dem Abgasabschnitt 38 geleitet werden, um thermische Energie für die Wärmetauscher 44 des HRSG 42 bereitzustellen und/oder um eine Kühlung für verschiedene Komponenten des Abgasabschnitts 38 bereitzustellen und/oder um Druck innerhalb der Brennkammer 26 und/oder des Kompressorauslassgehäuses 52 zu reduzieren.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann ein Oxidationskatalysatormodul oder -system 56 stromabwärts von der Turbine 30 und stromaufwärts von dem Abgaskanal 40 angeordnet sein. Das Oxidationskatalysatorsystem 56 kann dazu verwendet werden, Kohlenstoffmonoxide (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe oder andere unerwünschte Emissionen, die innerhalb des Abgases 36, das von der Turbine 30 strömt, zu reduzieren oder potentiell zu eliminieren.
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Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen enthält der Kompressor 18 eine Mehrzahl von Einlassleitschaufeln 58 mit variablem Winkel, die an dem Einlass des Kompressors 18 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 58 können um eine radiale Achse zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position rotiert werden. Der Winkel der Einlassleitschaufeln 58 kann verändert werden, um den Luftströmungsanforderungen der Antriebsbetriebszustände gerecht zu werden. Zum Beispiel können die Einlassleitschaufeln 58 geschlossen oder zumindest teilweise geschlossen werden, um die Luftströmung zu dem Kompressor 18 und der Brennkammer 26 während des Hochlaufens des Antriebs oder bei geringen Lasten oder geringen Drehzahlen zu begrenzen. Die Einlassleitschaufeln 58 können zunehmend geöffnet werden, um die Luftströmung zu dem Kompressor 18 und/oder der Brennkammer 26 zu erhöhen, wenn die Last oder die Drehzahl steigt. Während des Hochlaufens und bei Zuständen mit geringer Last, kann der Angriffswinkel der Leitschaufeln 58 so gewinkelt werden, dass ein Strömungsabriss des Kompressors 18 vermieden wird.
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In verschiedenen Ausführungsbeispielen ist die Brennkammer 26 eine Brennkammer des Typs Dry-Low-NOx (DLN). 2 stellt eine Querschnittsseitenansicht einer beispielhaften DLN-Brennkammer 100 bereit, wie sie bei der Gasturbine 12 anstelle der in 1 gezeigten Brennkammer 26 eingesetzt werden kann. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen, wie es in 2 gezeigt ist, ist die Brennkammer 26 eine Brennkammer 100 des Typs DLN-1 oder DLN-1+, wie sie durch die General Electric Company, Schenectady, New York, hergestellt wird. Ein Brennstoffeinspritzsystem für die Brennkammer 100 weist eine Sekundär- oder zentrale Brennstoffdüse 102 und mehrere Primärbrennstoffdüsen 104 auf, die radial organisiert und ringförmig um die zentrale Brennstoffdüse 102 angeordnet sind. Beim Betrieb wird ein Anteil der komprimierten Luft 200 von dem Kompressor (1) von dem Kompressorauslassgehäuse 52 durch einen ringförmigen Strömungskanal 106, der zwischen einer Strömungshülse 108 und einer oder mehreren Brennkammerauskleidungen 110 gebildet ist, geleitet. Die komprimierte Luft 20 kehrt ihre Strömungsrichtung an einer Endabdeckung oder einem Kopfendabschnitt 112 der Brennkammer 100 um und strömt durch und/oder um die Primärbrennstoffdüsen 104 und die zentrale Brennstoffdüse 106.
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Wie es in 2 gezeigt ist, enthält die DLN-Brennkammer 100 Primärverbrennungszonen oder Vormischkammern 114, die stromabwärts von jeder Primärbrennstoffdüse 104 und stromaufwärts von einer Venturidüse 116 gebildet sind, die zumindest teilweise durch eine oder mehrere der Brennkammerauskleidungen 110 gebildet ist. Die Brennkammer 110 enthält auch eine Sekundär- oder Vormischverbrennungszone 118, die stromabwärts von den Primärverbrennungszonen 114 gebildet ist und stromabwärts von der zentralen Brennstoffdüse 102. Die primären Brennstoffdüsen 104 und die zentrale Brennstoffdüse 102 stehen in Fluidverbindung mit dem Brennstoffzufuhrsystem 24 über verschiedene Fluidleitungen, Strömungssteuerventile und/oder Kopplungen.
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Das Brennstoffzufuhrsystem 24 kann dazu eingerichtet sein, denselben Brennstofftyp, wie etwa Erdgas oder flüssigen Brennstoff sowohl zu den Primärbrennstoffdüsen 104 als auch zu der zentralen Brennstoffdüse 106 zuzuführen. Bei bestimmten Ausgestaltungen, kann das Brennstoffzufuhrsystem 24 dazu eingerichtet sein, unterschiedliche Brennstoffarten, wie etwa Erdgas und/oder einen Flüssigbrennstoff zu den primären Brennstoffdüsen 104 und/oder der zentralen Brennstoffdüse 102 zuzuführen.
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Während des Betriebs arbeitet die Brennkammer 100 in und geht über zwischen verschiedenen Betriebsmodi. Diese Betriebsmodi hängen allgemein mit der Last zusammen, die an der Gasturbine anliegt und/oder den Dampfabgabeanforderungen für das Kraftwerk 10. Die DLN-Brennkammer 100, wie sie in 2 gezeigt ist, arbeitet oder wechselt allgemein zwischen einem Primärbetriebsmodus, einem Mager-Mager-Betriebsmodus, einem Sekundärbetriebsmodus und einem Vormischbetriebsmodus abhängig vom benötigten Lastniveau der Gasturbine 12 und/oder den Dampfabgabeanforderungen des Kraftwerks 10. Wie es hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „Betriebsmodus ohne Vormischung“ auf einen Betriebsmodus der Brennkammer 100, der entweder der Primär-, Mager-Mager- oder der Sekundärbetriebsmodus bis zu einem Übergangspunkt zu dem Vormischmodus ist. Außerdem kann der „Betriebsmodus ohne Vormischung“ irgendeinen Übergangsbetriebsmodus aufweisen, der zwischen dem Primär-, Mager-Mager- und dem Sekundärbetriebsmodus auftritt.
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Der Primärbetriebsmodus tritt typischerweise von der Zündung bis zu etwa 30% der Vorlast auf. Während des Primärbetriebsmodus stellt das Brennstoffzufuhrsystem 24 100% der Gesamtbrennstoffströmung für die Brennkammer 100 den Primärbrennstoffdüsen 104 bereit. Als Folge davon findet die Verbrennung während des Primärbetriebsmodus primär in den Primärverbrennungszonen 114 statt. Der Primärbetriebsmodus wird verwendet, um die Gasturbine 12 zu zünden, zu beschleunigen und über Geringlasten zu mittleren Lasten bis zu einer vorgewählten Verbrennungsbezugstemperatur zu betreiben.
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Der Mager-Mager-Betriebsmodus tritt typischerweise von etwa 30% bis etwa 70% der Volllast auf. Während des Mager-Mager-Betriebsmodus kann das Brennstoffzufuhrsystem die Gesamtbrennstoffmenge zwischen den Primärbrennstoffdüsen 104 und der zentralen Brennstoffdüse 102 aufteilen. Zum Beispiel kann das Brennstoffzufuhrsystem 24 etwa 70% der gesamten Brennstoffströmung den Primärbrennstoffdüsen 104 und etwa 30% der gesamten Brennstoffströmung der zentralen Brennstoffdüse 102 zuführen. Als Folge davon findet die Verbrennung während des Mager-Mager-Betriebsmodus sowohl in den Primärverbrennungszonen 114 als auch in der Sekundärverbrennungszone 118 statt. Dieser Betriebsmodus wird für mittlere Lasten zwischen zwei vorgewählten Verbrennungsbezugstemperaturen verwendet.
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Der Sekundärbetriebsmodus tritt typischerweise auf, wenn die Brennkammer 100 zwischen dem Mager-Mager-Betriebsmodus und einem Vormischbetriebsmodus übergeht. Während des Sekundärbetriebsmodus kann das Brennstoffzufuhrsystem 24 die Brennstoffströmung zu den Primärbrennstoffdüsen 104 von etwa 70% auf etwa 0% der Gesamtbrennstoffströmung zu der Brennkammer 100 senken, während die Brennstoffströmung zu der zentralen Brennstoffdüse 102 von etwa 30% zu etwa 100% der Gesamtbrennstoffströmung erhöht wird, wodurch es mit den Primärverbrennungszonen 114 verbundenen Flammen ermöglicht wird zu erlöschen, während eine Flamme in der Sekundärverbrennungszone 118 aufrecht erhalten wird, die von der zentralen Brennstoffdüse 102 stammt. Dieser Modus ist notwendig, um die Flammen in den Primärverbrennungszonen 114 zu löschen.
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Wenn die Brennkammer 100 in dem Vormischbetriebsmodus betrieben wird, kann die Brennstoffaufteilung zwischen den Primärbrennstoffdüsen 104 und der zentralen Brennstoffdüse 102 modifiziert werden, so dass die Primärbrennstoffdüsen 104 etwa 80% der gesamten Brennstoffströmung zu der Brennkammer 100 erhalten, während die zentrale Brennstoffdüse 102 etwa 20% der gesamten Brennstoffströmung zu der Brennkammer 100 erhalten kann. Der zu den Primärbrennstoffdüsen 102 strömende Brennstoff 22 wird mit der komprimierten Luft 20 von dem Kompressor 18 (1) innerhalb der Primärverbrennungszonen 114 vorgemischt, die zu diesem Punkt Primärvormischzonen 114 sind, um ein mageres Brennstoff/Luft-Gemisch darin zu bilden. Das mager vorgemischte Brennstoff/Luft-Gemisch strömt dann durch die Venturidüse 116 und in die Sekundärverbrennungszone 118, wo es durch die Flamme von der zentralen Brennstoffdüse 102 gezündet wird. Dieser Betriebsmodus wird bei und in der Nähe des Verbrennungsbezugstemperaturzielpunktes erreicht. Optimale Emissionen werden in dem Vormischmodus erzeugt.
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Die Lastbereiche, die mit dem Primär-, Mager-Mager-, Sekundär- und Vormisch-Betriebsmodus zusammenhängen, können von den oben angegebenen Bereichen basierend auf unterschiedlichen Faktoren abweichen. Zum Beispiel können die Lastbereiche mit einem Grad der Einlassleitschaufelmodulation (IGV-Modulation) und, zu einem geringeren Anteil, mit der Umgebungstemperatur der Luft 16 variieren. Zum Beispiel kann der Vormischbetriebsmodusbereich bei ISO-Umgebung, von etwa 50% bis 100% Last mit einer IGV-Modulation nach unten bis etwa 42° und von etwa 75% bis 100% Last mit einer IGV-Modulation nach unten bis etwa 57° sein. Die verschiedenen Brennstoffaufteilungen, die hierin unter Berücksichtigung der verschiedenen Betriebsmodi bereitgestellt sind, sind beispielhaft und nicht dazu gedacht beschränkend zu sein, solange es nicht in den Ansprüchen anders angegeben ist.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen, wie es in 2 gezeigt ist, weist die Brennkammer 100 eine Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren 120 auf, die auch als Spät-Mager-Injektoren (LLI) bekannt sind, die ringförmig um einen Übergangskanal 122 angeordnet sind, der sich stromabwärts von der Brennkammerauskleidung/den Brennkammerauskleidungen 110 erstreckt. Die Brennkammerauskleidung(en) 110 und der Übergangskanal 122 bilden zumindest teilweise einen Heißgaspfad 124 durch die Brennkammer 100, der sich zu einem Einlass 126 der Turbine (1) erstreckt. Die Brennstoffinjektoren 120 stellen eine Fluidverbindung durch den Übergangskanal 122 in den Heißgaspfad 124 bereit. Die Brennstoffinjektoren 120 können sich in den Übergangskanal 122 und/oder den Heißgaspfad 124 mit variierender radialer Tiefe erstrecken.
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Jeder oder zumindest einige der Brennstoffinjektoren 120 können dazu eingerichtet sein, eine späte magere oder axiale Brennstoffstufungsfähigkeit für die Brennkammer 100 bereitzustellen. Das heißt, die Brennstoffinjektoren 120 sind jeweils dazu eingerichtet, einen Brennstoff und/oder ein Brennstoff/Luft-Gemisch zu dem Heißgaspfad 124 in einer Richtung zuzuführen, die im Wesentlichen quer zu einer vorherrschenden Strömungsrichtung der Verbrennungsgase 28 ist, die durch den Heißgaspfad 124 strömen. Dadurch sind Konditionen innerhalb der Brennkammer 100 und dem Heißgaspfad 124 gestuft, um lokale Zonen von stabiler Verbrennung zu erzeugen, während die Bildung von NOx-Emissionen reduziert wird, wodurch die Gesamtleistungsfähigkeit der Brennkammer 100 gesteigert wird.
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Bei verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie es in 2 gezeigt ist, kann die Brennkammer 100 fluidisch mit einer Verdünnungsmittelzufuhr 128 verbunden sein. Die Verdünnungsmittelzufuhr 128 kann ein Verdünnungsmittel 130, wie etwa Dampf, Wasser oder Stickstoff, zu der Brennkammer 100 stromaufwärts oder stromabwärts von den Primärbrennstoffdüsen 104 und/oder der zentralen Brennstoffdüse 102 zuführen. Zum Beispiel kann die Verdünnungsmittelzufuhr 128 bei bestimmten Ausführungsbeispielen dazu eingerichtet sein, das Verdünnungsmittel 130 direkt in den Heißgaspfad 124 stromabwärts von der Sekundärverbrennungszone 118 und stromaufwärts von der Mehrzahl der Brennstoffinjektoren 120 einzuspritzen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Verdünnungsmittelzufuhr 128 dazu eingerichtet sein, das Verdünnungsmittel 130 in den Brennstoff 22 stromaufwärts von den Primärbrennstoffdüsen 104 und/oder der zentralen Brennstoffdüse 102 einzuspritzen. Das Verdünnungsmittel 130 kann verwendet werden, um die NOx-Emissionsniveaus zu reduzieren und/oder die Brennkammerleistungsfähigkeit während Betriebsmodi mit und ohne Vormischung und/oder während Basislast, Spitzenlast oder Betriebszuständen mit geringer Last zu verbessern.
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Wie es in den 1 und 2 gemeinsam gezeigt ist, können das Brennstoffzufuhrsystem 24, die Verdünnungsmittelzufuhr 128 und/oder der HRSG 42 elektronisch mit einer Steuereinrichtung 132 verbunden sein. Die Steuereinrichtung 132 kann programmiert sein, um das Brennstoffzufuhrsystem 24 zu steuern oder den Brennstoff 22, der zu den Primärbrennstoffdüsen 104 und der zentralen Brennstoffdüse 102 strömt mit gleichen Strömungsraten und mit unterschiedlichen Strömungsraten aufzuteilen basierend zumindest teilweise auf der Gasturbinenlast und/oder den Dampfanforderungen des Kraftwerks 10.
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Die Steuereinrichtung 132 kann ein SPEEDTRONICTM Gasturbinensteuerungssystem der General Electric sein, wie es etwa in Rowen, W.I., „SPEEDTRONICTM Mark V Gas Turbine Control System“, GE-3658D, veröffentlicht durch die GE Industrial & Power Systems of Schenectady, N.Y. Die Steuereinrichtung 132 kann auch ein Computersystem mit einem Prozessor/Prozessoren aufweisen, die in einem Speicher gespeicherte Programme ausführen, um den Betrieb der Gasturbine unter Verwendung von Sensoreingangssignalen und Befehlen von einem menschlichen Bediener steuern. Die durch die Steuereinrichtung 132 ausgeführten Programme können das Planen von Algorithmen zur Regelung der Brennstoffströmungsraten zu der Brennkammer 100, das Regeln der Strömung des Verdünnungsmittels 130 zu der Brennkammer 100, das Regeln der Abzapf- oder Abzweigluft von dem Kompressor 18 und/oder dem Kompressorauslassgehäuse 52, den Winkel der Einlassleitschaufeln 58, die Dampfabgabe und das Reduzieren der verbrennungsbezogenen Emissionen enthalten. Die durch die Steuereinrichtung 132 erzeugten Befehle können Ventile verursachen zwischen offenen und geschlossenen Positionen betätigt zu werden, um die Strömung von Brennstoff, Abzapfluft und Verdünnungsmittel zu regeln und können Aktuatoren veranlassen, Winkel der Einlassleitschaufeln 58 einzustellen.
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Die Steuereinrichtung 132 kann die Gasturbine 12 basierend zumindest teilweise auf einer in einem Speicher der Steuereinrichtung 132 gespeicherten Datenbank regeln. Die Datenbank kann die Steuereinrichtung 132 in die Lage versetzen, die NOx- und CO-Emissionen in dem Gasturbinenabgasabschnitt 38 in bestimmten vordefinierten Grenzen während Teillastbetrieb zu erhalten, eine vorgegebene Dampfabgabe aufrechtzuerhalten und die Brennkammer 100 innerhalb geeigneter Stabilitätsgrenzen zu halten. Die Steuereinrichtung 132 kann Betriebsparameter, wie etwa die Gasturbinenlast, die Dampferzeugungsanforderungen, die Abzapfluftströmungsrate, die Strömung von Verdünnungsmittel und die Brennkammerbrennstoffaufteilung vorgeben, um: 1) die gewünschten Emissionsniveaus zu erreichen, während des Betriebs in einem Modus ohne Vormischung oder Teillastmodus und/oder zwischen einem Zustand mit voller Drehzahl und ohne Last (FSNL) bis zu einem Grundlastzustand zu arbeiten; während 2) den Bedarf für die Einlassabzapfheizung zu eliminieren.
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Während der Grundlast oder der Spitzenlast wird die Brennkammer 100 im Vormischmodus betrieben. In diesem Betriebsmodus werden Emissionsniveaus allgemein innerhalb gewünschter akzeptabler Emissionsniveaus gehalten und der Betrieb des HRSG 42 ist optimiert, um eine ausreichende Dampfströmung zum Betreiben der Dampfturbine 48 bereitzustellen und/oder verschiedene sekundäre Betriebsabläufe zu unterstützen. Während einer Anforderung außerhalb der Spitzenlast, wie etwa während eines Teillastbetriebs, können Betreiber wünschen, die Gasturbine zu betreiben, um die Zeit zu reduzieren, die benötigt wird, um die Gasturbine zurück zur Leistungserzeugung am Netz zu bringen. Jedoch steigen während Teillastbetriebs der Gasturbine 12 die Emissionsniveaus. Daher, um die Emissionsniveaus zu reduzieren, spritzen Betreiber typischerweise Abzapfluft in ein Abzapfluftsystem ein, um die Einlasstemperatur der Luft 16 stromaufwärts von dem Kompressor zu erhöhen, wodurch die Bildung von NOx reduziert wird.
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Jedoch kann ein Betreiber bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen, wie sie hierin dargestellt sind, während des Teillastbetriebs entweder manuell oder über die Steuereinrichtung 132, Kompressorluft 20 von dem Kompressor 18 und/oder dem Kompressorauslassgehäuse 52 mittels einer oder mehrerer der Abzapfluftentnahmeanschlüsse 50 abzapfen, wodurch der Druck der komprimierten Luft 20 innerhalb der Brennkammer 100 reduziert wird und dadurch das Ausblasen der Flamme vermieden und die Verbrennungsflammen stabilisiert werden. Gleichzeitig können die Brennstoffinjektoren 120 betätigt werden, um Brennstoff oder ein Brennstoff/Luft-Gemisch in die Verbrennungsgase 28 einzuspritzen, um die NOx-Emissionen zu reduzieren. Auf diese Weise wird eine Einlasslufterwärmung nicht benötigt, um die NOx-Emissionen bei Grenzwertniveaus zu halten während eines Betriebsmodus ohne Vormischung und/oder während des Teillastbetriebs. Die Abzapfluft kann zu dem Einlasssystem 14 und/oder der Turbine 30 und/oder dem Abgasabschnitt 38 geleitet werden. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann die Abzapfluft dazu verwendet werden, thermische Energie zu den Abgasen 36 stromaufwärts von dem HRSG 42 hinzuzufügen.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen, kann das Verdünnungsmittel 130 (d.h. Dampf, Wasser, Stickstoff, usw. ...) in den Brennstoff 22 stromaufwärts von den Primärbrennstoffdüsen 104 und der zentralen Brennstoffdüse 102 eingespritzt werden und/oder kann in die Verbrennungsgase 28 innerhalb des Heißgaspfades 124 über die Verdünnungsmittelzufuhr 128 eingespritzt werden, um die NOx-Erzeugung innerhalb des Heißgaspfades 124 zu reduzieren. Außerdem können die Brennstoffinjektoren 120 den Brennstoff oder das Brennstoff/Luft-Gemisch in den Heißgaspfad 124 stromabwärts von der Sekundärverbrennungszone 180 einspritzen, wodurch das NOx innerhalb der Verbrennungsgase 28 reduziert wird. Das Oxidationskatalysatorsystem 56 kann aktiviert werden, um verschiedene unerwünschte Emissionen, wie etwa Kohlenstoffmonoxid (CO) von den Abgasen 36 stromabwärts von dem Vormischkanalbrenner 60 bei weniger als dem Grundlastzustand weiter zu reduzieren, während sie durch den Abgasabschnitt 36 zu dem Abgaskanal 40 strömen. Bei dieser Konfiguration können gewünschte Niveaus von Dampfabgabe des Kraftwerks 10 aufrechterhalten werden, während die Emissionsniveaus bei weniger als der Grundlast oder bei Betriebszuständen ohne Vormischung, wie etwa während der Teillast der Gasturbine, gemindert werden.
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Die verschiedenen Ausführungsbeispiele und Figuren, die hierin beschrieben sind, stellen ein oder mehrere Verfahren zum Einhalten von Emissionsgrenzwerte während des Betriebs einer Gasturbine in Teillast bereit. 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Einhalten von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine im Teillastmodus entsprechend einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung. Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst das Verfahren 200 im Schritt 202 das Verbrennen von Brennstoff 22, um die Strömung von Verbrennungsgasen 28 durch den Heißgaspfad 124 der Brennkammer 100 zu erzeugen, in der der Brennstoff 22 in der Primärverbrennungszone 114 und/oder der Sekundärverbrennungszone 118 der Brennkammer 100 verbrannt wird und in der die Primärverbrennungszone 114 und die Sekundärverbrennungszone 118 stromaufwärts von der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren 120 gebildet sind. Im Schritt 204 umfasst das Verfahren 200 das Entnehmen von Abzapf- oder komprimierter Luft 20 von zumindest einem Entnahmeanschluss 50, der fluidisch mit dem Kompressor 18, dem Kompressorauslassgehäuse 52 oder der Turbine 30 verbunden ist. Im Schritt 206 umfasst das Verfahren 200 das Betätigen der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren 120.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Einspritzen eines Verdünnungsmittels 130 mittels einer oder mehrerer Primärbrennstoffdüsen 104 die Mehrzahl von Primärbrennstoffdüsen 104 in die Primärverbrennungszone 114 aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Einspritzen des Verbrennungsmittels 130 mittels der zentralen Brennstoffdüse 102 in die Sekundärverbrennungszone 118 aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Einspritzen des Verdünnungsmittels 130 in den Heißgaspfad 124 stromabwärts von der zentralen Brennstoffdüse 102 und stromaufwärts von der Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren 120 aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen weist das Einspritzen des Verdünnungsmittels 130 in den Heißgaspfad 124 das Einspritzen von zumindest Wasser und/oder Dampf und/oder Stickstoff in die Brennkammer 100 auf.
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Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Waschen der Strömung von Verbrennungsgasen 28 mittels eines Oxidationskatalysatorsystems 56 aufweisen, das stromabwärts von der Turbine 30 angeordnet ist. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Leiten der Abzapfluft 20 in die Turbine 30 aufweisen. Bei bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Verfahren 200 das Öffnen der Einlassleitschaufeln 58 aufweisen, um die Verbrennungsgasströmungsrate zu erhöhen.
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Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hierin veranschaulicht und beschrieben wurden, sollte es verstanden werden, dass irgendeine Anordnung, die dazu bestimmt ist denselben Zweck zu erfüllen, die gezeigten spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen kann und dass die Erfindung andere Anwendungen in anderen Umgebungen hat. Diese Anmeldung ist dazu bestimmt, irgendwelche Anpassungen oder Variationen der vorliegenden Erfindung zu umfassen. Die nachfolgenden Ansprüche sind keineswegs dazu bestimmt, den Schutzbereich der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele zu beschränken, die hierin beschrieben sind.
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Ein System und ein zusammenhängendes Verfahren zum Einhalten von Emissionsgrenzwerten während des Betriebs einer Gasturbine
12 im Teillastmodus sind hierin offenbart. Das System enthält eine Gasturbine
12 mit einem Kompressor
18, einer Brennkammer
26, einer Turbine
30 und einem Abgasabschnitt
38. Die Brennkammer
26 weist eine Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren
120 auf, die stromabwärts von einer Mehrzahl von Primärbrennstoffdüsen
104 und einer zentralen Brennstoffdüse
102 angeordnet sind. Die Gasturbine
12 weist außerdem einen Entnahmeanschluss
50 für Abzapfluft
20 auf, der in Fluidverbindung mit dem Kompressor
18 und/oder einem Kompressorauslassgehäuse
52 und/oder der Brennkammer
26 steht. Das System enthält außerdem eine Steuereinrichtung
132, die dazu programmiert ist, komprimierte Luft
20 von dem Entnahmeanschluss
50 für Abzapfluft
20 abzuzapfen und eine Mehrzahl von axial gestuften Brennstoffinjektoren
120 während des Teillastbetriebs der Gasturbine
12 zu betätigen. BEZUGSZEICHENLISTE:
| Bezugszeichen | Komponente |
| 10 | Kraftwerk |
| 12 | Gasturbine |
| 14 | Einlasssystem |
| 16 | Arbeitsfluid |
| 18 | Kompressor |
| 20 | komprimiertes Arbeitsfluid |
| 22 | Brennstoff |
| 24 | Brennstoffzufuhr |
| 26 | Brennkammer |
| 28 | Verbrennungsgase |
| 30 | Turbine |
| 32 | Welle |
| 34 | Generator/Motor |
| 36 | Abgase |
| 38 | Abgasabschnitt |
| 40 | Abgaskanal |
| 42 | HRSG |
| 44 | Wärmetauscher |
| 46 | Dampf/überhitzter Dampf |
| 48 | Dampfturbine |
| 50 | Entnahmeanschluss |
| 52 | Kompressorauslassgehäuse |
| 54 | Abzapflufteinlassanschluss |
| 56 | Oxidationskatalysatorsystem |
| 58 | Einlassleitschaufeln mit variablem Winkel |
| 59–99 | nicht verwendet |
| 100 | DLN-Brennkammer |
| 102 | Sekundär-/zentrale Brennstoffdüse |
| 104 | Primärbrennstoffdüse |
| 106 | ringförmiger Durchgang |
| 108 | Strömungshülse |
| 110 | Brennkammerauskleidung |
| 112 | Endabdeckung/Kopfende |
| 114 | Primärverbrennungszone/Vormischkammer |
| 116 | Venturidüse |
| 118 | Sekundärverbrennungszone |
| 120 | axial gestufter Brennstoffinjektor |
| 122 | Übergangskanal |
| 124 | Heißgaspfad |
| 126 | Einlass-Turbine |
| 128 | Verdünnungsmittelzufuhr |
| 130 | Verdünnungsmittel |
| 132 | Steuereinrichtung |
