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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinenanlage mit zumindest einer Brennkammer, mehreren Diffusionsbrennern und Vormischbrennern, über die wenigstens ein Brennstoff in die Brennkammer eingeführt wird, einer Gasturbine, in welche die in der Brennkammer erzeugten heißen Verbrennungsgase eingeleitet werden, und einem Generator. Das Hochfahren der Gasturbine erfolgt im sogenannten Diffusionsbetrieb, wobei vom Diffusionsbetrieb in den Vormischbetrieb umgeschaltet wird, sobald ein vorbestimmter Grenzwert überschritten wird, beispielsweise bei Erreichen einer vorbestimmten Leistung oder einer bestimmten Feuerungstemperatur.
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Gasturbinenanlagen, die beim Hochfahren zunächst im Diffusionsbetrieb und dann im Vormischbetrieb betrieben werden, sind im Stand der Technik bekannt. Der Diffusionsbetrieb zeichnet sich durch eine sehr stabile Flamme mit hoher Flammentemperatur aus, aber auch durch unvorteilhaft hohe Emissionswerte. Der Vormischbetrieb zeichnet sich indes durch eine niedrige Flammentemperatur und entsprechend durch deutlich bessere Emissionswerte aus, aber auch durch eine deutlich schlechtere Stabilität. Vor diesem Hintergrund werden Gasturbinenanlagen normalerweise im Diffusionsbetrieb hochgefahren und dann etwa bei mittlerer Leistung in den Vormischbetrieb umgeschaltet.
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In der Praxis kann das Bedienpersonal beim Betreiben einer Gasturbinenanlage normalerweise nur den Generator-Leistungssollwert bedarfsgerecht einstellen. Über diesen Sollwert wird die Gasturbine in den Vormischbetrieb genommen und auch möglichst dort gehalten, um die Emissionen niedrig zu halten. Daraus ergibt sich ein erfahrungsbasierter Orientierungswert für einen minimalen Generator-Leistungssollwert mit ausreichendem Sicherheitsabstand zum Rückumschaltpunkt in den Diffusionsbetrieb. Vielfach wird auch versucht, einen Generator-Leistungssollwert manuell einzustellen, der möglichst nahe an dem Rückumschaltpunkt liegt, um den emissionsarmen Betriebsbereich der Gasturbine voll zu nutzen.
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Wird besagter Rückumschaltpunkt während des Betriebs der Gasturbinenanlage unterschritten, wird der Vormischbetrieb entsprechend automatisch verlassen und in den Diffusionsbetrieb umgeschaltet. Erfolgt dies unwillentlich, also nicht im Rahmen eines bewussten Herabfahrens der Gasturbinenanlage, so muss die Generatorleistung zunächst durch entsprechende Reduzierung des Generator-Leistungssollwertes weiter abgesenkt und dann ein neuer Belastungsvorgang eingeleitet werden, um zurück in den Vormischbetrieb zu gelangen, was mit einem Leistungsverlust und entsprechenden Kosten einhergeht. Ein unwillentliches Erreichen des Rückumschaltpunktes gilt es entsprechend zu vermeiden. Eine Möglichkeit besteht darin, dass das Bedienpersonal stets einen Sicherheitsabstand zum Rückumschaltpunkt hält. Da der Rückumschaltpunkt jedoch nicht alleine von dem eingestellten Generator-Leistungssollwert sondern von mehreren thermodynamischen Zusammenhängen abhängig ist, ist der hierbei einzuhaltende Sicherheitsabstand allerdings unerwünscht groß.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, dass dadurch gekennzeichnet ist, dass im Vormischbetrieb eine manuell zu- und abschaltbare Automatik aktiviert wird, die ein Verlassen des Vormischbetriebs verhindert. Dank einer solchen Automatik ist es möglich, ein unwillentliches Umschalten von dem Vormischbetrieb in den Diffusionsbetrieb sicher zu verhindern.
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Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine in der Brennkammer oder in der Turbine vorherrschende aktuelle Feuerungstemperatur überwacht, wobei die Automatik ab Erreichen einer vorab definierten Grenz-Feuerungstemperatur eine manuelle Verringerung des Generator-Leistungssollwertes und/oder eine Verringerung des Generator-Leistungsistwertes blockiert. Untersuchungen ergaben, dass dem Rückumschaltpunkt vom Vormischbetrieb in den Diffusionsbetrieb eine Feuerungstemperatur zugeordnet werden kann, die bei unterschiedlichsten thermodynamischen Bedingungen im Wesentlichen konstant bleibt. Vor diesem Hintergrund ist es möglich, die Gasturbinenanlage im Vormischbetrieb unter Einhaltung eines sehr geringen Sicherheitsabstands zum Rückumschaltpunkt zu betreiben.
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Die aktuelle Feuerungstemperatur kann durch eine geeignete Sensorik direkt erfasst oder anhand von anderen erfassten aktuellen Prozessparametern berechnet werden. Bei den meisten Gasturbinenanlagen wird die aktuelle Feuerungstemperatur bereits kontinuierlich beziehungsweise in regelmäßigen zeitlichen Abständen ermittelt, so dass sich die erfindungsgemäße Automatik auch ohne großen Aufwand in bestehende Gasturbinenanlagen implementieren lässt.
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Bevorzugt liegt die vorab definierte Grenz-Feuerungstemperatur um ein vorbestimmtes Maß oberhalb derjenigen Feuerungstemperatur, bei der ein Umschalten aus dem Vormischbetrieb in den Diffusionsbetrieb stattfindet. Mit anderen Worten wird auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhaft ein Sicherheitsabstand zum Rückumschaltpunkt definiert, der aber wesentlich geringer eingestellt werden kann, als er in der derzeitigen Praxis vom Bedienpersonal bei der manuellen Einstellung des Generator-Leistungssollwert eingehalten werden muss.
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Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird die Automatik beim Herunterfahren der Turbine und/oder im Störungsfalle automatisch abgeschaltet.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung eine Gasturbinenanlage mit einer zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Automatik.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die eine schematische Ansicht einer Gasturbinenanlage zeigt.
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1 zeigt schematisch eine Gasturbinenanlage 1, die als Hauptkomponenten eine Brennkammer 2, mehrere Diffusionsbrenner 3 und Vormischbrenner 4, die zum Eindüsen zumindest eines Brennstoffes in die Brennkammer 2 ausgelegt sind, einen Verdichter 5, über den der Brennkammer 2 verdichtete Luft zugeführt wird, eine Gasturbine 6, der die heißen Verbrennungsgase aus der Brennkammer 2 zugeführt werden, einen über die Gasturbine 6 angetriebenen Generator 7 und eine Anlagensteuerung 8 aufweist, die in bekannter Weise unter anderem die Brennstoffzufuhr zu den Diffusionsbrennern 3 und den Vormischbrennern 4 regelt. Erfindungsgemäß umfasst die Gasturbinenanlage 1 ferner eine manuell zu- und abschaltbare Automatik 9, die vorliegend einen Teil der Anlagensteuerung 8 bildet und derart eingerichtet ist, dass sie im aktivierten Zustand ein Verlassen eines Vormischbetriebs verhindert, wie es nachfolgend noch näher erläutert ist, wobei der Automatik 9 während des Betriebs der Gasturbinenanlage 1 Messwerte einer eine Feuerungstemperatur erfassenden Sensorik übermittelt werden, die vorliegend in der Gasturbine 6 angeordnet ist, genauer gesagt vor der ersten Stufe der Gasturbine 6.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird die Gasturbine 6 in einem ersten Schritt S1 im sogenannten Diffusionsbetrieb hochgefahren. In diesem Diffusionsbetrieb wird zumindest ein Brennstoff über die Diffusionsbrenner in die Brennkammer 2 eingedüst und dort zusammen mit der vom Verdichter 5 erzeugten verdichteten Luft verbrannt. Die dabei entstehenden Verbrennungsgase werden in die Gasturbine 6 geleitet, in der die Energie der Verbrennungsgase in den Generator 7 antreibende mechanische Energie umgewandelt wird.
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Bei Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwertes schaltet die Anlagensteuerung 8 in Schritt S2 in bekannter Weise automatisch vom Diffusionsbetrieb in den Vormischbetrieb, bei dem die Brennstoffzufuhr über die Vormischbrenner 4 erfolgt, wobei es sich bei dem Grenzwert um eine vorbestimmte Temperatur des die Gasturbine 6 verlassenden Abgases oder um einen vorbestimmten Generator-Leistungsistwert handeln kann, um nur einige Beispiele zu nennen. Das automatische Umschalten vom Diffusionsbetrieb in den Vormischbetrieb ist im Stand der Technik hinlänglich bekannt, weshalb hierauf vorliegend nicht näher eingegangenen werden soll. Der Vormischbetrieb zeichnet sich gegenüber dem Diffusionsbetrieb insbesondere durch bessere Emissionswerte aus. Nachteilig ist allerdings die geringere Prozessstabilität.
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Soll der Generator 7 nicht unter Volllast betrieben werden, so hat das Bedienpersonal die Möglichkeit, den Generator-Leistungssollwert in der Anlagensteuerung 8 manuell zu reduzieren. Bei einer solchen Reduzierung kann es passieren, dass versehentlich der Rückumschaltpunkt erreicht wird, bei dem die Anlagensteuerung 8 automatisch vom Vormischbetrieb zurück in den Diffusionsbetrieb wechselt. Dies ist unerwünscht, da ein erneuter Wechsel in den Vormischbetrieb sowohl einen Zeit- als auch einen Leistungsverlust nach sich zieht, wie es eingangs bereits beschrieben wurde. Um das versehentliche Erreichen des Rückumschaltpunktes zu verhindern, wird in Schritt S3 vom Bedienpersonal die Automatik 9 zugeschaltet. Diese überwacht anhand der von der Sensorik 10 gelieferten Messdaten die in der Gasturbine vorherrschende aktuelle Feuerungstemperatur und vergleicht diese mit einer vorab definierten, gespeicherten Grenz-Feuerungstemperatur. Diese liegt um ein vorbestimmtes Maß ΔT oberhalb derjenigen Feuerungstemperatur, bei der ein Umschalten aus dem Vormischbetrieb in den Diffusionsbetrieb stattfindet. Erreicht die aktuelle Feuerungstemperatur die Grenz-Feuerungstemperatur, so blockiert die Automatik 9 eine manuelle Verringerung des Generator-Leistungssollwertes und/oder eine Verringerung des Generator-Leistungsistwertes. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass der Rückschaltpunkt erreicht bzw. der Vormischbetrieb verlassen und in den Diffusionsbetrieb umgeschaltet wird.
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Soll die Gasturbinenanlage 1 abgefahren werden, schaltet das Bedienpersonal die Automatik 9 in Schritt S4 aus und fährt die Gasturbinenanlage in Schritt S5 ab.
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Alternativ ist die Maschinensteuerung 8 derart ausgelegt, dass sie die Automatik 9 beim Abfahren der Maschine automatisch abschaltet.
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Im Störfall deaktiviert die Maschinensteuerung 8 die Automatik 9 ebenfalls automatisch.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass zunächst einmal grundsätzlich ein versehentliches Verlassen des Vormischbetriebs verhindert wird, so dass die Gasturbinenanlage 1 dauerhaft bei geringen Emissionen betrieben wird, sobald der Schritt S2 durchgeführt wurde. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Temperaturdifferenz ΔT vergleichsweise gering gewählt werden kann, da dem Rückschaltpunkt unter verschiedensten thermodynamischen Bedingungen eine im Wesentlichen konstante Feuerungstemperatur zugeordnet werden kann. Entsprechend ist der zum Rückschaltpunkt einzuhaltende Sicherheitsabstand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vergleichsweise gering, so dass der Generator-Leistungssollwert sehr weit reduziert werden kann, ohne den Vormischbetrieb zu verlassen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise die Feuerungstemperatur auch an anderer Stelle durch geeignete Sensorik erfasst oder aus anderen erfasst Parametern berechnet werden.
