DE102017211010A1 - Method for operating a gas turbine plant - Google Patents

Method for operating a gas turbine plant Download PDF

Info

Publication number
DE102017211010A1
DE102017211010A1 DE102017211010.4A DE102017211010A DE102017211010A1 DE 102017211010 A1 DE102017211010 A1 DE 102017211010A1 DE 102017211010 A DE102017211010 A DE 102017211010A DE 102017211010 A1 DE102017211010 A1 DE 102017211010A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
cooling air
gas turbine
turbine
frequency
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102017211010.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Fathi Ahmad
Tobias Buchal
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE102017211010.4A priority Critical patent/DE102017211010A1/en
Priority to PCT/EP2018/065486 priority patent/WO2019001947A1/en
Publication of DE102017211010A1 publication Critical patent/DE102017211010A1/en
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/16—Control of working fluid flow
    • F02C9/18—Control of working fluid flow by bleeding, bypassing or acting on variable working fluid interconnections between turbines or compressors or their stages
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/70—Application in combination with
    • F05D2220/76—Application in combination with an electrical generator
    • F05D2220/764—Application in combination with an electrical generator of the alternating current (A.C.) type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/05—Purpose of the control system to affect the output of the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/11—Purpose of the control system to prolong engine life
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/304—Spool rotational speed

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage (1) umfassend eine Gasturbine (2) mit einem Verdichter (7) und einer Entspannungsturbine (9), einen von der Gasturbine (2) angetriebenen Generator (4) zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz (f0) sowie eine Steuervorrichtung (5), wobei Luft (L) aus dem Verdichter (7) über Kühlluftleitungen (14) der Entspannungsturbine (9) als Kühlluft (K) zum Kühlen von Turbinenkomponenten zugeführt wird. Eine Ist-Frequenz (f(t)) des Stroms wird über die Zeit überwacht und bei einer Abweichung der Ist-Frequenz (f(t)) von der Soll-Frequenz (f0) generiert die Steuervorrichtung (5) ein Stellsignal (16), durch welches die Zufuhr von Kühlluft (K) zu einer oder mehreren der Turbinenkomponenten reduziert wird. Hierbei wird der Wirkungsgrad der Gasturbine (2) erhöht, indem den Leistungsverlusten, die durch Schwankungen der erzeugten Netzfrequenz entstehen, entgegengewirkt wird.

Figure DE102017211010A1_0000
The invention relates to a method for operating a gas turbine plant (1) comprising a gas turbine (2) with a compressor (7) and an expansion turbine (9), a generator (4) driven by the gas turbine (2) for generating a current with a predetermined one Target frequency (f 0 ) and a control device (5), wherein air (L) from the compressor (7) via cooling air lines (14) of the expansion turbine (9) is supplied as cooling air (K) for cooling turbine components. An actual frequency (f (t)) of the current is monitored over time and in the event of a deviation of the actual frequency (f (t)) from the desired frequency (f 0 ) the control device (5) generates an actuating signal (16 ), by which the supply of cooling air (K) is reduced to one or more of the turbine components. In this case, the efficiency of the gas turbine (2) is increased by the power losses caused by fluctuations in the generated grid frequency, is counteracted.
Figure DE102017211010A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage umfassend eine Gasturbine mit einem Verdichter und einer Entspannungsturbine, einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz sowie eine Steuervorrichtung, wobei Luft aus dem Verdichter über Kühlluftleitungen der Entspannungsturbine als Kühlluft zum Kühlen von Turbinenkomponenten zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Gasturbinenanlage umfassend eine Gasturbine mit einem Verdichter und einer Entspannungsturbine, einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz sowie eine Steuervorrichtung, wobei Luft aus dem Verdichter über Kühlluftleitungen in die Entspannungsturbine als Kühlluft zum Kühlen von Turbinenkomponenten zuführbar ist.The invention relates to a method for operating a gas turbine plant comprising a gas turbine with a compressor and an expansion turbine, a driven by the gas turbine generator for generating a current at a predetermined desired frequency and a control device, wherein air from the compressor via cooling air lines of the expansion turbine as cooling air is supplied for cooling turbine components. The invention further relates to a gas turbine plant comprising a gas turbine with a compressor and an expansion turbine, a generator driven by the gas turbine for generating a current at a predetermined desired frequency and a control device, wherein air from the compressor via cooling air lines in the expansion turbine as cooling air for cooling can be supplied by turbine components.

Es sind Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage mit einer Gasturbine und einem elektrischen Generator bekannt. Dabei ist die Gasturbine mit dem Generator über eine gemeinsame Rotorwelle gekoppelt. Zur Umwandlung fossiler Energie in elektrische Energie wird in der Gasturbine ein Brennstoff zu einem heißen Gas verbrannt und in Rotationsenergie im Rotor umgewandelt. Dabei treibt die Gasturbine den Generator über die Rotorwelle an, der dann elektrischen Strom mit einer festen Frequenz erzeugt.Methods are known for operating a gas turbine plant with a gas turbine and an electric generator. The gas turbine is coupled to the generator via a common rotor shaft. To convert fossil energy into electrical energy, a fuel is burned into a hot gas in the gas turbine and converted into rotational energy in the rotor. The gas turbine drives the generator via the rotor shaft, which then generates electricity at a fixed frequency.

Bei Gasturbinenkraftwerken kommt es immer wieder, besonders bei kleinen Elektrizitätsversorgungsnetzen (Inselnetzen), zu Abweichungen von der Sollnetzfrequenz (50 oder 60Hz). Jedoch ist als eine Anschlussbedingung für ein Kraftwerk an das Netz ein Frequenzbereich um die Sollnetzfrequenz z.B. von -6% bis +4% vorgeschrieben. Innerhalb dieses Frequenzbereichs muss der Betrieb des Kraftwerkes gewährleistet werden.In gas turbine power plants, there are always, especially in small electricity supply networks (isolated networks), deviations from the nominal network frequency (50 or 60Hz). However, as a connection condition for a power plant to the network, a frequency range around the target network frequency is e.g. from -6% to + 4% mandatory. Within this frequency range, the operation of the power plant must be guaranteed.

Aufgrund einer zu großen elektrischen Last am Generator und bei gleichzeitiger Auslastung der Gasturbine kann die Frequenz des erzeugten Stroms sich jedoch ändern. Abweichungen von der Sollnetzfrequenz, insbesondere wenn die aktuelle Netzfrequenz unterhalb der Sollnetzfrequenz liegt, führen zu Leistungsverlusten, da die erreichte Drehzahl des Generators niedriger ist als die Solldrehzahl. Die Dauer der Frequenzabweichungen kann 5 Minuten betragen, kann jedoch unter Umständen auch deutlich länger sein (z.B. 30 min), so dass die Gesamtleistung des Kraftwerks bzw. der Gasturbinenanlage negativ beeinflusst wird. Um diese Frequenzänderung zu kompensieren - was allgemein als Frequenzstützung bezeichnet wird -, muss die Gasturbine mehr Leistung abgeben. Dies wird erreicht beispielsweise indem die Brennstoffzufuhr der Gasturbine erhöht wird, wodurch dann dem Generator mehr Energie zur Verfügung steht. Jedoch entsteht durch die Erhöhung der Brennstoffzufuhr ein heißeres Gas, welches zu einer Überfeuerung der Gasturbine führen kann. Dabei können die dem Gas ausgesetzten Turbinenkomponenten durch die höhere Gastemperatur Schaden nehmen.However, due to excessive electrical load on the generator and simultaneous utilization of the gas turbine, the frequency of the generated current may change. Deviations from the nominal network frequency, in particular if the current network frequency is below the nominal network frequency, lead to power losses, since the achieved rotational speed of the generator is lower than the nominal rotational speed. The duration of the frequency deviations may be 5 minutes, but may be significantly longer (for example 30 minutes), so that the overall performance of the power plant or the gas turbine plant is adversely affected. To compensate for this frequency change - commonly referred to as frequency support - the gas turbine has to deliver more power. This is achieved for example by the fuel supply of the gas turbine is increased, which then the generator is more energy available. However, by increasing the fuel supply, a hotter gas, which can lead to overfiring of the gas turbine. The gas components exposed to the gas can be damaged by the higher gas temperature.

Alternativ kann durch die Eindüsung von großen Wassermengen eine Nassverdichtung (wet compression) der Verdichteransaugluft vorgesehen sein. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der EP 1 507 078 A1 beschrieben. Das Verfahren sieht vor, dass für die Zeitdauer der Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz die Eindüsung von Wasser in einen vom Verdichter angesaugten Luftstrom erfolgt. Dadurch wird der Volumenmassenstrom erhöht, so dass dieser bei der Verbrennung ein höheres Energieniveau aufweist, welches dann in der Turbine mittels des Rotors an den Generator weitergegeben werden kann. Der Abweichung der Frequenz, die durch eine Überlastung der Gasturbinenanlage hervorgerufen wird, kann somit schneller entgegengewirkt werden.Alternatively, by injecting large amounts of water, wet compression of the compressor intake air may be provided. Such a method is for example in the EP 1 507 078 A1 described. The method provides that, for the duration of the deviation of the frequency from the nominal frequency, the injection of water into an air flow sucked in by the compressor takes place. As a result, the volume mass flow is increased, so that it has a higher energy level during combustion, which can then be passed in the turbine by means of the rotor to the generator. The deviation of the frequency, which is caused by an overload of the gas turbine plant, can thus be counteracted faster.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Entgegenwirken einer Abweichung der Frequenz von der Sollfrequenz ist jedoch nachteilig, dass sie einen erhöhten Lebensdauerverbrauch der Gasturbinenkomponenten nach sich ziehen.However, in the known from the prior art method for counteracting a deviation of the frequency of the target frequency is disadvantageous that they entail an increased lifetime consumption of the gas turbine components.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage vorzuschlagen, welches sich insbesondere durch einen geringeren Lebensdauerverbrauch der Turbinenkomponenten auszeichnet.The invention is therefore based on the object to propose an improved method for operating a gas turbine plant, which is characterized in particular by a lower lifetime consumption of the turbine components.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage umfassend eine Gasturbine mit einem Verdichter und einer Entspannungsturbine, einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegeben Soll-Frequenz sowie eine Steuervorrichtung, wobei Luft aus dem Verdichter über Kühlluftleitungen der Entspannungsturbine als Kühlluft zum Kühlen von Turbinenkomponenten zugeführt wird, wobei eine Ist-Frequenz des Stroms von der Steuervorrichtung über die Zeit überwacht wird und bei einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz die Steuervorrichtung ein Stellsignal generiert, durch welches die Zufuhr von Kühlluft zu einer oder mehreren der Turbinenkomponenten reduziert wird.The object is achieved by a method for operating a gas turbine plant comprising a gas turbine with a compressor and an expansion turbine, a driven by the gas turbine generator for generating a current with a predetermined nominal frequency and a control device, wherein air from the compressor via cooling air lines of An expansion turbine is supplied as cooling air for cooling turbine components, wherein an actual frequency of the current is monitored by the control device over time and at a deviation of the actual frequency of the desired frequency, the control device generates a control signal, by which the supply of cooling air is reduced to one or more of the turbine components.

Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Gasturbinenanlage umfassend eine Gasturbine mit einem Verdichter und einer Entspannungsturbine, einen von der Gasturbine angetriebenen Generator zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz sowie eine Steuervorrichtung, wobei Luft aus dem Verdichter über Kühlluftleitungen in die Entspannungsturbine als Kühlluft zum Kühlen von Turbinenkomponenten zuführbar ist, wobei die Steuervorrichtung mit der Soll-Frequenz und einer Ist-Frequenz als Eingangssignale bespeisbar ist, und dass beim Erfassen einer Abweichung der Ist-Frequenz von der Soll-Frequenz die Steuervorrichtung dafür eingerichtet ist, ein Stellsignal zu generieren, welches die Zufuhr von Kühlluft zu einer oder mehreren der Turbinenkomponenten reduziert.The object is further achieved according to the invention by a gas turbine system comprising a gas turbine with a compressor and an expansion turbine, a driven by the gas turbine generator for generating a current with a predetermined desired frequency and a control device, wherein air from the compressor via cooling air lines in the expansion turbine as cooling air for cooling turbine components can be supplied, wherein the control device with the desired frequency and an actual frequency can be fed as input signals, and that at Detecting a deviation of the actual frequency from the desired frequency, the controller is configured to generate an actuating signal that reduces the supply of cooling air to one or more of the turbine components.

Die in Bezug auf das Verfahren nachstehend angeführten Vorteile und vorteilhaften Ausführungen lassen sich sinngemäß auf die Gasturbinenanlage übertragen.The advantages and advantageous embodiments set forth below with regard to the method can be transferred analogously to the gas turbine plant.

Bei Gasturbinenanlagen werden innerhalb des Verdichters oder am Verdichteraustritt Teilströme entnommen und einem sogenannten Sekundärluftsystem zugeführt, der zur Kühlung der Turbinenbeschaufelung eingesetzt wird. Ein solches System ist z.B. in der WO 2015/178897 beschrieben. Hierbei werden mehrere Ströme von Kühlluft aus dem Verdichter über separate Kühlluftleitungen, in welche Ventile zur Regelung des Kühlluftstroms eingebaut sind, zu den Turbinenstufen geführt. Auf diese Weise strömt nur ein Teil des Verdichteransaugmassenstroms als Primärluft durch die Brennkammer.In gas turbine plants, partial streams are taken within the compressor or at the compressor outlet and fed to a so-called secondary air system, which is used for cooling the turbine blading. Such a system is eg in the WO 2015/178897 described. Here are several streams of cooling air from the compressor via separate cooling air lines, in which valves are installed to control the cooling air flow, led to the turbine stages. In this way, only a portion of the compressor Ansaugmassenstroms flows as primary air through the combustion chamber.

Die Erfindung basiert auf der Erkanntnis, dass die Kühlung der Turbinenkomponenten, insbesondere der Turbinenbeschaufelung, zu einer Reduktion des thermischen Wirkungsgrads der Gasturbine führt, da die zur Kühlung verwendete Verdichterluft nicht mehr als Primärluft am Verbrennungsprozess teilnehmen kann. Somit ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kühlluftzufuhr zumindest zu einigen der Turbinenkomponenten reduziert wird, um den Leistungsverlusten entgegenzuwirken, die durch Schwankungen der erzeugten Netzfrequenz entstehen und dadurch den Wirkungsgrad der Gasturbine zu erhöhen. Die kurze Dauer der Abweichungen von der Sollnetzfrequenz (i.d.R. nur wenige Minuten) hat dabei keine wesentliche negative Auswirkung auf die Lebensdauer der betroffenen Turbinenkomponenten. Im Vergleich zu der bisher in diesen Fällen eingesetzten Überfeuerung oder Nassverdichtung zeichnet sich das erfindungsgemäße Betriebsverfahren einer Turbinenanlage somit durch einen verbesserten Lebensdauerverbrauch der Turbinenkomponenten, insbesondere der Turbinenbeschaufelung, aus.The invention is based on the recognition that the cooling of the turbine components, in particular the turbine blading, leads to a reduction of the thermal efficiency of the gas turbine, since the compressor air used for cooling can no longer participate as a primary air in the combustion process. Thus, the invention provides that the cooling air supply is reduced at least to some of the turbine components in order to counteract the power losses caused by fluctuations in the generated grid frequency and thereby increase the efficiency of the gas turbine. The short duration of the deviations from the nominal network frequency (i.d.R., only a few minutes) has no significant negative effect on the service life of the affected turbine components. Compared to the over-firing or wet compaction used so far in these cases, the operating method according to the invention of a turbine system is thus distinguished by an improved service life consumption of the turbine components, in particular the turbine blading.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Kühlluft zu einer zweiten Stufe von Leitschaufeln und/oder einer dritten Stufe von Leitschaufeln der Entspannungsturbine reduziert. Bautechnisch lässt sich eine Anpassung der Kühlluftzuhr zu diesen beiden Stufen von Leitschaufeln leicht realisieren, denn in den Kühlluftleitungen sind bereits technische Mittel vorhanden, durch welche eine aktive Beeinflussung des jeweiligen Kühlluftstroms vorgenommen werden kann.According to a preferred embodiment, the supply of cooling air is reduced to a second stage of vanes and / or a third stage of vanes of the expansion turbine. Structurally, an adaptation of the Kühlluftzuhr to these two stages of vanes can be easily realized, because in the cooling air lines technical means are already available, through which an active influence of the respective cooling air flow can be made.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird die Zufuhr von Kühlluft um 50%, insbesondere um 30%, insbesondere im Bereich von 10-15% reduziert. Die Reduzierung richtet sich dabei nach der Größenordnung der Abweichungen der aktuellen Netzfrequenz von der Soll-Frequenz sowie danach, welcher der Kühlluftströme gedrosselt wird. In der Regel ist eine Reduzierung der Kühlluft zur zweiten oder dritten Leitschaufelstufe um 10-15% über einen Zeitraum von weniger als 1 Minute ausreichend, um ca. 1 MW an Leistungsrückgewinnung zu erreichen.According to a further preferred embodiment, the supply of cooling air is reduced by 50%, in particular by 30%, in particular in the range of 10-15%. The reduction depends on the order of magnitude of the deviations of the current mains frequency from the nominal frequency and on which of the cooling air flows is throttled. Typically, reducing the cooling air to the second or third vane stage by 10-15% over a period of less than 1 minute is sufficient to achieve approximately 1 MW of power recovery.

Bevorzugt weisen die Kühlluftleitungen Ventile auf und bei einer Unterschreitung der Soll-Frequenz werden die Ventile über das Stellsignal zumindest teilweise geschlossen. Die Ventile, welche ohnehin in den Kühlluftleitungen eines Sekundärluftsystems vorhanden sind, stellen das einfachste technische Mittel dar, mit dem der Kühlluftstrom beeinflusst werden kann. Hierzu ist lediglich eine Ankopplung der Steuervorrichtung, welche die Ist-Frequenz des vom Generator erzeugbaren elektrischen Stromes überwacht, mit der Steuerung der Ventile erforderlich.Preferably, the cooling air ducts have valves and when the setpoint frequency is undershot, the valves are at least partially closed via the control signal. The valves, which are present anyway in the cooling air ducts of a secondary air system, represent the simplest technical means by which the cooling air flow can be influenced. For this purpose, only a coupling of the control device, which monitors the actual frequency of the electric current generated by the generator, with the control of the valves required.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur eine Gasturbinenanlage 1 umfassend eine Gasturbine 2 mit einer Rotorwelle 3, die an einen Generator 4 angekoppelt ist. Eine Steuervorrichtung 5 dient zur Überwachung der Frequenz des Stromes, der vom Generator 4 im Betrieb der Gasturbinenanlage 1 erzeugt wird.An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Herein, the sole figure shows a gas turbine plant 1 comprising a gas turbine 2 with a rotor shaft 3 connected to a generator 4 is coupled. A control device 5 serves to monitor the frequency of the current coming from the generator 4 during operation of the gas turbine plant 1 is produced.

Die Gasturbine 2 umfasst weiterhin einen Verdichter 7, eine Brennkammer 8 und eine Entspannungsturbine 9. Während des Betriebes der Gasturbinenanlage 1 saugt der Verdichter 7 Luft L an und verdichtet sie. Die verdichtete Luft wird als Primärluft zur Brennkammer 8 geführt, dort mit einem Brennmittel B vermischt und zu einem Rauchgas RG verbrannt. Von der Brennkammer 8 aus wird das Rauchgas RG zur Entspannungsturbine 9 geführt, in der es sich impulsübertragend an der Rotorwelle 3 der Gasturbinenanlage 1 entspannt und diese dabei antreibt. Die Rotationsenergie der Rotorwelle 3 wird dem Generator 4 zugeführt, der diese in elektrische Energie in Form eines elektrischen Stromes mit einer vorgegebenen Frequenz von 50 Hz oder 60 Hz umwandelt.The gas turbine 2 further comprises a compressor 7 , a combustion chamber 8th and an expansion turbine 9 , During operation of the gas turbine plant 1 sucks the compressor 7 air L and compact it. The compressed air is used as primary air to the combustion chamber 8th led there mixed with a fuel B and a flue gas RG burned. From the combustion chamber 8th the flue gas is turned off RG to the relaxation turbine 9 guided, in which it impulsively transmits to the rotor shaft 3 the gas turbine plant 1 relaxed and this drives. The rotational energy of the rotor shaft 3 becomes the generator 4 fed, which converts them into electrical energy in the form of an electric current with a predetermined frequency of 50 Hz or 60 Hz.

Ein Teil der verdichteten Luft L wird dem Verdichter entnommen und über Kühlluftleitungen 14 der Entspannungsturbine 9 als Kühlluft K zum Kühlen von Turbinenbeschaufelung, insbesondere der hier nicht näher gezeigten Leitschaufeln, zugeführt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind drei Kühlluftleitungen 14 vorgesehen, welche von unterschiedlichen Bereichen des Verdichters 7 Kühlluft K entnehmen und in unterschiedlichen Leitschaufelstufen zuführen. In jeder der Kühlluftleitungen 14 ist ein Ventil 15 integriert, über welches der Kühlluftstrom geregelt wird. Die Ventile 15 werden von der Steuervorrichtung 5 angesteuert.Part of the compressed air L is taken from the compressor and via cooling air ducts 14 the relaxation turbine 9 as cooling air K for the cooling of turbine blading, in particular of the guide vanes, not shown here, supplied. in the embodiment shown are three cooling air ducts 14 provided which of different areas of the compressor 7 cooling air K remove and feed in different Leitschaufelstufen. In each of the cooling air ducts 14 is a valve 15 integrated, via which the cooling air flow is regulated. The valves 15 be from the control device 5 driven.

Die Steuervorrichtung 5 weist zwei Eingänge 10, 11 auf. An einem Eingang 10 liegt ein Soll-Wert f0 der Frequenz an und am weiteren Eingang 11 ein insbesondere zeitaufgelöste Ist-Wert f(t) der Frequenz des erzeugten Stromes. Eine Frequenzabweichung des Ist-Wertes f(t) vom Soll-Wert f0 kann von der Steuervorrichtung 5 erkannt werden. Für diesen Fall kann die Steuervorrichtung 5 dann an ihrem Ausgang 12 ein Ausgangssignal generieren, welches als Stellsignal 16 zu den Ventilen 15 geführt wird, um die Kühlluftströme zu regulieren.The control device 5 has two entrances 10 . 11 on. At an entrance 10 is a target value f 0 the frequency at and at the other entrance 11 a particular time-resolved actual value f (t) the frequency of the generated current. A frequency deviation of the actual value f (t) from the target value f 0 can from the control device 5 be recognized. In this case, the control device 5 then at her exit 12 generate an output signal which acts as a control signal 16 to the valves 15 is guided to regulate the cooling air flows.

Unterschreitet der Ist-Wert f(t) der Frequenz den Soll-Wert f0, so generiert die Steuervorrichtung 5 ein Ausgangssignal, welches als Stellsignal 16 für die Position der Ventile 15 dient, so dass die Menge an Kühlluft K, insbesondere zu der zweiten und/oder der dritten Stufe von Leitschaufeln verringert wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Betrag der Abweichung einen Schwellwert ε überschreitet, bevor das Verfahren zur Frequenzstützung eingeleitet wird. Der Strom an Kühlluft kann je nach Leitschaufelstufe und je nachdem wie weit der Ist-Wert f(t) der Frequenz den Soll-Wert f0 unterschreitet um bis zu 50% reduziert werden. In der Regel wird eine Reduktion von maximal 30% ausreichen. In den meisten Fällen bei kleinen Abweichungen des Ist-Werts f(t) der Frequenz ist eine Reduktion um 10%-15% ausreichend.If the actual value f (t) of the frequency drops below the setpoint value f 0 , then the control device generates 5 an output signal which acts as a control signal 16 for the position of the valves 15 serves, so the amount of cooling air K , in particular to the second and / or the third stage of vanes is reduced. It is provided that the amount of deviation exceeds a threshold value ε before the method for frequency support is initiated. The flow of cooling air can vary depending on the vane level and depending on how far the actual value f (t) the frequency the target value f 0 is reduced by up to 50%. As a rule, a reduction of up to 30% will suffice. In most cases with small deviations of the actual value f (t) the frequency is a reduction of 10% -15% is sufficient.

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 PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1507078 A1 [0005]EP 1507078 A1 [0005]
  • WO 2015/178897 [0011]WO 2015/178897 [0011]

Claims (8)

Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage (1) umfassend eine Gasturbine (2) mit einem Verdichter (7) und einer Entspannungsturbine (9), einen von der Gasturbine (2) angetriebenen Generator (4) zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz (f0) sowie eine Steuervorrichtung (5), wobei Luft (L) aus dem Verdichter über Kühlluftleitungen (14) der Entspannungsturbine (9) als Kühlluft (K) zum Kühlen von Turbinenkomponenten zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ist-Frequenz (f(t)) des Stroms von der Steuervorrichtung (5) über die Zeit überwacht wird und bei einer Abweichung der Ist-Frequenz (f(t)) von der Soll-Frequenz (f0) die Steuervorrichtung (5) ein Stellsignal (16) generiert, durch welches die Zufuhr von Kühlluft (K) zu einer oder mehreren der Turbinenkomponenten reduziert wird.Method for operating a gas turbine plant (1) comprising a gas turbine (2) with a compressor (7) and an expansion turbine (9), a generator (4) driven by the gas turbine (2) for generating a current at a predetermined desired frequency ( f 0 ) and a control device (5), wherein air (L) from the compressor via cooling air lines (14) of the expansion turbine (9) as cooling air (K) for cooling turbine components is supplied, characterized in that an actual frequency (f (t)) of the current from the control device (5) over time is monitored and in case of a deviation of the actual frequency (f (t)) from the desired frequency (f 0 ) the control device (5) an actuating signal (16) generated by which the supply of cooling air (K) is reduced to one or more of the turbine components. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Kühlluft (K) zu einer zweiten Stufe von Leitschaufeln und/oder einer dritten Stufe von Leitschaufeln der Entspannungsturbine (9) reduziert wird.Method according to Claim 1 characterized in that the supply of cooling air (K) to a second stage of vanes and / or a third stage of vanes of the expansion turbine (9) is reduced. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Kühlluft (K) um 50%, insbesondere um 30%, insbesondere im Bereich von 10-15% reduziert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the supply of cooling air (K) is reduced by 50%, in particular by 30%, in particular in the range of 10-15%. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftleitungen (14) Ventile (15) aufweisen und bei einer Unterschreitung der Soll-Frequenz (f0) die Ventile (15) über das Stellsignal (16) zumindest teilweise geschlossen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling air lines (14) have valves (15) and at a falling below the desired frequency (f 0 ) the valves (15) via the control signal (16) are at least partially closed. Gasturbinenanlage (1) umfassend eine Gasturbine (2) mit einem Verdichter (7) und einer Entspannungsturbine (9), einen von der Gasturbine (2) angetriebenen Generator (4) zum Erzeugen eines Stroms mit einer vorgegebenen Soll-Frequenz (f0) sowie eine Steuervorrichtung (15), wobei Luft (L) aus dem Verdichter (7) über Kühlluftleitungen (14) in die Entspannungsturbine (9) als Kühlluft (K) zum Kühlen von Turbinenkomponenten zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) mit der Soll-Frequenz (f0) und einer Ist-Frequenz (f(t)) als Eingangssignale bespeisbar ist, und dass beim Erfassen einer Abweichung der Ist-Frequenz (f(t)) von der Soll-Frequenz (f0) die Steuervorrichtung (5) dafür eingerichtet ist, ein Stellsignal (16) zu generieren, welches die Zufuhr von Kühlluft (K) zu einer oder mehreren der Turbinenkomponenten reduziert.Gas turbine plant (1) comprising a gas turbine (2) with a compressor (7) and an expansion turbine (9), a generator (4) driven by the gas turbine (2) for generating a current at a predetermined desired frequency (f 0 ) and a control device (15), wherein air (L) from the compressor (7) via cooling air lines (14) in the expansion turbine (9) as cooling air (K) for cooling turbine components can be supplied, characterized in that the control device (5) the desired frequency (f 0 ) and an actual frequency (f (t)) can be fed as input signals, and that when detecting a deviation of the actual frequency (f (t)) from the desired frequency (f 0 ) the Control device (5) is adapted to generate a control signal (16) which reduces the supply of cooling air (K) to one or more of the turbine components. Gasturbinenanlage (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dafür eingerichtet ist, die Zufuhr von Kühlluft (K) zu einer zweiten Stufe von Leitschaufeln und/oder einer dritten Stufe von Leitschaufeln der Entspannungsturbine (9) zu reduzieren.Gas turbine plant (1) after Claim 5 characterized in that the control device (5) is adapted to reduce the supply of cooling air (K) to a second stage of vanes and / or a third stage of vanes of the expansion turbine (9). Gasturbinenanlage (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (5) dafür eingerichtet ist, die Zufuhr von Kühlluft (K) um 50%, insbesondere um 30%, insbesondere im Bereich 10-15% zu reduzieren.Gas turbine plant (1) after Claim 5 or 6 , characterized in that the control device (5) is adapted to reduce the supply of cooling air (K) by 50%, in particular by 30%, in particular in the range 10-15%. Gasturbinenanlage (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlluftleitungen (14) Ventile (15) aufweisen und die Steuervorrichtung (5) dafür eingerichtet ist, bei einer Unterschreitung der Soll-Frequenz (f0), die Ventile (15) über das Stellsignal (16) zumindest teilweise zu schließen.Gas turbine plant (1) after one of Claims 5 to 7 , characterized in that the cooling air ducts (14) have valves (15) and the control device (5) is adapted, at a falling below the desired frequency (f 0 ), the valves (15) via the control signal (16) at least partially close.
DE102017211010.4A 2017-06-29 2017-06-29 Method for operating a gas turbine plant Ceased DE102017211010A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017211010.4A DE102017211010A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method for operating a gas turbine plant
PCT/EP2018/065486 WO2019001947A1 (en) 2017-06-29 2018-06-12 Method for operating a gas turbine system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102017211010.4A DE102017211010A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method for operating a gas turbine plant

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102017211010A1 true DE102017211010A1 (en) 2019-01-03

Family

ID=62750932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102017211010.4A Ceased DE102017211010A1 (en) 2017-06-29 2017-06-29 Method for operating a gas turbine plant

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102017211010A1 (en)
WO (1) WO2019001947A1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507078A1 (en) 2003-08-11 2005-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Operating method for a gas turbine plant and plant operated accordingly
WO2009118332A2 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Alstom Technology Ltd Power station system and method for operating the same
WO2015178897A1 (en) 2014-05-21 2015-11-26 Siemens Energy, Inc. Ejector based external bleed system for a gas turbine engine

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4317651B2 (en) * 2000-07-21 2009-08-19 三菱重工業株式会社 Gas turbine plant and control method of gas turbine plant
DE102008029941B4 (en) * 2007-10-16 2009-11-19 E.On Kraftwerke Gmbh Steam power plant and method for controlling the power of a steam power plant
EP2562369B1 (en) * 2011-08-22 2015-01-14 Alstom Technology Ltd Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant for implementing the method
JP5639568B2 (en) * 2011-11-15 2014-12-10 三菱日立パワーシステムズ株式会社 2-shaft gas turbine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1507078A1 (en) 2003-08-11 2005-02-16 Siemens Aktiengesellschaft Operating method for a gas turbine plant and plant operated accordingly
WO2009118332A2 (en) * 2008-03-25 2009-10-01 Alstom Technology Ltd Power station system and method for operating the same
WO2015178897A1 (en) 2014-05-21 2015-11-26 Siemens Energy, Inc. Ejector based external bleed system for a gas turbine engine

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019001947A1 (en) 2019-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2260193B1 (en) Method for regulating a gas turbine in a power plant and power plant to carry out the method
EP2458180A1 (en) Method for operating a gas turbine during load control, device for regulating the operation of a gas turbine and power plant
CH697810B1 (en) Gas Turbine System
DE112012006770T5 (en) Two-shaft gas turbine power generation system and control device and control method for a gas turbine system
WO2008003571A2 (en) Method for operating a gas turbine and gas turbine for carrying out said method
EP2128406B1 (en) Method for operating a gas turbine
DE102007007913A1 (en) Method for operating a power plant
DE102007009791A1 (en) Variable extraction for gas turbine load regulation involves changing quantity of compressed air extracted from turbine compressor depending on demanded load for gas turbine
CH709625A2 (en) Gas turbine for low partial load operation with a turbine cooling system, which uses a mixture of compressor bleed air and ambient air.
DE102015107002A1 (en) Improved turbine cooling system using a mixture of compressor bleed air and turbine room air
DE102005005472A1 (en) Improved start-up procedure for power plants
DE112015000664T5 (en) Gas turbine control apparatus, gas turbine, and gas turbine control method
EP2808501A1 (en) Method for operating a combined cycle power plant assembly
EP2318718A2 (en) Gas turbine and method for the operation thereof
DE102017211010A1 (en) Method for operating a gas turbine plant
DE2159696A1 (en) Method for improving the removal of residual heat in the event of an emergency shutdown of a gas-cooled nuclear reactor and device for carrying out the method
DE112013006847T5 (en) Gas turbine generation system
EP3097293B1 (en) Variable power limit control for gas turbines
DE102012224009A1 (en) Method for operating a gas turbine
WO2010018194A2 (en) Power plant system for selective operation in power networks at various network frequencies
WO2016037861A1 (en) Method for operating a power station
EP2811119A1 (en) Method for testing an overspeed protection system of a combined cycle plant with single shaft system
EP2918797A1 (en) Method for operating a steam power plant assembly
EP2971652B1 (en) Provision of negative electric power output by gas turbine
EP1507078A1 (en) Operating method for a gas turbine plant and plant operated accordingly

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final