DE102022210265A1

DE102022210265A1 - Gasturbinenanlage

Info

Publication number: DE102022210265A1
Application number: DE102022210265.7A
Authority: DE
Inventors: Shohei Yoshida; Akinori Hayashi; Tatsuya HAGITA; Hiroyuki Takeishi; Toshiyuki Hiraoka
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2022-09-28
Publication date: 2023-03-30
Also published as: KR20230046988A; US20230094065A1; JP7480409B2; TW202319689A; CN115898648A; JP2023181446A

Abstract

Eine Gasturbinenanlage weist auf: eine Brennstoffleitung, die mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung verbunden ist; eine Brennstoffzufuhrleitung, die mit einer Brennkammer einer Gasturbine verbunden ist; eine Brennstoffbehandlungsleitung, die mit einer Brennstoffbehandlungsvorrichtung verbunden ist, die einen Brennstoff behandelt; und ein Dreiwegeventil mit einer Einlassöffnung, die mit der Brennstoffleitung verbunden ist, einer ersten Auslassöffnung, die mit der Brennstoffzufuhrleitung verbunden ist, und einer zweiten Auslassöffnung, die mit der Brennstoffbehandlungsleitung verbunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Für Gasturbinenanlagen ist vorgesehen, dass Ammoniak, Wasserstoff und dergleichen als Brennstoffe für die Brennkammern einer Gasturbine verwendet werden, um die Ausstoßmenge von Kohlenstoffdioxid, das eine Ursache der globalen Erwärmung ist, im Sinne des globalen Umweltschutzes zu reduzieren.
Patentdokument 1 offenbart eine Gasturbinenanlage, bei der ein Ammoniakgas als Brennstoff in Brennkammern zugeführt wird und eine Turbine durch ein Verbrennungsgas in Drehung versetzt wird, das durch Verbrennung des Ammoniakgases in den Brennkammern erzeugt wird. Die im Patentdokument 1 beschriebene Gasturbinenanlage umfasst einen Tank, der flüssiges Ammoniak speichert, und einen Verdampfer, der das flüssige Ammoniak verdampft.
Eine Leitung, die den Brennstoff von dem Verdampfer zu den Brennkammern führt, ist mit einem ersten Ein-Aus-Ventil, einem zweiten Ein-Aus-Ventil und einem ersten Steuerventil in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Leitung versehen. Darüber hinaus ist eine Leitung, die das erste Ein-Aus-Ventil und das zweite Ein-Aus-Ventil miteinander verbindet, mit einem Rückgewinnungstank verbunden, der das Ammoniakgas über ein drittes Ein-Aus-Ventil zurückgewinnt.
Im Patentdokument 1 wird beschrieben, dass die Überprüfung, ob eine Leckage auftritt oder nicht, durch Schließen des ersten Ein-Aus-Ventils erfolgt, nachdem das Ammoniakgas von dem Verdampfer in die Ammoniakzufuhrleitung in einem Zustand zugeführt wird, in dem das zweite Ein-Aus-Ventil geschlossen ist, um dadurch das Innere einer Leckageprüfleitung zu einem abgedichteten Raum zu machen. Ferner wird in Patentdokument 1 beschrieben, dass die Rückgewinnung des in der Ammoniakzufuhrleitung verbliebenen Ammoniakgases zu dem Rückgewinnungstank durch Öffnen des dritten Ein-Aus-Ventils nach Durchführung der Leckageprüfung oder nach Stoppen der Anlage durchgeführt wird.
Dokument zum Stand der Technik
Patentdokument
Patentdokument 1: JP-2019-178840-A
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Bei der in dem Patentdokument 1 beschriebenen Gasturbinenanlage besteht jedoch die Befürchtung, dass eine Fehlfunktion auftritt, bei der zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine das Ammoniakgas, das ein unverbrannter Brennstoff ist, der in der Ammoniakzufuhrleitung verbleibt, in die Atmosphäre abgegeben wird.
Im Hinblick auf eine Gasturbinenanlage ist es wünschenswert, Fehlfunktionen zu verhindern, die sich aus einem unverbrannten Brennstoff zu einem Zeitpunkt eines Notstopps einer Gasturbine ergeben. Fehlfunktionen, die aus einem unverbrannten Brennstoff resultieren, umfassen neben der Abgabe eines Ammoniakgases in die Atmosphäre die Entzündung eines Wasserstoffgases, das ein verbleibender unverbrannter Brennstoff ist, an unbeabsichtigten Orten oder zu unbeabsichtigten Zeiten, in einem Fall, dass ein Brennstoff Wasserstoff ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage bereitzustellen, die eine Fehlfunktion verhindern kann, die aus einem unverbrannten Brennstoff zu einem Zeitpunkt eines Notstopps einer Gasturbine resultiert.
Eine Gasturbinenanlage weist auf: eine Brennstoffleitung, die mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung (engl. fuel supplyfacility) verbunden ist; eine Brennstoffzufuhrleitung, die mit einer Brennkammer einer Gasturbine verbunden ist; eine Brennstoffbehandlungsleitung, die mit einer Brennstoffbehandlungsvorrichtung verbunden ist, die einen Brennstoff behandelt; und ein Dreiwegeventil mit einer Einlassöffnung, die mit der Brennstoffleitung verbunden ist, einer ersten Auslassöffnung, die mit der Brennstoffzufuhrleitung verbunden ist, und einer zweiten Auslassöffnung, die mit der Brennstoffbehandlungsleitung verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Gasturbinenanlage bereitzustellen, die eine Fehlfunktion verhindern kann, die aus einem unverbrannten Brennstoff zu einem Zeitpunkt eines Notstopps einer Gasturbine resultiert.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Gasturbinenanlage gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und zeigt ein Hauptbrennstoffversorgungssystem, ein Sekundärbrennstoffversorgungssystem, ein Brennstoffbehandlungssystem und ein Stickstoffgasversorgungssystem;
2 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration der Gasturbinenanlage gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt und das Hauptbrennstoffversorgungssystem, das Sekundärbrennstoffversorgungssystem, das Brennstoffbehandlungssystem und ein Wasserversorgungssystem zeigt;
3 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit einer Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen im Normalbetrieb der Gasturbine zeigt;
4 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine notgestoppt wird;
5 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Inhalt einer Steuerung zum Schalten eines Dreiwegeventils zeigt, die von einer Steuerung ausgeführt wird;
6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Inhalt der Steuerung zum Schalten des Dreiwegeventils zeigt, die durch die Steuerung ausgeführt wird;
7 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Gasturbinenanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
8 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration einer Gasturbinenanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine notgestoppt wird;
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Inhalt einer Steuerung eines Aktivierungsmotors, des Wasserversorgungssystems und des Brennstoffbehandlungssystems zeigt, die von der Steuerung ausgeführt wird;
11 ist eine schematische Darstellung, die eine Gasturbinenanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
12 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen im Normalbetrieb der Gasturbine zeigt;
13 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Versorgungswasserdurchflussmengen im Normalbetrieb der Gasturbine zeigt;
14 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine notgestoppt wird;
15 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Versorgungswasserdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine notgestoppt wird;
16 ist eine Abbildung, die sich auf ein Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht und ein Beispiel zeigt, in dem ein Dreiwegeventil stromaufwärts eines Verteilers vorgesehen ist; und
17 ist eine Abbildung, die sich auf ein Modifikationsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht und ein Beispiel zeigt, bei dem Dreiwegeventile stromabwärts des Verteilers vorgesehen sind.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren erläutert. Dabei ist zu beachten, dass identische Konfigurationen in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen sind und detaillierte Erläuterungen zu sich überschneidenden Teilen weggelassen werden.
<Erste Ausführungsform>
Unter Bezugnahme auf 1 bis 5 wird eine Gasturbinenanlage 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung der Konfiguration der Gasturbinenanlage 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und zeigt ein Hauptbrennstoffversorgungssystem S1, ein Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2, ein Brennstoffbehandlungssystem (engl. fuel treating system) S3 und ein Stickstoffgasversorgungssystem S4.
Wie in 1 dargestellt, enthältdie Gasturbinenanlage 100: eine Gasturbine GT; einen Aktivierungsmotor 9, der mit der Gasturbine GT verbunden ist und die Gasturbine GT aktiviert; und ein Gehäuse 101, das die Gasturbine GT und den Aktivierungsmotor 9 aufnimmt.
Die Gasturbine GT hat: eine Turbine 2; einen Kompressor 1, der mit der Turbine 2 gekoppelt ist und Luft 5 erzeugt, die für die Verbrennung ist und komprimiert wurde (im Folgenden auch als komprimierte Luft bezeichnet); und eine Vielzahl von Brennkammern 3. Es ist zu beachten, dass repräsentativ eine Brennkammer 3 in 1 dargestellt ist.
Das Gehäuse 101 ist so vorgesehen, dass es die Peripherien des Verdichters 1, der Turbine 2 und der Vielzahl von Brennkammern 3 umgibt und die Ausbreitung von an der Gasturbine GT erzeugtem Lärm und dergleichen verhindert.
Der Kompressor 1 nimmt Außenluft auf, verdichtet sie und führt die Luft 5, die verdichtet wurde (komprimierte Luft), den Brennkammern 3 zu. Die Brennkammern 3 erzeugen ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas 6 durch Verbrennung eines Mischgases, das ein Gemisch aus der von dem Kompressor 1 verdichteten Luft 5 und einem Brennstoff ist.
Die Turbine 2 erzeugt eine Drehantriebskraft durch Verwendung des von den Brennkammern 3 erzeugten Verbrennungsgases 6. Die Drehwelle der Turbine 2 ist mit der Drehwelle eines Generators 4 gekoppelt. Der Generator 4 erzeugt unter Verwendung der von der Turbine 2 übertragenen Drehantriebskraft Strom. Das Verbrennungsgas 6 wird nach dem Antreiben der Turbine 2 über einen Kamin (engl. chimney) 8 als ein Abgas 7 nach außerhalb der Gasturbinenanlage 100 abgegeben.
Die Gasturbinenanlage 100 enthält das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1, das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2, das Brennstoffbehandlungssystem S3, das Stickstoffgasversorgungssystem S4 und eine Steuerung (engl. controller) 37, die jedes System steuert. Darüber hinaus enthält die Gasturbinenanlage 100 ein Dreiwegeventil 31 mit einer Einlassöffnung 31i, einer ersten Auslassöffnung 31oa und einer zweiten Auslassöffnung 31ob.
Es ist zu beachten, dass die Gasturbinenanlage 100 eine Vielzahl von Sensoren enthält, wie z.B. einen Drehgeschwindigkeitssensor 2N, der die Drehgeschwindigkeit der Gasturbine GT erfasst und Signale, die die Erfassungsergebnisse darstellen, an die Steuerung 37 ausgibt. Die Steuerung 37 ist mit einer Eingabevorrichtung 38 verbunden, die von einem Bediener bedient wird. Die Steuerung 37 steuert eine Vielzahl von Steuerventilen (engl. control valves) auf der Grundlage von Betriebssignalen von der Eingabevorrichtung 38 und Signalen von einer Vielzahl von Sensoren.
Die Vielzahl von Steuerventilen enthält die später erwähnten Absperrventile 13, 19, 25, 55 und 55s, die später erwähnten Durchflussmengeneinstellventile 12, 18, 24, 54 (engl. flow rate adjustment valves) und 54s sowie das Dreiwegeventil 31. In der vorliegenden Spezifikation hat jedes Absperrventil eine Zuführposition zum Öffnen seines internen Durchgangs (offene Position) und eine Unterbrechungsposition zum Schließen des internen Durchgangs. Wenn sich das Absperrventil in der Zuführposition befindet, wird ein Fluid auf der stromaufwärtigen Seite des Absperrventils durch das Absperrventil zu der stromabwärtigen Seite geleitet, und wenn sich das Absperrventil in der Unterbrechungsposition befindet, wird die Zufuhr des Fluids von der stromaufwärtigen Seite zu der stromabwärtigen Seite des Absperrventils unterbrochen. Jedes Durchflussmengeneinstellventil stellt die Durchflussmenge (engl. flow rate) des durchströmenden Fluids ein, indem es den Öffnungsbereich seines internen Durchgangs einstellt.
Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 ist ein System, das den Brennkammern 3 ein Ammoniakgas als Hauptbrennstoff zuführt. Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 hat: eine Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung (engl. main fuelsupply facility) 16, die das Ammoniakgas zuführt; eine Hauptbrennstoffleitung 17, die mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 und der Einlassöffnung 31i des Dreiwegeventils 31 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 20, das Absperrventil 19 und das Durchflussmengeneinstellventil 18, die an der Hauptbrennstoffleitung 17 vorgesehen sind. Die erste Auslassöffnung 31oa des Dreiwegeventils 31 ist mit einer Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbunden. Die Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 ist mit den Brennkammern 3 der Gasturbine GT verbunden. Das heißt, die Hauptbrennstoffleitung 17 ist über das Dreiwegeventil 31 mit den Brennkammern 3 verbunden.
In einem Zustand, in dem das Dreiwegeventil 31 eine Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 herstellt, wird das von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu der Hauptbrennstoffleitung 17 zugeführte Ammoniakgas durch das Dreiwegeventil 31 und die Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 zu den Brennkammern 3 zugeführt.
Die Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 enthält: einen Tank (nicht dargestellt), der flüssiges Ammoniak speichert; eine Pumpe (nicht dargestellt), die das flüssige Ammoniak pumpt; einen Verdampfer (engl. vaporizer) (nicht dargestellt), der das flüssige Ammoniak verdampft, das durch die Pumpe unter Druck gesetzt wurde; und eine Heizvorrichtung (nicht dargestellt) zum Verhindern, dass sich das verdampfte flüssige Ammoniak verflüssigt.
Das Ein-Aus-Ventil 20, das Absperrventil 19 und das Durchflussmengeneinstellventil 18 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Hauptbrennstoffleitung 17 vorgesehen, durch die der Hauptbrennstoff von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 20 ist ein manuelles Ventil, das die Hauptbrennstoffleitung 17 öffnen und schließen kann.
Das Absperrventil 19 ist ein Steuerventil, das die Hauptbrennstoffleitung 17 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 19 ist zwischen der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 und dem Durchflussmengeneinstellventil 18 an der Hauptbrennstoffleitung 17 vorgesehen und hat eine Zuführposition zum Zuführen des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu den Brennkammern 3 und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu den Brennkammern 3.
Das Durchflussmengeneinstellventil 18 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Hauptbrennstoffs, der durch das Durchflussmengeneinstellventil 18 strömt, d.h. die Durchflussmenge des den Brennkammern 3 zugeführten Brennstoffs (Ammoniakgas), steuert, indem es den Öffnungsbereich der Hauptbrennstoffleitung 17 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Die Hauptbrennstoffleitung 17 ist mit einem Brennstofftemperatursensor 17T, einem Einlassdrucksensor 17Pa und in einigen Fällen mit einem Auslassdrucksensor 17Pb versehen. Der Brennstofftemperatursensor 17T erfasst die Temperatur des Ammoniakgases und gibt ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Steuerung 37 aus. Der Einlassdrucksensor 17Pa erfasst den einlassseitigen Druck des Durchflussmengeneinstellventils 18 und gibt ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Steuerung 37 aus. In einigen Fällen erfasst der Auslassdrucksensor 17Pb den auslassseitigen Druck des Durchflussmengeneinstellventils 18 und gibt ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Steuerung 37 aus.
Die Steuerung 37 steuert eine Druckpumpe (engl. pressurizing pump) (nicht dargestellt) der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16, eine Heizvorrichtung (nicht dargestellt) und den Öffnungsgrad des Durchflussmengeneinstellventils 18 auf der Grundlage der durch den Brennstofftemperatursensor 17T erfassten Temperatur (auch als Brennstofftemperatur bezeichnet), des durch den Einlassdrucksensor 17Pa erfassten Drucks, des in einigen Fällen durch den Auslassdrucksensor 17Pb erfassten Drucks und einer geforderten Durchflussmenge des zu den Brennkammern 3 zugeführten Brennstoffs.
Das Brennstoffbehandlungssystem S3 hat: eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32, die einen Brennstoff (unverbrannter Brennstoff) behandelt; eine Brennstoffbehandlungsleitung 33, die mit der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 und der zweiten Auslassöffnung 31ob des Dreiwegeventils 31 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 34, das an der Brennstoffbehandlungsleitung 33 vorgesehen ist. Das Ein-Aus-Ventil 34 ist ein manuelles Ventil, das die Brennstoffbehandlungsleitung 33 öffnen und schließen kann.
Die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 enthält: einen Wassertank 32T, in dem Wasser zum Lösen des durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 eingeleiteten Ammoniakgases gespeichert wird; eine Wasserzufuhrpumpe (nicht dargestellt), die dem Wassertank 32T Wasser zuführt; und ein Ventil (nicht dargestellt), das die Durchflussmenge des von der Wasserzufuhrpumpe zugeführten Wassers steuert.
Das Ammoniakgas wird durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet. Das Ammoniakgas hat eine günstige Wasserlöslichkeit. Deswegen wird das Ammoniakgas, wenn es in den Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet wird, in dem Wasser gelöst. Die Ammoniakkonzentration im Wassertank 32T wird von der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 so eingestellt, dass sie gleich oder niedriger als eine vorbestimmte Konzentration (z. B. etwa 20 % bis 25 %) ist.
Das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 ist ein System, das ein Erdgas (natural gas) als Sekundärbrennstoff an zu den Brennkammern 3 zuführt. Das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 enthält: eine Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung (engl. secondary fuel supply facility) 10, die das Erdgas zuführt; eine Sekundärbrennstoffleitung 11, die mit der Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 10 und den Brennkammern 3 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 14, das Absperrventil 13 und das Durchflussmengeneinstellventil 12, die an der Sekundärbrennstoffleitung 11 vorgesehen sind.
Die Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 10 enthält: einen Tank (nicht dargestellt), der verflüssigtes Erdgas (LNG; engl. liquefied natural gas) speichert; eine Pumpe (nicht dargestellt), die das verflüssigte Erdgas pumpt; und einen Verdampfer (nicht dargestellt), der das von der Pumpe unter Druck gesetzte verflüssigte Erdgas verdampft. Das von dem Verdampfer erzeugte Erdgas wird zu der Sekundärbrennstoffleitung 11 zugeführt.
Das Ein-Aus-Ventil 14, das Absperrventil 13 und das Durchflussmengeneinstellventil 12 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Sekundärbrennstoffleitung 11 vorgesehen, durch die der Sekundärbrennstoff von der Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 10 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 14 ist ein manuelles Ventil, das die Sekundärbrennstoffleitung 11 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 13 ist ein Steuerventil, das die Sekundärbrennstoffleitung 11 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Durchflussmengeneinstellventil 12 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Sekundärbrennstoffs, der durch das Durchflussmengeneinstellventil 12 strömt, steuert, indem es den Öffnungsbereich der Sekundärbrennstoffleitung 11 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Die Brennkammern 3 können den Hauptbrennstoff und den Sekundärbrennstoff stabil verbrennen. Die Steuerung 37 betreibt die Gasturbine GT in einer Vielzahl von Betriebsmodi. Die Vielzahl von Betriebsmodi weist auf: einen Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Erdgas durch die Brennkammern 3 verbrannt wird; einen Mischverbrennungsmodus, in dem das Ammoniakgas und das Erdgas gleichzeitig durch die Brennkammern 3 verbrannt werden; und einen Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Ammoniakgas durch die Brennkammern 3 verbrannt wird.
Das Stickstoffgasversorgungssystem S4 ist ein System, das die in der Hauptbrennstoffleitung 17 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1, in der Sekundärbrennstoffleitung 11 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 und in der Brennstoffbehandlungsleitung 33 des Brennstoffbehandlungssystems S3 verbliebenen Brennstoffe durch Stickstoff ersetzt. Das Stickstoffgasversorgungssystem S4 hat: eine Stickstoffgasversorgungseinrichtung 22; eine Stickstoffgasleitung 23, die mit der Stickstoffgasversorgungseinrichtung 22 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 26, das Absperrventil 25 und das Durchflussmengeneinstellventil 24, die an der Stickstoffgasleitung 23 vorgesehen sind.
Auf der stromabwärtigen Seite des Durchflussmengeneinstellventils 24 ist die Stickstoffgasleitung 23 über ein Ein-Aus-Ventil 30 mit der Hauptbrennstoffleitung 17 verbunden. Ferner ist die Stickstoffgasleitung 23 auf der stromabwärtigen Seite des Durchflussmengeneinstellventils 24 über ein Ein-Aus-Ventil 29 mit der Sekundärbrennstoffleitung 11 verbunden. Ferner ist die Stickstoffgasleitung 23 auf der stromabwärtigen Seite des Durchflussmengeneinstellventils 24 über ein Ein-Aus-Ventil 36 mit der Brennstoffbehandlungsleitung 33 verbunden. Die Ein-Aus-Ventile 29, 30 und 36 sind manuelle Ventile, die die Stickstoffgasleitung 23 öffnen und schließen können.
Die Stickstoffgasversorgungseinrichtung 22 umfasst: einen Tank (nicht dargestellt), der flüssigen Stickstoff speichert; eine Pumpe (nicht dargestellt), die den flüssigen Stickstoff pumpt; und einen Verdampfer (nicht dargestellt), der den von der Pumpe unter Druck gesetzten flüssigen Stickstoff verdampft. Das von dem Verdampfer erzeugte Stickstoffgas wird zu der Stickstoffgasleitung 23 zugeführt.
Das Ein-Aus-Ventil 26, das Absperrventil 25 und das Durchflussmengeneinstellventil 24 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Stickstoffgasleitung 23 vorgesehen, durch die das Stickstoffgas von der Stickstoffgasversorgungseinrichtung 22 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 26 ist ein manuelles Ventil, das die Stickstoffgasleitung 23 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 25 ist ein Steuerventil, das die Stickstoffgasleitung 23 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Durchflussmengeneinstellventil 24 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Stickstoffgases, das durch das Durchflussmengeneinstellventil 24 strömt, steuert, indem es den Öffnungsbereich der Stickstoffgasleitung 23 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Die Steuerung 37 steuert verschiedene Arten von Steuerventilen (die Absperrventile 13, 19, 25, 55 und 55s, die Durchflussmengeneinstellventile 12, 18, 24, 54 und 54s, das Dreiwegeventil 31, usw.). Die Steuerung 37 wird unter Verwendung eines Computers konfiguriert, der aufweist: einen Prozessor 37a, wie z. B. eine Zentraleinheit (CPU), eine Mikroverarbeitungseinheit (MPU; englisch micro processing unit) oder einen digitalen Signalprozessor (DSP; englisch digital signal processor); einen nichtflüchtigen Speicher 37b, wie z. B. einen Festwertspeicher (ROM; englisch read only memory), einen Flash-Speicher oder ein Festplattenlaufwerk; einen flüchtigen Speicher 37c, bei dem es sich um einen so genannten Direktzugriffsspeicher (RAM; englisch random access memory) handelt; eine Eingabe-/Ausgabeschnittstelle; und andere Peripherieschaltungen. Es ist zu beachten, dass die Steuerung 37 unter Verwendung eines Computers oder einer Vielzahl von Computern konfiguriert werden kann.
In dem nichtflüchtigen Speicher 37b sind gespeichert: ein Programm, das verschiedene Arten von Berechnungen ausführen kann; Schwellenwerte; mathematische Formeln; Datentabellen und dergleichen. Das heißt, der nichtflüchtige Speicher 37b ist ein Speichermedium, von dem ein Programm ausgelesen werden kann, das Funktionalitäten gemäß der vorliegenden Ausführungsform realisiert. Der Prozessor 37a ist eine Rechenvorrichtung, die das in dem nichtflüchtigen Speicher 37b gespeicherte Programm in den flüchtigen Speicher 37c lädt und Berechnungen ausführt und einen vorbestimmten Berechnungsprozess mit Signalen durchführt, die von der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle, dem nichtflüchtigen Speicher 37b und dem flüchtigen Speicher 37c in Übereinstimmung mit dem Programm aufgenommen werden.
Ein Eingabeabschnitt der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle wandelt Signale, die von der Eingabevorrichtung 38 und verschiedenen Arten von Sensoren eingegeben werden, in ein Format um, mit dem der Prozessor 37a Berechnungen durchführen kann. Ferner erzeugt ein Ausgabeabschnitt der Eingabe-/Ausgabeschnittstelle Signale zur Ausgabe gemäß den Ergebnissen der Berechnungen an dem Prozessor 37a und gibt die Signale an verschiedene Arten von Steuerventilen (die Absperrventile 13, 19, 25, 55 und 55s, die Durchflussmengeneinstellventile 12, 18, 24, 54 und 54s, das Dreiwegeventil 31 usw.), Pumpen und dergleichen aus.
Wie oben erwähnt, sind die Einlassöffnung 31i, die erste Auslassöffnung 31oa und die zweite Auslassöffnung 31ob des Dreiwegeventils 31 jeweils mit der Hauptbrennstoffleitung 17, der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 verbunden. Das Dreiwegeventil 31 hat: eine erste Position zum Herstellen der Kommunikation zwischen der Einlassöffnung 31i und der ersten Auslassöffnung 31oa und zum Unterbrechen der Kommunikation zwischen der Einlassöffnung 31i und der zweiten Auslassöffnung 31ob; und eine zweite Position zum Herstellen der Kommunikation zwischen der Einlassöffnung 31i und der zweiten Auslassöffnung 31ob und zum Unterbrechen der Kommunikation zwischen der Einlassöffnung 31i und der ersten Auslassöffnung 31oa. Das heißt, das Dreiwegeventil 31 kann selektiv eine Kommunikation der Einlassöffnung 31i mit einer der ersten Auslassöffnung 31oa und der zweiten Auslassöffnung 31ob herstellen. Dadurch kann, wenn die Turbine 2 notgestoppt wird, das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebene Ammoniakgas zu der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 geleitet werden, indem das Dreiwegeventil 31 veranlasst wird, eine Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 herzustellen.
Wenn eine Gasturbinenanlage, die Ammoniakgas als Hauptbrennstoff verwendet, neu installiert wird, werden das Absperrventil 19 und das Durchflussmengeneinstellventil 18 vorzugsweise so weit wie möglich in der Nähe der Brennkammern 3 angeordnet. Wird jedoch ein Brennstoffsystem, das Ammoniakgas verwendet, zusätzlich in eine bereits installierte Gasturbinenanlage installiert, werden beispielsweise die Ammoniak-(Hauptbrennstoff)-Versorgungseinrichtung 16 sowie das Absperrventil 19 und das Durchflussmengeneinstellventil 18, die Einrichtungen sind, die die Ammoniakversorgungseinrichtung 16 begleiten, an Positionen angeordnet, die von einer Erdgasversorgungseinrichtung entfernt sind. Ist die Ammoniak-(Hauptbrennstoff)-Versorgungseinrichtung 16 an einer Position angeordnet, die weiter von der Turbine 2 entfernt ist als die Erdgas-(Sekundärbrennstoff)-Versorgungseinrichtung 10, so wird die Länge der Hauptbrennstoffleitung 17 in dem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 von dem Absperrventil 19 zu den Brennkammern 3 länger als die Länge der Sekundärbrennstoffleitung 11 in dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 von dem Absperrventil 13 zu den Brennkammern 3.
Das Dreiwegeventil 31 leitet das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebene Ammoniakgas von dem Absperrventil 19 zu dem Dreiwegeventil 31 zu der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 ein. Andererseits wird das in der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbliebene Ammoniakgas über die Brennkammern 3, die Turbine 2 und den Kamin 8 nach außerhalb der Gasturbinenanlage 100, d. h. in die Atmosphäre, abgegeben. Wenn das Dreiwegeventil 31 zwischen dem Absperrventil 19 und dem Durchflussmengeneinstellventil 18 angeordnet ist, d.h. an einer Position, die näher an der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 ist als an den Brennkammern 3, wird die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 unerwünscht lang, so dass die Menge des an die Atmosphäre abzugebenden Ammoniakgases ebenfalls unerwünscht zunimmt. Aus diesem Grund ist das Dreiwegeventil 31 vorzugsweise so nahe wie möglich bei den Brennkammern 3 angeordnet.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Dreiwegeventil 31 zwischen dem Durchflussmengeneinstellventil 18 und den Brennkammern 3 angeordnet. Das heißt, das Dreiwegeventil 31 ist stromabwärts des Durchflussmengeneinstellventils 18 an der Hauptbrennstoffleitung 17 angeordnet. Ferner ist das Dreiwegeventil 31 an einer Position angeordnet, die näher an den Brennkammern 3 liegt als an dem Durchflussmengeneinstellventil 18. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Dreiwegeventil 31 innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet. Dadurch kann die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15, die das Dreiwegeventil 31 und die Brennkammern 3 miteinander verbindet, reduziert werden. Infolgedessen kann die Ausstoßmenge des Ammoniakgases an die Atmosphäre zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Turbine 2 gering gehalten werden.
Es ist zu beachten, dass, obwohl in 1 nicht dargestellt, ein Verteiler 150 (siehe 16) an der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 vorgesehen ist, und der Verteiler 150 ist mit der Vielzahl von Brennkammern 3 verbunden. Der Verteiler 150 weist einen mit Ammoniakgas zu versorgenden kreisförmigen Raum auf. Jede der Vielzahl von Brennkammern 3 wird über den Verteiler 150 mit dem Brennstoff versorgt. Das heißt, der Verteiler 150 bewirkt, dass der Brennstoff zu der Vielzahl von Brennkammern 3 in einer verzweigten Weise zugeführt wird.
2 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration der Gasturbinenanlage 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und zeigt das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1, das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2, das Brennstoffbehandlungssystem S3 und ein Wasserversorgungssystem S5. Die Steuerung 37 ist in 2 nicht dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, erzeugen die Brennkammern 3 das Verbrennungsgas 6, indem sie die von dem Kompressor 1 zugeführte Druckluft 5 mit den von den Brennstoffsystemen (dem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 und dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2) zugeführten Brennstoffen mischen und das Gemisch verbrennen. Jede Brennkammer 3 enthält einen Innenzylinder (Auskleidung; engl. liner) 40, einen Brenner 41, eine Zündkerze 42, einen Außenzylinder (Hülle; engl. sleeve) 43 und eine Endabdeckung 44. Die Brennkammer 3 ist ein Druckbehälter, in dem der Innenzylinder 40, der Brenner 41 und die Zündkerze 42 unter Verwendung des Außenzylinders 43 und der Endabdeckung 44 abgedichtet sind, und ist mit einem Gehäuse 3s verbunden.
Der Innenzylinder 40 ist ein zylindrisches Element, das eine Verbrennungskammer darin bildet und das Verbrennungsgas 6 darin erzeugt. Der Brenner 41 ist in der Figur an einer axialen Mittelposition an der linken Endseite des Innenzylinders 40 angeordnet. Man beachte, dass der Umfang des Brenners 41 mit einer Innenzylinderkappe 45 versehen ist.
Der Brenner 41 hat eine Brennstoffdüse 41a, die Brennstoffe wie das Ammoniakgas oder das Erdgas einspritzt, und einen Drallerzeuger 41b, der am Umfang der Brennstoffdüse 41a vorgesehen ist und eine Drallströmung erzeugt.
In der Brennstoffdüse 41a ist für jede Brennstoffart eine Einspritzöffnung vorgesehen. Eine Einspritzöffnung 46, die mit der Sekundärbrennstoffleitung 11 in Verbindung steht und zum Ermöglichen des Einspritzens von Erdgas dient, und eine Einspritzöffnung 47, die mit der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 kommuniziert und zum Ermöglichen des Einspritzens von Ammoniakgas dient, sind durch die Brennstoffdüse 41a gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgebildet.
Es ist zu beachten, dass obwohl die Einspritzöffnungen 46 und 47 gemäß den Brennstoffarten in dem in der vorliegenden Ausführungsform erläuterten Beispiel durch die Brennstoffdüse 41a gebildet werden, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Es kann ein System von Einspritzöffnungen in dem Brenner 41 vorhanden sein. In diesem Fall ist beispielsweise stromaufwärts des Brenners 41 eine Vorrichtung vorgesehen, die von Brennstoffsystemen zugeführte Brennstoffe umschalten kann, um sie in die Einspritzöffnungen einzuleiten, oder die von Brennstoffsystemen zugeführte Brennstoffe mischen kann und das Gemisch in die Einspritzöffnungen einleitet (eine Brennstoffumschaltvorrichtung oder eine Brennstoffmischvorrichtung).
Der Außenzylinder 43 ist an der äußeren Umfangsseite des Innenzylinders 40 vorgesehen. Die innere Umfangsfläche des Außenzylinders 43 und die äußere Umfangsfläche des Innenzylinders 40 bilden einen Strömungsweg (auch als Luftströmungsweg geschrieben) der komprimierten Luft 5, die von einer Öffnung an einer Endseite des Außenzylinders 43 eingeführt wird. Eine Öffnung an der anderen Endseite des Außenzylinders 43 ist durch die Endabdeckung 44 verschlossen.
Die von dem Kompressor 1 erzeugte komprimierte Luft 5 strömt über das Gehäuse 3s durch einen kreisförmigen Luftströmungsweg, der durch den Außenzylinder 43 und den Innenzylinder 40 der Brennkammer 3 gebildet wird. Ein Teil der komprimierten Luft 5, die durch den kreisförmigen Luftströmungsweg strömt, wird als verdünnte Luft (engl. diluted air) 5c durch Verdünnungsöffnungen (engl. dilution holes), die durch den Innenzylinder 40 hindurch vorgesehen sind, in den Innenzylinder 40 eingeleitet und mit dem Verbrennungsgas 6 vermischt. Ein Teil der komprimierten Luft 5, die durch den kreisförmigen Luftströmungsweg strömt, wird als Sekundärverbrennungsluft 5b durch Verbrennungsöffnungen, die durch den Innenzylinder 40 hindurch vorgesehen sind, in den Innenzylinder 40 eingeleitet. Die Sekundärverbrennungsluft 5b wird zur Verbrennung zusammen mit einem Brennstoff verwendet, der nicht vollständig mit der später erwähnten Verbrennungsluft 5a verbrannt wurde.
Ferner wird ein Teil der durch den kreisförmigen Luftströmungsweg strömenden komprimierten Luft 5 als Auskleidungskühlluft durch Kühlöffnungen, die durch die Innenzylinderkappe 45 hindurch vorgesehen sind, in den Innenzylinder 40 eingeleitet. Darüber hinaus wird ein Teil der durch den kreisförmigen Luftströmungsweg strömenden komprimierten Luft 5 als Verbrennungsluft 5a durch den Drallerzeuger 41b in den Innenzylinder 40 eingeleitet.
Die dem Innenzylinder 40 zugeführte Verbrennungsluft (komprimierte Luft) 5a wird mit den Brennstoffen (das Ammoniakgas und das Erdgas) vermischt. Das Mischgas, das die Verbrennungsluft 5a und die Brennstoffe enthält, wird durch die Zündkerze 42 innerhalb des Innenzylinders 40 gezündet und verbrannt. Das so erzeugte Verbrennungsgas 6 wird der Turbine 2 über ein Übergangsstück 48 zugeführt und treibt die Turbine 2 an.
Die durch den Drallerzeuger 41b strömende Verbrennungsluft (komprimierte Luft) 5a erzeugt eine Drallströmung. Die Erzeugung der Drallströmung stabilisiert die Flammen in dem Innenzylinder40.
Die Gasturbinenanlage 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das Wasserversorgungssystem S5. Das Wasserversorgungssystem S5 ist ein System, das die Ausstoßmenge von Stickoxiden (NOx) im Abgas 7, die zu einer Ursache für Luftverschmutzung wird, durch Sprühen von Wasser auf die Verbrennungsstellen (engl. combustion sites) der Brennkammern 3 reduziert und auch die Leistung (engl. output) durch Erhöhung eines Arbeitsfluids für die Turbine 2 erhöht. Das Wasserversorgungssystem S5 hat: eine Wasserzufuhrleitung 51, die mit dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 und den Brennkammern 3 verbunden ist; eine Wasserpumpe 52, ein Druckeinstellventil 53, ein Ein-Aus-Ventil 56, das Absperrventil 55 und das Durchflussmengeneinstellventil 54, die an der Wasserzufuhrleitung 51 vorgesehen sind; und Sprühdüsen 49, die später erwähnt werden.
Ferner hat das Wasserversorgungssystem S5: eine Wasserzufuhrleitung 51s, die von der Wasserzufuhrleitung 51 stromabwärts der Wasserpumpe 52 abzweigt; ein Ein-Aus-Ventil 56s, das Absperrventil 55s und das Durchflussmengeneinstellventil 54s, die an der Wasserzufuhrleitung 51s vorgesehen sind; und Sprühdüsen 49s, die später erwähnt werden.
Die Wasserpumpe 52 saugt Ammoniakwasser im Wasserbehälter 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 an und befördert es. Die Wasserzufuhrleitungen 51 und 51s versorgen die Brennkammern 3 mit dem von der Wasserpumpe 52 beförderten Ammoniakwasser.
Das Ein-Aus-Ventil 56 ist ein manuelles Ventil, das die Wasserzufuhrleitung 51 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil (Wasserabsperrventil) 55 ist ein Steuerventil, das die Wasserzufuhrleitung 51 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 55 hat eine Zuführposition zum Zuführen des Ammoniakwassers von dem Wassertank 32T zu den Brennkammern 3 und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Ammoniakwassers von dem Wassertank 32T zu den Brennkammern 3. Darüber hinaus ist das Ein-Aus-Ventil 56s ein manuelles Ventil, das die Wasserzufuhrleitung 51s öffnen und schließen kann. Das Absperrventil (Wasserabsperrventil) 55s ist ein Steuerventil, das die Wasserzufuhrleitung 51s gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 55s hat eine Zuführposition zum Zuführen des Ammoniakwassers von dem Wassertank 32T zu den Brennkammern 3 und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Ammoniakwassers von dem Wassertank 32T zu den Brennkammern 3.
Das Durchflussmengeneinstellventil 54 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Ammoniakwassers, das durch das Durchflussmengeneinstellventil 54 strömt, steuert, indem es den Öffnungsbereich der Wasserzufuhrleitung 51 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt. Darüber hinaus ist das Durchflussmengeneinstellventil 54s ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Ammoniakwassers, das durch das Durchflussmengeneinstellventil 54s strömt, steuert, indem es den Öffnungsbereich der Wasserzufuhrleitung 51s gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt. Das Druckeinstellventil 53 stellt den Druck in der Wasserzufuhrleitung 51 (den Förderdruck der Wasserpumpe 52) gemäß einem Signal von der Steuerung 37 ein.
Der Wasserverteiler 50 und eine Vielzahl von Sprühdüsen 49, die mit dem Wasserverteiler 50 kommunizieren, sind durch die Endabdeckung 44 der Brennkammer 3 gebildet. Der Wasserverteiler 50 hat einen kreisförmigen Raum, der mit dem Ammoniakwasser von der Wasserzufuhrleitung 51 versorgt wird. Die Vielzahl von Sprühdüsen 49 sind an Positionen vorgesehen, die dem Drallerzeuger 41b zugewandt sind. Das von der Wasserzufuhrleitung 51 zugeführte Ammoniakwasser wird durch die Sprühdüsen 49 auf die in den Drallerzeuger 41b eingeleitete Verbrennungsluft (komprimierte Luft) 5a gesprüht.
Ferner ist eine Vielzahl von Sprühdüsen 49s, die mit dem Inneren des Gehäuses 3s kommunizieren, durch das Gehäuse 3s hindurch ausgebildet. Das von der Wasserzufuhrleitung 51s zugeführte Ammoniakwasser wird durch die Sprühdüsen 49s zu der Innenseite des Gehäuses 3s gesprüht.
Unter Bezugnahme auf 3 wird ein Beispiel für ein Verfahren erläutert, das zu einem Zeitpunkt des Normalbetriebs der Gasturbine GT gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchzuführen ist. 3 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Brennstoffdurchflussmengen im Normalbetrieb der Gasturbine GT zeigt. Es ist zu beachten, dass die Brennstoffdurchflussmengen eine Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge (engl. natural gas fuel flow rate) Fng, die die Durchflussmenge des den Brennkammern 3 zugeführten Erdgases ist, und eine Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge (engl. ammonia gas fuelflow rate) Fag, die die Durchflussmenge des den Brennkammern 3 zugeführten Ammoniakgases ist, umfassen.
Ammoniakgas lässt sich im Vergleich zu Erdgas nur schwer zünden. Aus diesem Grund aktiviert die Gasturbinenanlage 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Gasturbine GT unter Verwendung von Erdgas, das in Bezug auf Zündung und Aktivierung sehr zuverlässig ist, und schaltet anschließend die Brennstoffe von Erdgas auf Ammoniakgas um.
Wie in 3 dargestellt, wird die Gasturbine GT durch den Aktivierungsmotor 9 (siehe 1) am Punkt a aktiviert. Am Punkt b, an dem die Drehgeschwindigkeit der Gasturbine GT eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit erreicht, wird für eine bestimmte Zeitspanne ein Spülvorgang (engl. purge operation) für einen wahrscheinlich verbliebenen Brennstoff durchgeführt. Dann, am Punkt c, wird das Erdgas zu den Brennkammern 3 zugeführt und von den Zündkerzen 42 gezündet.
Durch die Zündung in den Brennkammern 3 steigt die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT vom Punkt c bis Punkt d an und erreicht am Punkt d eine Nenndrehzahl. Während des Anstiegs der Drehgeschwindigkeit vom Punkt c bis Punkt d wird der Aktivierungsmotor 9 von der Drehwelle (Rotor) der Turbine 2 abgekoppelt. Dementsprechend treibt am Punkt d, in dem die Nenndrehzahl erreicht wird, einzig (engl. singly rotates) die Energie des in den Brennkammern 3 erzeugten Verbrennungsgases 6 die Turbine 2 an.
Die Steuerung 37 erhöht die Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge Fng bis zum Punkt e, so dass eine vorbestimmte Last erzeugt wird, nachdem die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT die Nenndrehzahl erreicht hat. Danach betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus bis zum Punkt f.
Nach Erreichen des Punktes f reduziert die Steuerung 37 allmählich die Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge Fng und erhöht auch allmählich die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag. Von Punkt f bis Punkt g betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Mischverbrennungsmodus, in dem sowohl das Erdgas als auch das Ammoniakgas den Brennkammern 3 zugeführt und verbrannt werden.
Am Punkt g stellt die Steuerung 37 die Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge Fng auf 0 (Null) und betreibt die Gasturbinenanlage 100 ab Punkt g im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus. Im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus wird nur das Ammoniakgas in den Brennkammern 3 verbrannt, wodurch die im Abgas 7 enthaltene Kohlenstoffdioxidmenge im Vergleich zum Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus reduziert werden kann.
Nach Erreichen des Punktes h reduziert die Steuerung 37 allmählich die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag und erhöht auch allmählich die Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge Fng. Von Punkt h bis Punkt i betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Mischverbrennungsmodus, in dem sowohl das Erdgas als auch das Ammoniakgas zu den Brennkammern 3 zugeführt und verbrannt werden.
Am Punkt i stellt die Steuerung 37 die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag auf 0 (Null) und betreibt die Gasturbinenanlage 100 ab dem Punkt i in dem Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Erdgas zu den Brennkammern 3 zugeführt und verbrannt wird.
Am Punkt i wird die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag 0 (Null), aber es besteht die Möglichkeit, dass in der in 1 dargestellten Hauptbrennstoffleitung 17 noch Ammoniakgas verbleibt. Aus diesem Grund schließt ein Bediener das Ein-Aus-Ventil 20 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 und die Ein-Aus-Ventile 29 und 36 des Stickstoffversorgungssystems S4 und öffnet die Ein-Aus-Ventile 26 und 30 des Stickstoffversorgungssystems S4. Danach betätigt der Bediener die Eingabevorrichtung 38 und veranlasst die Steuerung 37, das Durchflussmengeneinstellventil 24 und das Absperrventil 25 des Stickstoffversorgungssystems S4 zu steuern, um dadurch das Stickstoffgas zu der Hauptbrennstoffleitung 17 zuzuführen.
Dadurch wird das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebene Ammoniakgas durch das Stickstoffgas in die Brennkammern 3 gedrückt. Dies bedeutet, dass das Ammoniakgas in die Brennkammern 3 eingeleitet wird, die Brennkammern 3 jedoch zu diesem Zeitpunkt eine stabile Verbrennung unter Verwendung des Erdgases durchführen. Aus diesem Grund ist die Möglichkeit einer Abgabe des hochkonzentrierten Ammoniakgases von dem Kamin 8 in die Atmosphäre aufgrund der Verbrennung des Ammoniakgases durch die Brennkammern 3 gering.
Wie in 3 dargestellt, reduziert die Steuerung 37 ab Punkt j die Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge Fng und stellt sie am Punkt k auf 0 (Null). Dadurch wird die Gasturbine GT am nachfolgenden Punkt I gestoppt.
Die Gasturbinenanlage 100 weist verschiedene Schutzfunktionen auf, um Schäden an der Gasturbinenanlage 100 zu minimieren, wenn eine Anomalie (engl. abnormality) wie eine Fehlfunktion der in der Gasturbinenanlage 100 enthaltenen Komponenten aufgetreten ist.
Wenn beispielsweise, betreffend Brennstoffe, der Druck oder die Temperatur eines Brennstoffs abnimmt, führt dies vermutlich zu einer anormalen Verbrennung. Deshalb veranlasst die Steuerung 37, wenn eine Abnahme des Drucks oder der Temperatur eines Brennstoffs erfasst wird, die Absperrventile 13 und 19, die Zufuhr der Brennstoffe zu den Brennkammern 3 zu unterbrechen, und notstoppt (engl. stops emergently) die Gasturbine GT.
Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Notstoppen der Gasturbine GT gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. 4 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit der Gasturbine GT gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird (engl. stopped emergently).
Die zeitlichen Änderungen bis zum Punkt g in 4 sind die gleichen wie die in 3. Wie in 4 dargestellt, wird die Gasturbinenanlage 100 ab dem Punkt g im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus betrieben. 4 stellt eine Situation dar, in der die Gasturbine GT am Punkt m aufgrund des Erfassens einer Anomalie (z. B. einer Abnahme der Temperatur der Brennstoffe auf eine Temperatur, die einem Schwellenwert entspricht oder darunter liegt) notgestoppt wird.
Wenn eine Notstopp-Bedingung erfüllt ist, geht die Steuerung 37 in einen Notstopp-Modus über und veranlasst das Absperrventil 19, die Unterbrechung der Zufuhr von Ammoniakgas zu den Brennkammern 3 (Punkt m) einzuleiten. Wenn die Zufuhr des Ammoniakgases unterbrochen ist, stoppt die Gasturbine GT.
Wenn das in 1 dargestellte Dreiwegeventil 31 weiterhin eine Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 herstellt, wird das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbleibende Ammoniakgas unerwünschterweise über die Brennkammern 3, die Turbine 2 und den Kamin 8 nach außerhalb der Gasturbinenanlage 100 abgegeben.
Bei großen Stromerzeugungsanlagen dürfte die Abgabe bzw. Freisetzung von Ammoniakgas aufgrund der Diffusion in die Atmosphäre von einem hohen Kamin in vielen Fällen kein Problem darstellen. Bei kleinen bis mittelgroßen Stromerzeugungsanlagen ist es jedoch wünschenswert, die Abgabe von Ammoniakgas von einem Kamin so weit wie möglich zu reduzieren, da diese Stromerzeugungsanlagen an Wohngebiete angrenzen können.
Im Hinblick darauf schaltet die Steuerung 37 der Gasturbinenanlage 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position in Verbindung mit dem Schalten des Absperrventils 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition, was mit einem Notstopp der Gasturbine GT einhergeht, wenn eine vorbestimmte Notstopp-Bedingung während des Betriebs im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder im Mischverbrennungsmodus erfüllt ist. Wenn sich das Dreiwegeventil 31 in der zweiten Position befindet, stellt das Dreiwegeventil 31 eine Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 her, und unterbricht die Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15.
Unter Bezugnahme auf ein Flussdiagramm in 5 wird ein Beispiel für den Inhalt der Steuerung der Schaltung des Dreiwegeventils 31 erläutert, die von der Steuerung 37 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ausgeführt wird. Die Prozesse in dem in 5 dargestellten Flussdiagramm werden in Steuerperioden (engl. control period) ausgeführt, die während des Betriebs der Gasturbinenanlage 100 in vorbestimmten Abständen wiederholt werden.
Die Steuerung 37, die ein in dem nichtflüchtigen Speicher 37b gespeichertes Programm ausführt, funktioniert als: ein Stopp-Bedingungs-Bestimmungsabschnitt (Anomalie-Erfassungsabschnitt), der bestimmt, ob die Notstopp-Bedingung der Gasturbine GT erfüllt ist oder nicht; ein Modus-Bestimmungsabschnitt, der einen Betriebsmodus bestimmt; ein Absperrventil-Betriebsbestimmungsabschnitt, der den Betrieb des Absperrventils 19 bestimmt; einen Absperrventil-Befehlsabschnitt, der Befehle an die Absperrventile 13 und 19 auf der Grundlage der Ergebnisse der Bestimmungen durch den Stopp-Bedingungs-Bestimmungsabschnitt und den Betriebsmodus-Bestimmungsabschnitt ausgibt; und einen Dreiwegeventil-Befehlsabschnitt, der einen Befehl an das Dreiwegeventil 31 auf der Grundlage eines Ergebnisses der Bestimmung durch den Absperrventil-Betriebsbestimmungsabschnitt ausgibt.
Wie in 5 dargestellt, bestimmt die Steuerung 37 in Schritt S100, ob die Notstopp-Bedingung der Gasturbine GT erfüllt ist oder nicht. Das heißt, die Steuerung 37 fungiert als Stopp-Bedingungs-Bestimmungsabschnitt. Die Notstopp-Bedingung der Gasturbine GT ist erfüllt, wenn z.B. eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie erfasst wird.
Die Steuerung 37 bestimmt, ob eine durch den Brennstofftemperatursensor 17T erfasste Brennstofftemperatur niedriger als ein Temperaturschwellenwert ist oder nicht. Ist die durch den Brennstofftemperatursensor 17T erfasste Brennstofftemperatur niedriger als der Temperaturschwellenwert, bestimmt die Steuerung 37, dass eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie erfasst wird. Ist die durch den Brennstofftemperatursensor 17T erfasste Brennstofftemperatur gleich oder höher als der Temperaturschwellwert, so stellt die Steuerung 37 fest, dass eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie nicht erfasst wird. Der Temperaturschwellenwert ist in dem nichtflüchtigen Speicher 37b im Voraus gespeichert.
Wenn eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie in Schritt S100 erfasst wird, bestimmt die Steuerung 37, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, und fährt mit Schritt S110 fort. Wenn eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie in Schritt S100 nicht erfasst wird, bestimmt die Steuerung 37, dass die Notstopp-Bedingung nicht erfüllt ist, und fährt mit Schritt S115 fort.
In Schritt S110 gibt die Steuerung 37 an die Absperrventile 13 und 19 einen Befehl oder Befehle aus, um eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 in die Unterbrechungsposition(en) zu schalten, und fährt mit Schritt S120 fort. Es ist zu beachten, dass es bei dem Prozess in Schritt S110 von dem Betriebsmodus unmittelbar vor der Erfüllung der Notstopp-Bedingung abhängt, ob eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 gesteuert wird oder werden. Wenn der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 19 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 in die Unterbrechungsposition. Wenn der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 13 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in die Unterbrechungsposition. Wenn der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Mischverbrennungsmodus ist, schaltet die Steuerung 37 die beiden Absperrventile 13 und 19 in die Unterbrechungspositionen.
In Schritt S115 gibt die Steuerung 37 einen Befehl oder Befehle aus, um eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 in der Zuführposition bzw. den Zuführpositionen zu halten, und fährt mit Schritt S145 fort. Es ist zu beachten, dass es bei dem Prozess in Schritt S115 von dem aktuell eingestellten Betriebsmodus abhängt, ob eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 gesteuert wird oder werden. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 das Absperrventil 19 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 in der Zuführposition. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 das Absperrventil 13 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in der Zuführposition. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Mischverbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 die beiden Absperrventile 13 und 19 in den Zuführpositionen.
Auf diese Weise fungiert die Steuerung 37 als Absperrventil-Befehlsabschnitt (Absperrventil-Steuerabschnitt), der eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 in der Zuführposition bzw. den Zuführpositionen hält, wenn die Notstopp-Bedingung nicht erfüllt ist, und eines der oder beide Absperrventile 13 und 19 in die Unterbrechungsposition(en) schaltet, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist.
In Schritt S120 bestimmt die Steuerung 37, ob das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet wurde oder nicht. Das heißt, die Steuerung 37 fungiert als der Absperrventil-Betriebsbestimmungsabschnitt, der den Betrieb des Absperrventils 19 bestimmt.
Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet wurde, fährt der Prozess mit Schritt S130 fort. Wenn in Schritt S120 bestimmt wird, dass das Absperrventil 19 nicht von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet wurde, fährt der Prozess mit Schritt S145 fort.
In Schritt S130 bestimmt die Steuerung 37, welcher von dem Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, dem Mischverbrennungsmodus, dem Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus und einem Nichtverbrennungsmodus (engl. non-combustion mode) der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung ist. Das heißt, die Steuerung 37 fungiert als Betriebsmodus-Bestimmungsabschnitt, der den Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung bestimmt. Zu beachten ist, dass der Nichtverbrennungsmodus ein Betriebsmodus ist, in dem den Brennkammern 3 weder Erdgas noch Ammoniakgas zugeführt wird. Im Nichtverbrennungsmodus wird der Aktivierungsbetrieb durch den Aktivierungsmotor 9 oder dergleichen durchgeführt.
Wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus ist, fährt der Prozess mit Schritt S140 fort. Wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Nichtverbrennungsmodus ist, fährt der Prozess mit Schritt S145 fort.
In Schritt S140 gibt die Steuerung 37 an das Dreiwegeventil 31 einen Befehl zum Schalten des Dreiwegeventils 31 von der ersten Position in die zweite Position aus. In Schritt S145 gibt die Steuerung 37 an das Dreiwegeventil 31 einen Befehl aus, um das Dreiwegeventil 31 in der ersten Position zu halten. Wenn der Prozess bei Schritt S140 oder Schritt S145 endet, enden die im Flussdiagramm in 5 dargestellten Prozesse in der vorliegenden Steuerperiode (engl. control period).
Auf diese Weise fungiert die Steuerung 37 als Dreiwegeventil-Befehlsabschnitt (Dreiwegeventil-Steuerabschnitt), der das Dreiwegeventil 31 in der ersten Position hält, wenn das Absperrventil 19 während des Betriebs im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder im Mischverbrennungsmodus in der Zuführposition gehalten wird, und das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position zu der zweiten Position schaltet, wenn das Absperrventil 19 von der Zuführposition zu der Unterbrechungsposition geschaltet wird.
Dementsprechend wird beispielsweise, wie in 4 dargestellt, wenn die Gasturbine GT aus irgendeinem Grund notgestoppt wird, wenn die Gasturbine GT im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus betrieben wird, das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position geschaltet, zusammen mit dem Umschalten des Absperrventils 19 von der normalen Position in die Unterbrechungsposition. Dadurch unterbricht das Dreiwegeventil 31 die Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15, die mit den Brennkammern 3 verbunden ist, und stellt die Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 her, die mit dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 verbunden ist.
Das in der Hauptbrennstoffleitung 17 zwischen dem Absperrventil 19 und dem Dreiwegeventil 31 verbleibende Ammoniakgas wird durch das Dreiwegeventil 31 und die Brennstoffbehandlungsleitung 33 in den Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet. Das Ammoniakgas wird im Wasser des Wassertanks 32T gelöst. Das so behandelte Ammoniakwasser im Wassertank 32T wird so gehandhabt, dass es keine Konzentration aufweist, die gleich oder höher als eine vorbestimmte Konzentration ist.
Gemäß der oben erwähnten Ausführungsform werden die folgenden Effekte und Vorteile erreicht.
(1) Die Gasturbinenanlage 100 enthält: die Hauptbrennstoffleitung (Brennstoffleitung) 17, die mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung (Brennstoffversorgungseinrichtung) 16 verbunden ist; die Hauptbrennstoffzufuhrleitung (Brennstoffzufuhrleitung) 15, die mit den Brennkammern 3 der Gasturbine GT verbunden ist; die Brennstoffbehandlungsleitung 33, die mit der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 verbunden ist, die einen Brennstoff behandelt; und das Dreiwegeventil 31 mit der Einlassöffnung 31i, die mit der Hauptbrennstoffleitung 17 verbunden ist, der ersten Auslassöffnung 31oa, die mit der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbunden ist, und der zweiten Auslassöffnung 31ob, die mit der Brennstoffbehandlungsleitung 33 verbunden ist.
Gemäß dieser Konfiguration kann durch Schalten des Dreiwegeventils 31 zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebene Ammoniakgas in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet werden, wodurch die Abgabe des Ammoniakgases in die Atmosphäre wirksam reduziert werden kann. Ferner kann einfach durch Umschalten des Dreiwegeventils 31 die Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 unterbrochen und auch die Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 hergestellt werden. Aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, eine Vielzahl von Schaltventilen zu installieren, um die Kommunikation und Unterbrechung der Leitungen 15, 17 und 33 zu schalten. In einigen Fällen ist es schwierig, eine Vielzahl von Schaltventilen in der Nähe der Gasturbine GT zu installieren. Im Gegensatz dazu kann das Dreiwegeventil 31 gemäß der vorliegenden Ausführungsform leicht in der Nähe der Gasturbine GT installiert werden. Dadurch kann die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 reduziert werden, so dass die Freisetzungsmenge (engl. amount of release) des in der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbleibenden Ammoniakgases an die Atmosphäre zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT gering gehalten werden kann.
(2) Die Gasturbinenanlage 100 enthält das Durchflussmengeneinstellventil 18, das an der Hauptbrennstoffleitung 17 vorgesehen ist und die Durchflussmenge eines den Brennkammern 3 zugeführten Brennstoffs einstellt. Das Dreiwegeventil 31 ist zwischen dem Durchflussmengeneinstellventil 18 und den Brennkammern 3 vorgesehen. Gemäß dieser Konfiguration kann die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 im Vergleich zu einem Fall, in dem das Dreiwegeventil 31 stromaufwärts des Durchflussmengeneinstellventils 18 vorgesehen ist, reduziert werden, und die Freisetzungsmenge des Ammoniakgases an die Atmosphäre kann gering gehalten werden.
(3) Das Dreiwegeventil 31 ist innerhalb des Gehäuses 101 angeordnet, in dem die Gasturbine GT untergebracht ist. Gemäß dieser Konfiguration kann die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 im Vergleich zu einem Fall, in dem das Dreiwegeventil 31 außerhalb des Gehäuses 101 angeordnet ist, reduziert werden, und die Freisetzungsmenge des Ammoniakgases an die Atmosphäre kann gering gehalten werden. Es ist zu beachten, dass in Fällen, in denen es schwierig ist, das Dreiwegeventil 31 innerhalb des Gehäuses 101 zu installieren, die Länge der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 durch Installieren des Dreiwegeventils 31 in der Nähe des Gehäuses 101 reduziert werden kann, und die Freisetzungsmenge des Ammoniakgases an die Atmosphäre gering gehalten werden kann.
(4) Die Gasturbinenanlage 100 enthält: das Absperrventil 19, das zwischen der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 und dem Durchflussmengeneinstellventil 18 an der Hauptbrennstoffleitung 17 vorgesehen ist und die Zuführposition zum Zuführen des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu den Brennkammern 3 und die Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu den Brennkammern 3 hat; und die Steuerung 37, die das Absperrventil 19 und das Dreiwegeventil 31 steuert. Die Steuerung 37 schaltet das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position zur Herstellung einer Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 in die zweite Position zur Herstellung einer Kommunikation zwischen der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33.
Aufgrund dieser Konfiguration kann die Zufuhr des Ammoniakgases (Brennstoff) zur Gasturbine GT durch das Absperrventil 19 unterbrochen werden, und auch das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbleibende Ammoniakgas (unverbrannter Brennstoff) kann durch das Dreiwegeventil 31 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet werden. Dadurch kann im Vergleich zu einem Fall, in dem man damit beginnt, das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position zu schalten, nachdem das Schalten des Absperrventils 19 in die Unterbrechungsposition beendet wurde (nachdem das Absperrventil 19 vollständig geschlossen wurde), die Freisetzungsmenge des in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebenen Ammoniakgases (unverbrannter Brennstoff) an die Atmosphäre gering gehalten werden.
(5) Der von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 über das Dreiwegeventil 31 den Brennkammern 3 zugeführte Brennstoff ist das Ammoniakgas. Die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 enthält den Wassertank 32T, in dem das für die Behandlung des durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 eingeleiteten Ammoniakgases zu verwendende Wasser gespeichert wird. Gemäß dieser Konfiguration wird das Ammoniakgas durch das Wasser im Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 gelöst. Das von der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 erzeugte Ammoniakwasser wird in dem Wassertank 32T in geeigneter Weise aufbewahrt.
(6) Die Gasturbinenanlage 100 umfasst: das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16, die eine Brennstoffversorgungseinrichtung ist, die das Ammoniakgas als Brennstoff liefert; und das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 mit der Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 10, die das Erdgas als Brennstoff liefert.
Die Steuerung 37 betreibt die Gasturbine GT in einer Vielzahl von Betriebsmodi. Die Vielzahl der Betriebsmodi enthält: den Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem der Brennstoff von dem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 entweder des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 oder des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in den Brennkammern 3 verbrannt wird; den Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem der Brennstoff von dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 entweder des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 oder des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in den Brennkammern 3 verbrannt wird; und den Mischverbrennungsmodus, in dem die Brennstoffe sowohl von dem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 als auch dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 in den Brennkammern 3 verbrannt werden.
Die Steuerung 37 schaltet, wenn die vorbestimmte Notstopp-Bedingung während des Betriebs in dem Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder in dem Mischverbrennungsmodus erfüllt ist, das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position. Gemäß dieser Konfiguration kann, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird, wenn das Ammoniakgas als Brennstoff zu den Brennkammern 3 zugeführt wird, der Betrieb des Dreiwegeventils 31 bewirken, dass das Ammoniakgas in der Hauptbrennstoffleitung 17 in geeigneter Weise in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet wird.
(7) Die Gasturbinenanlage 100 enthält das Stickstoffgasversorgungssystem S4, das das Stickstoffgas zu dem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1 und dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2 zuführt. Gemäß dieser Konfiguration ist es möglich, einen in den Leitungen des Hauptbrennstoffzufuhrsystems S1 und des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 verbliebenen Brennstoff mit dem Stickstoffgas zu ersetzen, wenn der Betriebsmodus umgeschaltet werden soll, die Gasturbine GT angehalten werden soll, usw.
(8) Die Gasturbinenanlage 100 enthält das Wasserversorgungssystem S5 mit mindestens einem aus: einem Ammoniakwasserversorgungssystem mit der Wasserzufuhrleitung 51, die das Ammoniakwasser in dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 zu den Brennkammern 3 führt, und den Sprühdüsen 49, die das von der Wasserzufuhrleitung 51 zugeführte Ammoniakwasser zu den Brennkammern 3 sprühen; und einem Ammoniakwasserversorgungssystem mit der Wasserzufuhrleitung 51s, die das Ammoniakwasser in dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 zu den Brennkammern 3s führt, und den Sprühdüsen 49s, die das von der Wasserzufuhrleitung 51s zugeführte Ammoniakwasser in die Brennkammern 3s sprühen. Wird die Behandlung des Ammoniakwassers in dem Wassertank 32T an ein Industrieabfallbehandlungsunternehmen übertragen und das Ammoniakwasser in einer Industrieabfallbehandlungsanlage entsprechend behandelt, entstehen Entsorgungskosten. Gemäß dieser Konfiguration kann die Energie effektiv genutzt werden, indem das Ammoniakwasser in dem Wassertank 32T in die Brennkammern 3 oder in die Gehäuse 3s gesprüht wird. Ferner kann die Menge des zu entsorgenden Ammoniakwassers reduziert werden, wodurch die Entsorgungskosten gesenkt werden können.
Die Zeitpunkte für das Sprühen des Ammoniakwassers werden erläutert. Wird das Ammoniakwasser von den Sprühdüsen 49 versprüht, wird es vorzugsweise in dem Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus gesprüht. Die Brennkammern 3 zum Verbrennen des Ammoniakgases führen den Innenzylindern 40 (Auskleidungen; engl. liners) den Brennstoff und die Luft getrennt zu und führen die Verbrennung in vielen Fällen durch Diffusionsverbrennung durch. Bei der Diffusionsverbrennung wird die Brennstofftemperatur lokal hoch, und es entstehen viele Stickoxide. Aus diesem Grund wird der Temperaturanstieg in den Flammen durch das Versprühen von Ammoniakwasser von den Sprühdüsen 49 verhindert, und es kann ein Vorteil dahingehend erwartet werden, dass die Erzeugung von Stickoxiden reduziert wird. Es ist zu beachten, dass sich Ammoniak leicht in Wasser löst. Wenn das Ammoniakwasser von den Sprühdüsen 49 zu einem Zeitpunkt der Ammoniakverbrennung versprüht wird, löst sich das Ammoniakgas in dem Ammoniakwasser, was vermutlich die Verbrennungsleistung beeinflusst. Dementsprechend wird das Ammoniakwasser bei der Ammoniakverbrennung vorzugsweise von den Sprühdüsen 49s versprüht, die in den Gehäusen 3s installiert sind. Das in die Gehäuse 3s eingesprühte Ammoniakwasser verdampft, bevor es die Brenner 41 der Brennkammern 3 erreicht, wodurch vermutlich die Verbrennungseigenschaften der Ammoniakverbrennung weniger beeinflusst werden.
<Erstes Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform>
Während in dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Beispiel (siehe 5) bestimmt wird, ob das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet worden ist oder nicht, und das Dreiwegeventil 31 in die zweite Position geschaltet wird, wenn das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet worden ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Steuerung 37 kann das Absperrventil 19 und das Dreiwegeventil 31 gleichzeitig schalten, wenn die Notstopp-Bedingung der Gasturbine GT erfüllt ist.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein weiteres Beispiel für den Inhalt der Steuerung des Schaltens des Dreiwegeventils 31 darstellt, die durch die Steuerung 37 ausgeführt wird. In dem Flussdiagramm in 6 werden anstelle der Prozesse in den Schritten S110, S115, S120, S140 und S145 in dem Flussdiagramm in 5 die Prozesse in den Schritten S241, S244 und S247 ausgeführt. Die Prozesse in dem in 6 dargestellten Flussdiagramm werden in Steuerperioden ausgeführt, die während des Betriebs der Gasturbinenanlage 100 in vorbestimmten Intervallen wiederholt werden.
Die Prozesse in den Schritten S100 und S130 in 6 sind Prozesse ähnlich den Schritten S100 und S130 in 5. Wie in 6 dargestellt, geht der Prozess zu Schritt S130 über, wenn in Schritt S100 bestimmt wird, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, und wenn bestimmt wird, dass die Notstopp-Bedingung nicht erfüllt ist, geht der Prozess zu Schritt S247 über.
Wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus ist, fährt der Prozess mit Schritt S241 fort. Wenn in Schritt S130 festgestellt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Nichtverbrennungsmodus ist, fährt der Prozess mit Schritt S244 fort.
In Schritt S241 gibt die Steuerung 37 an das Absperrventil 19 einen Befehl zum Schalten des Absperrventils 19 in die Unterbrechungsposition aus, und gibt auch an das Dreiwegeventil 31 einen Befehl zum Schalten des Dreiwegeventils 31 in die zweite Position aus. Ferner, wenn in Schritt S130 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Mischverbrennungsmodus ist, gibt die Steuerung 37 in Schritt S241 an das Absperrventil 13 einen Befehl zum Schalten des Absperrventils 13 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in die Unterbrechungsposition aus.
Wird in Schritt S130 bestimmt, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, gibt die Steuerung 37 in Schritt S244 an das Absperrventil 13 einen Befehl zum Schalten des Absperrventils 13 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in die Unterbrechungsposition aus.
In Schritt S247 gibt die Steuerung 37 an eines der oder beide der Absperrventile 13 und 19 einen Befehl bzw. Befehle aus, um das eine der oder beide der Absperrventile 13 und 19 in der Zuführposition bzw. den Zuführpositionen zu halten, und gibt auch an das Dreiwegeventil 31 einen Befehl aus, um das Dreiwegeventil 31 in der ersten Position zu halten. Es ist zu beachten, dass es in dem Prozess bei Schritt S247 von dem aktuell eingestellten Betriebsmodus abhängt, ob eines oder beide der Absperrventile 13 und 19 gesteuert wird oder werden. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 das Absperrventil 19 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 in der Zuführposition. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 das Absperrventil 13 des Sekundärbrennstoffversorgungssystems S2 in der Zuführposition. Wenn der aktuell eingestellte Betriebsmodus der Mischverbrennungsmodus ist, hält die Steuerung 37 die beiden Absperrventile 13 und 19 in den Zuführpositionen.
Auf diese Weise schaltet die Steuerung 37 gemäß dem vorliegenden Modifikationsbeispiel, ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, das Absperrventil 19 zu der Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 zu der zweiten Position in einem Fall, in dem die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, und zusätzlich der Betriebsmodus unmittelbar vor der Erfüllung der Notstopp-Bedingung ein Modus ist, in dem der Hauptbrennstoff (Ammoniakgas) in den Brennkammern 3 verbrannt wird (der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus).
Gemäß dem vorliegenden Änderungsbeispiel können ähnliche Effekte und Vorteile wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform erzielt werden. Es ist zu beachten, dass, während in der oben beschriebenen Ausführungsform und dem vorliegenden Modifikationsbeispiel die Beispiele erläutert werden, in denen die Steuerung des Betriebs des Absperrventils 19 und des Dreiwegeventils 31 unter Berücksichtigung eines Ergebnisses der Bestimmung des Betriebsmodus durchgeführt wird, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Die Steuerung 37 kann an das Absperrventil 19 einen Befehl zum Schalten des Absperrventils 19 in die Unterbrechungsposition und an das Dreiwegeventil 31 einen Befehl zum Schalten des Dreiwegeventils 31 in die zweite Position ausgeben, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist.
<Zweites Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform>
Während in dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Beispiel die Notstopp-Bedingung der Gasturbine GT erfüllt ist, wenn eine Brennstoff-Niedrigtemperatur-Anomalie erfasst wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Verbrennungsanomalie der Brennkammern 3 festgestellt wird. Die Gasturbine GT ist mit einer Vielzahl von Verbrennungstemperatursensoren in der Umfangsrichtung in einem kreisförmigen Strömungsweg versehen, der sich stromabwärts der Turbine 2 befindet. Die Verbrennungstemperatursensoren erfassen eine Temperaturverteilung in Umfangsrichtung der Abgastemperaturen der Gasturbine GT. Die Steuerung 37 vergleicht den berechneten Durchschnittswert mit jeder der Abgastemperaturen der Vielzahl von Verbrennungstemperatursensoren. Wenn eine Temperaturabweichung, die ein Wert ist, der durch Subtraktion einer Abgastemperatur eines Verbrennungstemperatursensors von dem berechneten Durchschnittswert erhalten wird, gleich oder größer als ein Abweichungsschwellenwert ist, bestimmt die Steuerung 37, dass eine Verbrennungsanomalie, wie z. B. ein Flammenverlust, an einer Brennkammer 3, die der Position entspricht, erfasst wird. Ferner kann die Steuerung 37 Temperaturänderungen in den Verbrennungstemperatursensoren mit anderen Betriebsdaten vergleichen und bestimmen, dass eine Verbrennungsanomalie erfasst wird.
Ferner ist die Gasturbine GT mit Verbrennungstemperatursensoren versehen, die die Verbrennungstemperaturen der Vielzahl von Brennkammern 3 erfassen. Die Verbrennungstemperatursensoren sind Thermoelemente oder dergleichen, die die Temperaturen der Brenner 41 der Brennkammern 3 messen. Wenn ein Wert eines Verbrennungstemperatursensors eines Brenners 41 gleich oder niedriger als ein Schwellenwert ist, bestimmt die Steuerung 37, dass eine Verbrennungsanomalie, wie z.B. Flammenverlust, an der Brennkammer 3 erfasst wird.
Auf diese Weise wird es in einer Konfiguration, in der die Verbrennungszustände der Brennkammern 3 direkt auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen der Verbrennungstemperatursensoren erfasst werden, vermutlich möglich, eine Verzögerung zu reduzieren, die zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT erzeugt werden kann.
Darüber hinaus kann die Steuerung 37 bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Brennstoff-Niedrigdruck-Anomalie erfasst wird, bei der ein Brennstoffdruck niedriger als ein Druckschwellenwert wird. Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Abgas-Hochtemperatur-Anomalie erfasst wird, bei der die Temperatur des Abgases 7 höher als ein Hochtemperatur-Schwellenwert wird. Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Abgas-Niedrigtemperatur-Anomalie erfasst wird, bei der die Temperatur des Abgases 7 niedriger als ein Niedrigtemperatur-Schwellenwert wird. Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung in einem Fall erfüllt ist, in dem eine Abgastemperaturabweichungsanomalie erfasst wird, bei der eine Abgastemperaturabweichung größer als ein Abweichungsschwellenwert wird.
Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Betriebsanomalie des Durchflussmengeneinstellventils 18 erfasst wird. Die Steuerung 37 kann bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine Wellenschwingungsanomalie erfasst wird, bei der ein Wellenschwingungswert der Gasturbine GT größer als ein Schwingungsschwellenwert wird. Ferner kann die Steuerung 37 bestimmen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn eine folgende Anomalie, ein Brennstoffleck, ein Brand oder dergleichen eines Durchflussmengeneinstellventils, das die Durchflussmenge eines Brennstoffs einstellt, erfasst wird.
Wenn angenommen werden kann, dass eine Vielzahl von Anomalien damit zusammenhängt, ob die Notstopp-Bedingung erfüllt ist oder nicht, bestimmt die Steuerung 37, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn mindestens eine der Vielzahl von Anomalien erfasst wird. Ferner bestimmt die Steuerung 37, dass die Notstopp-Bedingung nicht erfüllt ist, wenn alle der Vielzahl von Anomalien nicht erfasst werden.
Es ist zu beachten, dass das Verfahren zur Erfassung von Anomalien nicht auf ein solches beschränkt ist, das unter Verwendung eines Parameters durchgeführt wird. Zum Beispiel kann eine Anomalie eines den Brennkammern 3 zugeführten Brennstoffs auf der Grundlage von Erfassungsergebnissen des Einlassdrucksensors 17Pa, des Auslassdrucksensors 17Pb und des Brennstofftemperatursensors 17T erfasst werden.
<Drittes Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform>
Während das Dreiwegeventil 31 in dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Beispiel zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT von der ersten Position in die zweite Position geschaltet wird, sind die Zeitpunkte, zu denen das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position geschaltet wird, nicht nur auf einen Zeitpunkt eines Notstopps beschränkt
Wenn beispielsweise eine Leckageprüfung der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33, die in 1 dargestellt ist, durchgeführt wird, schließt ein Bediener das Ein-Aus-Ventil 34, betätigt die Eingabevorrichtung 38 und veranlasst die Steuerung 37, das Dreiwegeventil 31 in die zweite Position zu schalten. Daraufhin wird das Ammoniakgas von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zu der Hauptbrennstoffleitung 17 geleitet. Dabei wird das Ammoniakgas von der Hauptbrennstoffleitung 17 über das Dreiwegeventil 31 zu der Brennstoffbehandlungsleitung 33 geleitet. Nach Abschluss der Leckageprüfung schließt der Bediener das Ein-Aus-Ventil 20 und öffnet das Ein-Aus-Ventil 34. Dadurch wird das Ammoniakgas in der Hauptbrennstoffleitung 17 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet.
<Zweite Ausführungsform>
Unter Bezugnahme auf 7 wird eine Gasturbinenanlage 100B gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 7 ist eine schematische Darstellung, die die Konfiguration der Gasturbinenanlage 100B gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Es ist zu beachten, dass Konfigurationen, die mit den in der ersten Ausführungsform erläuterten Konfigurationen identisch oder äquivalent sind, mit identischen Bezugszeichen versehen sind, und dass hauptsächlich Unterschiede erläutert werden. Es ist zu beachten, dass, obwohl das Gehäuse 101 in 7 weggelassen ist, das Dreiwegeventil 31 innerhalb des Gehäuses 101 ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform angeordnet ist.
Bei dem in der ersten Ausführungsform erläuterten Verfahren wird die Abgabe von Ammoniakgas an die Atmosphäre zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT in der Gasturbinenanlage 100 reduziert, die die Gasturbine GT unter Verwendung des Ammoniakgases als Brennstoff betreibt. Im Gegensatz dazu wird in der vorliegenden zweiten Ausführungsform anstelle des in der ersten Ausführungsform erläuterten Ammoniakgases die Gasturbinenanlage 100B erläutert, die die Gasturbine GT durch Zuführen eines Wasserstoffgases als Hauptbrennstoff zu den Brennkammern 3 betreibt. Es ist bekannt, dass bei Verwendung von Wasserstoffgas als Hauptbrennstoff die Erzeugung von Kohlenstoffdioxid ähnlich wie bei Ammoniakgas reduziert werden kann.
In einer Gasturbinenanlage, die die Gasturbine GT unter Verwendung von Wasserstoffgas als Brennstoff betreibt, ist es wünschenswert, das Wasserstoffgas zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT in geeigneter Weise zu behandeln. Ein Strömungsweg, der sich stromabwärts der Brennkammern 3 in der Gasturbine GT befindet, hat in vielen Fällen eine komplizierte Form. Wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird, wird auch die Luftzufuhr zu den Brennkammern 3 unterbrochen, so dass die Möglichkeit besteht, dass das Wasserstoffgas in der Gasturbine GT verbleibt. Je größer die Menge des Wasserstoffgases ist, die in einer mit den Brennkammern 3 verbundenen Leitung verbleibt, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass das Wasserstoffgas im Strömungsweg in der Gasturbine GT verbleibt. Wenn das Wasserstoffgas mit einem großen Entflammbarkeitsbereich in der Gasturbine GT verbleibt, besteht die Befürchtung, dass das Wasserstoffgas an einer unbeabsichtigten Stelle entzündet wird und Komponenten der Gasturbine GT unerwünscht beschädigt werden.
In Anbetracht dessen wird in der Konfiguration der vorliegenden zweiten Ausführungsform die Wahrscheinlichkeit, dass das in einer Leitung verbleibende Wasserstoffgas zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT in die Gasturbine GT strömt, reduziert, und es wird verhindert, dass das Wasserstoffgas in der Gasturbine GT verbleibt. Details werden im Folgenden erläutert.
Die Gasturbinenanlage 100B gemäß der zweiten Ausführungsform ist mit einem Hauptbrennstoffversorgungssystem S1B anstelle des in der ersten Ausführungsform erläuterten Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 versehen. Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1B ist ein System, das Wasserstoffgas als Hauptbrennstoff zu den Brennkammern 3 zuführt. Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1B hat: eine Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 71; eine Hauptbrennstoffleitung 72, die mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 71 und der Einlassöffnung 31i des Dreiwegeventils 31 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 75, ein Absperrventil 74 und ein Durchflussmengeneinstellventil 73, die an der Hauptbrennstoffleitung 72 vorgesehen sind.
Die Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 71 enthält: einen Tank (nicht abgebildet), der flüssigen Wasserstoff speichert; eine Pumpe (nicht abgebildet), die den flüssigen Wasserstoff pumpt; und einen Verdampfer (nicht abgebildet), der den von der Pumpe unter Druck gesetzten flüssigen Wasserstoff verdampft. Das von dem Verdampfer erzeugte Wasserstoffgas wird der Hauptbrennstoffleitung 17 zugeführt. Das der Hauptbrennstoffleitung 17 zugeführte Wasserstoffgas wird über das Dreiwegeventil 31 zu den Brennkammern 3 geleitet.
Das Ein-Aus-Ventil 75, das Absperrventil 74 und das Durchflussmengeneinstellventil 73 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Hauptbrennstoffleitung 72 vorgesehen, durch die der Hauptbrennstoff von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 71 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 75 ist ein manuelles Ventil, das die Hauptbrennstoffleitung 72 öffnen und schließen kann.
Das Absperrventil 74 ist ein Steuerventil, das die Hauptbrennstoffleitung 72 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Durchflussmengeneinstellventil 73 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Hauptbrennstoffs, der durch das Durchflussmengeneinstellventil 73 strömt, d.h. die Durchflussmenge des den Brennkammern 3 zugeführten Brennstoffs (Wasserstoffgas), steuert, indem es den Öffnungsbereich der Hauptbrennstoffleitung 72 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Ein Brennstoffbehandlungssystem S3B hat: eine Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77; eine Brennstoffbehandlungsleitung 76, die mit der zweiten Auslassöffnung 31ob des Dreiwegeventils 31 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 78, das an der Brennstoffbehandlungsleitung 76 vorgesehen ist. Das Ein-Aus-Ventil 78 ist ein manuelles Ventil, das die Brennstoffbehandlungsleitung 76 öffnen und schließen kann.
Bei der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 handelt es sich um einen Nachverbrenner, der z.B. das Wasserstoffgas verbrennt. Die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 kann ein Kamin sein, der das Wasserstoffgas in die Atmosphäre abgibt. Das Wasserstoffgas wird durch die Brennstoffbehandlungsleitung 76 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 eingeleitet. Wenn das Wasserstoffgas in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 eingeleitet wird, behandelt die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 das Wasserstoffgas in geeigneter Weise.
Die Gasturbinenanlage 100B enthält, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, das Stickstoffzufuhrsystem S4, das die in der Hauptbrennstoffleitung 72, der Sekundärbrennstoffleitung 11 und der Brennstoffbehandlungsleitung 76 verbliebenen Brennstoffe durch Stickstoff ersetzt.
Ein Beispiel für ein Verfahren zum Betreiben der Gasturbine GT gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform wird erläutert. Wie oben erwähnt, ist in der Gasturbinenanlage 100B gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform der Hauptbrennstoff, der von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 71 zu den Brennkammern 3 durch das Dreiwegeventil 31 zugeführt wird, ein Wasserstoffgas. Wasserstoffgase haben im Vergleich zu Erdgas einen großen Entflammbarkeitsbereich, und es besteht die Sorge, dass es zum Zeitpunkt einer Störung der Zündung (engl. failure of ignition) in einer Gasturbine zu einer Wiederzündung (Explosion) in einem stromabwärts der Brennkammern gelegenen Strömungsweg kommt. Aus diesem Grund wird in der Gasturbinenanlage 100B gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Gasturbine GT unter Verwendung von Erdgas aktiviert, und danach werden die Brennstoffe in einigen Fällen von Erdgas auf Wasserstoffgas umgeschaltet. Beachten Sie, dass das Betriebsverfahren, das durchgeführt wird, wenn die Gasturbine GT in der zweiten Ausführungsform gestoppt werden soll, auch ähnlich zu dem in der ersten Ausführungsform ist.
Das heißt, in der Gasturbinenanlage 100B wird die Gasturbine GT durch den Betrieb in dem Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus aktiviert, und von dem Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus geht die Gasturbinenanlage 100B in einen Mischverbrennungsmodus über, in dem das Wasserstoffgas und das Erdgas gleichzeitig von den Brennkammern 3 verbrannt werden, und dann in einen Wasserstoffgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Wasserstoffgas von den Brennkammern 3 verbrannt wird. Wenn die Gasturbine GT gestoppt werden soll, geht die Gasturbinenanlage 100B von dem Wasserstoffgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus in den Mischverbrennungsmodus über, und dann in den Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus.
Es ist zu beachten, dass nach dem Übergang von dem Mischverbrennungsmodus in den Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus ein Bediener das Ein-Aus-Ventil 75 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1B und die Ein-Aus-Ventile 29 und 36 des Stickstoffgasversorgungssystems S4 schließt und die Ein-Aus-Ventile 26 und 30 des Stickstoffgasversorgungssystems S4 öffnet. Danach betätigt der Bediener die Eingabevorrichtung 38 und veranlasst die Steuerung 37, das Durchflussmengeneinstellventil 24 und das Absperrventil 25 des Stickstoffversorgungssystems S4 zu steuern, um dadurch das Stickstoffgas zu der Hauptbrennstoffleitung 72 zuzuführen. Dadurch wird das in der Hauptbrennstoffleitung 72 verbliebene Wasserstoffgas durch das Stickstoffgas ersetzt.
Die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden zweiten Ausführungsform schaltet, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, das Absperrventil 74 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, und zusätzlich der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung ein Modus ist, in dem der Hauptbrennstoff (Wasserstoffgas) in den Brennkammern 3 verbrannt wird (der Wasserstoffgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus).
Hierdurch wird die Zufuhr des Brennstoffs zu der Gasturbine GT durch das Absperrventil 74 unterbrochen, und auch das in der Hauptbrennstoffleitung 72 verbliebene Wasserstoffgas wird durch das Dreiwegeventil 31 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 77 eingeleitet. Die Menge des in die Brennkammern 3 strömenden Wasserstoffgases zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT kann gering gehalten werden, wodurch das Risiko einer Zündung in der Gasturbine GT verringert werden kann.
Es ist zu beachten, dass das in der Brennstoffbehandlungsleitung 76 verbleibende Wasserstoffgas durch Stickstoffgas ersetzt wird, bevor die Gasturbine GT unter Verwendung des Wasserstoffgases betrieben wird. Aus diesem Grund ist es möglich, zu verhindern, dass sich das Wasserstoffgas innerhalb der Brennstoffbehandlungsleitung 76 entzündet.
<Dritte Ausführungsform>
Unter Bezugnahme auf 8 bis 10 wird eine Gasturbinenanlage 100C gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 8 ist eine schematische Darstellung, die die Gasturbinenanlage 100C gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuerung 37 ist in 8 weggelassen. Es ist zu beachten, dass Konfigurationen, die mit den in der ersten Ausführungsform erläuterten Konfigurationen identisch oder äquivalent sind, mit identischen Bezugszeichen versehen sind, und dass hauptsächlich Unterschiede erläutert werden.
Wie in 8 dargestellt, weist ein Brennstoffbehandlungssystem S3C der Gasturbinenanlage 100C gemäß der dritten Ausführungsform zusätzlich zu der in der ersten Ausführungsform erläuterten Brennstoffbehandlungsleitung 33 und dem Ein-Aus-Ventil 34 auf: eine mit den Brennkammern 3 und der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 verbundene Ablassleitung (engl. drain pipe) 81; und ein Absperrventil 82 und ein Ein-Aus-Ventil 83, die an der Ablassleitung 81 vorgesehen sind.
Die Ablassleitung 81 ist mit einer Ablassöffnung 80 verbunden, die durch den Außenzylinder 43 jeder Brennkammer 3 verläuft. Die Ablassöffnung 80 durchdringt den Außenzylinder 43 der Brennkammer 3 und stellt eine Kommunikation zwischen dem Inneren des Außenzylinders 43 und der Ablassleitung 81 her. Normalerweise ist eine gasbefeuerte Brennkammer nicht mit einer Ablassöffnung versehen.
Unter Bezugnahme auf 9 bis 10 wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Notstoppen der Gasturbine GT gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform erläutert. 9 ist eine Figur, die ähnlich zu 4 ist und ein Beispiel für zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird.
Die Steuerung 37 gemäß der ersten Ausführungsform geht, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, in den Notstopp-Modus über und veranlasst das Absperrventil 19, die Zufuhr des Ammoniakgases zu den Brennkammern 3 zu unterbrechen (Punkt m), wie in 4 dargestellt ist. Durch die Unterbrechung der Ammoniakgaszufuhr wird die Gasturbine GT gestoppt. Durch den Stopp des Verdichters 1 wird auch die Zufuhr der komprimierten Luft 5 zu den Brennkammern 3 unterbrochen.
Im Gegensatz dazu veranlasst die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform, wie in 9 dargestellt, den Aktivierungsmotor 9, die Gasturbine GT nach Erfüllung der Notstopp-Bedingung während des Betriebs im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder im Mischverbrennungsmodus für eine bestimmte Zeitspanne mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit zu drehen. Darüber hinaus führt die Steuerung 37 das Ammoniakwasser im Wassertank 32T den Sprühdüsen 49 durch das Absperrventil 55 für eine bestimmte Zeitspanne zu, nachdem die Notstopp-Bedingung während des Betriebs im Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder im Mischverbrennungsmodus erfüllt ist, und sprüht das Ammoniakwasser von den Sprühdüsen 49 in die Brennkammern 3.
Unter Bezugnahme auf 10 wird ein Beispiel für den Inhalt der Steuerung des Aktivierungsmotors 9, des Wasserversorgungssystems S5 und des Brennstoffbehandlungssystems S3C, die von der Steuerung 37 ausgeführt wird, im Detail erläutert. Es ist zu beachten, dass ein Flussdiagramm in 10 die extrahierten Prozesse im Zusammenhang mit der Steuerung des Aktivierungsmotors 9, des Wasserversorgungssystems S5 und des Brennstoffbehandlungssystems S3C darstellt. Die Steuerung des Absperrventils 19 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1 und des Dreiwegeventils 31 ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform und wird hier nicht weiter erläutert.
Die Prozesse in dem in 10 dargestellten Flussdiagramm werden in Steuerperioden ausgeführt, die in vorbestimmten Intervallen während des Betriebs der Gasturbinenanlage 100 wiederholt werden. Wie in 10 dargestellt, bestimmt die Steuerung 37 in Schritt S300, ähnlich wie in Schritt S100 in 5, ob die Notstopp-Bedingung erfüllt ist oder nicht. Wenn in Schritt S300 festgestellt wird, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, fährt der Prozess mit Schritt S330 fort. Der Prozess in Schritt S300 wird wiederholt ausgeführt, bis das Ergebnis der Bestimmung Ja ist.
In Schritt S330 bestimmt die Steuerung 37, ähnlich wie in Schritt S130 in 5, ob der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Ammoniak-Monobrennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus ist oder nicht.
Wenn in Schritt S330 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Mischverbrennungsmodus ist, fährt der Prozess mit Schritt S350 fort. Wenn in Schritt S330 bestimmt wird, dass der Betriebsmodus unmittelbar vor Erfüllung der Notstopp-Bedingung der Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder der Nichtverbrennungsmodus ist, enden die im Flussdiagramm in 10 dargestellten Prozesse.
In Schritt S350 schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 82 der Ablassleitung 81 von der Unterbrechungsposition in die Zuführposition, beginnt ebenfalls mit der Messung der Zeit und fährt mit Schritt S355 fort.
In Schritt S355 bestimmt die Steuerung 37, ob die von dem Drehgeschwindigkeitssensor 2N erfasste Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT niedriger als ein Drehgeschwindigkeitsschwellenwert Na ist oder nicht. Wenn in Schritt S350 festgestellt wird, dass die Drehgeschwindigkeit Ng niedriger ist als der Drehgeschwindigkeitsschwellenwert Na, fährt der Prozess mit Schritt S360 fort. Das Verfahren bei Schritt S355 wird wiederholt ausgeführt, bis ein Ergebnis der Bestimmung Ja ist.
In Schritt S360 aktiviert die Steuerung 37 den Aktivierungsmotor 9, startet die Betriebssteuerung des Aktivierungsmotors 9 und schreitet zu Schritt S370 fort. Dadurch wird ein Drehmoment auf die Gasturbine GT ausgeübt. Die Steuerung 37 steuert den Betrieb des Aktivierungsmotors 9 so, dass die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT konstant gehalten wird.
In Schritt S370 bestimmt die Steuerung 37, ob die Zeit Tc, deren Messung in Schritt S350 begonnen hat, gleich oder länger als ein Zeitschwellenwert Ta ist. Der Zeitschwellenwert Ta wird in dem nichtflüchtigen Speicher 37b der Steuerung 37 im Voraus gespeichert.
Wenn in Schritt S370 festgestellt wird, dass die Zeit Tc gleich oder länger als der Zeitschwellenwert Ta ist, schreitet der Prozess zu Schritt S380 fort. Der Prozess in Schritt S370 wird wiederholt ausgeführt, bis ein Ergebnis der Bestimmung Ja ist.
Bei Schritt S380 stoppt die Steuerung 37 den Betrieb des Aktivierungsmotors 9 und fährt mit Schritt S390 fort. Dadurch wird die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gesenkt, und die Gasturbine GT stoppt.
In Schritt S390 schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 55 des Wasserversorgungssystems S5 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und beendet die im Flussdiagramm in 10 dargestellten Prozesse. Dadurch wird das Wassersprühen in die Brennkammern 3 durch das Wasserversorgungssystem S5 beendet.
Auf diese Weise geht die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform hinsichtlich des Betriebsmodus in den Notstopp-Modus über, wenn die Notstopp-Bedingung während des Betriebs in dem Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder dem Mischverbrennungsmodus erfüllt ist. Wenn die Steuerung 37 in den Notstopp-Modus übergeht, schaltet die Steuerung 37 ähnlich wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position.
Wie in 9 dargestellt, sinken die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag und die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine rasch ab, wenn ein Befehl zum Schalten des Absperrventils 19 in die Unterbrechungsposition von der Steuerung 37 bei Punkt m ausgegeben wird. Im Punkt n wird die Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge Fag aufgrund der Unterbrechung durch das Absperrventil 19 zu 0 (Null).
Die Steuerung 37 überwacht die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT und treibt, wenn die Drehgeschwindigkeit Ng so abnimmt, dass sie niedriger als der Drehgeschwindigkeitsschwellenwert Na ist, den Aktivierungsmotor 9 an und veranlasst den Aktivierungsmotor 9, ein Drehmoment auf die Gasturbine GT auszuüben (Punkt o). Die Steuerung 37 steuert den Betrieb des Aktivierungsmotors 9 so, dass die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT von Punkt o bis Punkt p auf einem konstanten Wert (z. B. Nc) gehalten wird. Nachdem die Zeit Tc seit Erfüllung der Notstopp-Bedingung länger als eine bestimmte Zeitspanne Ta geworden ist, stoppt die Steuerung 37 den Betrieb des Aktivierungsmotors 9 (Punkt p). Durch das Anhalten des Betriebs des Aktivierungsmotors 9 sinkt die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT und wird bei Punkt q zu 0 (Null).
Auf diese Weise, wenn die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform das Absperrventil 19 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition schaltet und auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position schaltet, veranlasst die Steuerung 37 den Aktivierungsmotor 9, die Gasturbine GT für eine bestimmte Zeitspanne zu drehen, und veranlasst den Verdichter 1, den Brennkammern 3 und der Turbine 2 Luft zuzuführen. Dadurch kann das in der Gasturbine GT verbleibende Ammoniakgas verdünnt und die Konzentration gesenkt werden. Infolgedessen kann die Ammoniakkonzentration eines Gases, das aus dem Kamin 8 abgeleitet wird, gesenkt werden, wodurch das Auftreten von Gerüchen wirksam reduziert werden kann.
Darüber hinaus setzt die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform das Sprühen des Ammoniakwassers von den Sprühdüsen 49 auch nach Erfüllung der Notstopp-Bedingung fort, und die Steuerung 37 fährt zu dem Notstopp-Modus fort. Dadurch ist es möglich, das in jeder Brennkammer 3 verbliebene Ammoniakgas in dem von den Sprühdüsen 49 versprühten Wasser zu lösen. Das in den Innenzylinder 40 der Brennkammer 3 eingespritzte Ammoniakwasser, das das Ammoniakgas in der Brennkammer 3 absorbiert hat, fließt aus den Öffnungen des Innenzylinders 40 in einen kreisförmigen Strömungsweg zwischen dem Außenzylinder 43 und dem Innenzylinder 40 und wird durch die Ablassöffnung 80 in die Ablassleitung 81 abgeleitet. Das in die Ablassleitung 81 abgeleitete Ammoniakwasser wird in dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 zurückgewonnen (engl. recovered).
Dementsprechend kann gemäß der vorliegenden dritten Ausführungsform die Menge des von dem Kamin 8 abgegebenen Ammoniakgases stärker reduziert werden als bei der ersten Ausführungsform.
<Erstes Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform>
Ähnlich wie bei dem zweiten Modifikationsbeispiel gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt die Steuerung 37 auch bei der dritten Ausführungsform, wo davon ausgegangen werden kann, dass eine Vielzahl von Anomalien damit zusammenhängt, ob die Notstopp-Bedingung erfüllt ist oder nicht, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, wenn mindestens eine der Vielzahl von Anomalien erfasst wird. Ferner bestimmt die Steuerung 37, dass die Notstopp-Bedingung nicht erfüllt ist, wenn alle der Vielzahl der Anomalien nicht erfasst werden.
Es ist zu beachten, dass, wenn eine Wellenschwingungsanomalie, bei der der Wellenschwingungswert der Gasturbine GT höher als ein Schwellenwert wird, erfasst wird, die Befürchtung besteht, dass Schäden an der Gasturbine GT verursacht werden können, wenn der Aktivierungsmotor 9 die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT für eine bestimmte Zeitspanne beibehält, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird. Aus diesem Grund führt die Steuerung 37 vorzugsweise keine Steuerung zur Aktivierung des Aktivierungsmotors 9 in dem Notstopp-Modus aus, wenn eine Wellenschwingungsanomalie erfasst wird.
<Zweites Modifikationsbeispiel der dritten Ausführungsform>
Der Ablauf der Steuerung des Aktivierungsmotors 9, des Brennstoffbehandlungssystems S3C und des Wasserversorgungssystems S5 im Notstopp-Modus ist nicht auf den im Flussdiagramm in 10 dargestellten Ablauf beschränkt. Während beispielsweise in dem in der dritten Ausführungsform erläuterten Beispiel der Aktivierungsmotor 9 gestoppt wird und auch das Wassersprühen durch das Wasserversorgungssystem S5 gestoppt wird, wenn die Zeit Tc seit der Erfüllung der Notstopp-Bedingung länger wird als der Zeitschwellenwert Ta, können ein Zeitpunkt, zu dem der Aktivierungsmotor 9 gestoppt wird, und ein Zeitpunkt, zu dem das Wassersprühen gestoppt wird, voneinander verschieden sein. Die Steuerung 37 kann den Aktivierungsmotor 9 stoppen, wenn die Zeit Tc länger als ein erster Zeitschwellenwert Ta1 wird, und das Wassersprühen stoppen, wenn die Zeit Tc länger als ein zweiter Zeitschwellenwert Ta2 wird. Alternativ ist es auch möglich, dass in einigen Fällen je nach Betriebszustand kein Wasser gesprüht wird.
Während in dem in der dritten Ausführungsform erläuterten Beispiel die Zeit seit Erfüllung der Notstopp-Bedingung gemessen wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Steuerung 37 kann die Zeit seit der Aktivierung des Aktivierungsmotors 9 messen, die Zeit mit einem Zeitschwellenwert vergleichen und einen Zeitpunkt festlegen, zu dem der Aktivierungsmotor 9 zu stoppen ist.
<Vierte Ausführungsform>
Unter Bezugnahme auf 11 bis 15 wird eine Gasturbinenanlage 100D gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 11 ist eine schematische Darstellung, die die Gasturbinenanlage 100D gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Steuerung 37 ist in 11 weggelassen. Es ist zu beachten, dass Konfigurationen, die mit den in der ersten und dritten Ausführungsform erläuterten Konfigurationen identisch oder äquivalent sind, mit identischen Bezugszeichen versehen sind, und dass hauptsächlich Unterschiede erläutert werden.
Der Hauptbrennstoff, der den Brennkammern 3 zugeführt wird, ist das Ammoniakgas, und der Sekundärbrennstoff, der den Brennkammern 3 zugeführt wird, ist das Erdgas in den in der ersten und dritten Ausführungsform erläuterten Beispielen, und der Hauptbrennstoff, der den Brennkammern 3 zugeführt wird, ist das Wasserstoffgas, und der Sekundärbrennstoff, der den Brennkammern 3 zugeführt wird, ist das Erdgas in dem in der zweiten Ausführungsform erläuterten Beispiel. Im Gegensatz dazu ist der Hauptbrennstoff, der den Brennkammern 3D zugeführt wird, flüssiges Ammoniak, und der Sekundärbrennstoff, der den Brennkammern 3D zugeführt wird, ist Kerosin in einem in der vierten Ausführungsform erläuterten Beispiel.
Die Gasturbinenanlage 100D gemäß der vierten Ausführungsform enthält: ein Hauptbrennstoffversorgungssystem S1D; ein Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2D; das Brennstoffbehandlungssystem S3C; ein Wasserversorgungssystem S5D; und das Dreiwegeventil 31, das mit einer Hauptbrennstoffleitung 117 des Hauptbrennstoffversorgungssystems S1D, der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 des Brennstoffbehandlungssystems S3C verbunden ist. Es ist zu beachten, dass das Dreiwegeventil 31, ähnlich wie in der oben beschriebenen Ausführungsform, an einer Position möglichst nahe zu den Brennkammern 3D vorgesehen ist.
Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1D ist ein System, das hochreines flüssiges Ammoniak als Hauptbrennstoff für die Brennkammern 3D bereitstellt. Das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1D hat: eine Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112, die das flüssige Ammoniak liefert; die Hauptbrennstoffleitung 117, die mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 und der Einlassöffnung 31i des Dreiwegeventils 31 verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 115, ein Absperrventil 114 und ein Durchflussmengeneinstellventil 113, die an der Hauptbrennstoffleitung 117 vorgesehen sind.
Die Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 enthält: einen Tank (nicht abgebildet), der das flüssige Ammoniak speichert, und eine Pumpe, die das flüssige Ammoniak pumpt. Es ist zu beachten, dass das flüssige Ammoniak in der vorliegenden vierten Ausführungsform den Brennkammern 3D zugeführt wird, ohne verdampft zu werden. Aus diesem Grund kann der in der ersten Ausführungsform erläuterte Verdampfer für den Hauptbrennstoff in der vorliegenden vierten Ausführungsform weggelassen werden, und das Hauptbrennstoffversorgungssystem S1D kann vereinfacht werden. Das der Hauptbrennstoffleitung 117 zugeführte flüssige Ammoniak wird über das Dreiwegeventil 31 zu den Brennkammern 3D geleitet.
Das Ein-Aus-Ventil 115, das Absperrventil 114 und das Durchflussmengeneinstellventil 113 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Hauptbrennstoffleitung 117 vorgesehen, durch die der Hauptbrennstoff von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 115 ist ein manuelles Ventil, das die Hauptbrennstoffleitung 117 öffnen und schließen kann.
Das Absperrventil 114 ist ein Steuerventil, das die Hauptbrennstoffleitung 117 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 114 ist zwischen der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 und dem Durchflussmengeneinstellventil 113 an der Hauptbrennstoffleitung 117 vorgesehen und hat eine Zuführposition zum Zuführen des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 zu den Brennkammern 3D und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Brennstoffs von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 zu den Brennkammern 3D.
Das Durchflussmengeneinstellventil 113 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Hauptbrennstoffs, der durch das Durchflussmengeneinstellventil 113 strömt, d.h. die Durchflussmenge des den Brennkammern 3D zugeführten Brennstoffs (flüssiges Ammoniak), steuert, indem es den Öffnungsbereich der Hauptbrennstoffleitung 117 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2D ist ein System, das den Brennkammern 3D das Kerosin als Sekundärbrennstoff zuführt. Das Sekundärbrennstoffversorgungssystem S2D hat: eine Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 103, die das Kerosin zuführt; eine Sekundärbrennstoffleitung 102, die mit der Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 103 und den Brennkammern 3D verbunden ist; und ein Ein-Aus-Ventil 106, ein Absperrventil 105 und ein Durchflussmengeneinstellventil 104, die an der Sekundärbrennstoffleitung 102 vorgesehen sind.
Die Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 103 enthält: einen Tank (nicht abgebildet), der das Kerosin als Sekundärbrennstoff speichert; und eine Pumpe, die das Kerosin pumpt.
Das Ein-Aus-Ventil 106, das Absperrventil 105 und das Durchflussmengeneinstellventil 104 sind in dieser Reihenfolge von der stromaufwärtigen Seite in Richtung der stromabwärtigen Seite der Sekundärbrennstoffleitung 102 vorgesehen, durch die der Sekundärbrennstoff von der Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung 103 zugeführt wird. Das Ein-Aus-Ventil 106 ist ein manuelles Ventil, das die Sekundärbrennstoffleitung 102 öffnen und schließen kann. Das Absperrventil 105 ist ein Steuerventil, das die Sekundärbrennstoffleitung 102 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann. Das Durchflussmengeneinstellventil 104 ist ein Steuerventil, das die Durchflussmenge des Sekundärbrennstoffs, der durch das Durchflussmengeneinstellventil 104 strömt, steuert, indem es den Öffnungsbereich der Sekundärbrennstoffleitung 102 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 einstellt.
Die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 hat Konfigurationen, die denen der ersten Ausführungsform ähnlich sind, und enthält: den Wassertank 32T, in dem Wasser zum Verwässern (engl. dilute) des durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 eingeführten flüssigen Ammoniaks gespeichert wird; die Wasserzufuhrpumpe (nicht dargestellt), die Wasser zu dem Wassertank 32T zuführt; und das Ventil (nicht dargestellt), das die Durchflussmenge des von der Wasserzufuhrpumpe zugeführten Wassers steuert.
Wie in 11 dargestellt, ist die Basiskonfiguration der Brennkammern 3D ähnlich zu der der dritten Ausführungsform (siehe 8), aber die Konfiguration der Brenner 41D ist anders. Die Brenner 41D der Brennkammern 3D gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform haben Flüssigbrennstoffdüsen (engl. liquidfuel nozzles) 41Da, die einen flüssigen Brennstoff sprühen können, anstelle der Brennstoffdüsen 41a, die in der ersten Ausführungsform erläutert wurden.
Durch jede Flüssigbrennstoffdüse 41Da ist ein Sprühloch für jede Art von Brennstoff gebildet. Ein Sprühloch 98, das mit der Sekundärbrennstoffleitung 102 kommuniziert und zum Versprühen von Kerosin ist, und Sprühloch 99, das mit der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 kommuniziert und zum Versprühen von flüssigem Ammoniak ist, werden durch die Flüssigbrennstoffdüse 41Da gemäß der vorliegenden Ausführungsform gebildet.
An den Brennkammern 3D sind, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, die Sprühdüsen 49 zum Sprühen des Ammoniakwassers auf die Verbrennungsstellen vorgesehen, zum Zweck der Reduzierung der Ausstoßmenge von Stickoxiden (NOx) im Abgas 7. Außerdem ist, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, ein Gehäuse 3Ds mit den Sprühdüsen 49s vorgesehen, zum Zweck der Erhöhung der Ausgangsleistung der Gasturbine GT. Das Ammoniakwasser wird von dem Wassertank 32T zu den Sprühdüsen 49 und 49s zugeführt.
Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform weist das Wasserversorgungssystem S5D auf: die Wasserzufuhrleitung 51, die mit dem Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 und den Brennkammern 3D verbunden ist; die Wasserpumpe 52, das Druckeinstellventil 53, das Ein-Aus-Ventil 56, das Absperrventil 55 und das Durchflussmengeneinstellventil 54, die an der Wasserzufuhrleitung 51 vorgesehen sind; und die Sprühdüsen 49. Ferner weist das Wasserversorgungssystem S5D auf: die Wasserzufuhrleitung 51s, die von der Wasserzufuhrleitung 51 stromabwärts der Wasserpumpe 52 abzweigt; das Ein-Aus-Ventil 56s, das Absperrventil 55s und das Durchflussmengeneinstellventil 54s, die an der Wasserzufuhrleitung 51s vorgesehen sind; und die Sprühdüsen 49s.
In der vorliegenden vierten Ausführungsform ist ein Absperrventil 57 stromabwärts des Durchflussmengeneinstellventils 54 an der Wasserzufuhrleitung 51 vorgesehen. Ähnlich wie das Absperrventil 55 ist das Absperrventil 57 ein Steuerventil, das die Wasserzufuhrleitung 51 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann.
Eine erste Abzweigleitung 118, die von der Wasserzufuhrleitung 51 abzweigt, ist stromabwärts des Absperrventils 57 an der Wasserzufuhrleitung 51 vorgesehen. Die erste Abzweigleitung 118 ist mit der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbunden. Die erste Abzweigleitung 118 ist mit einem Absperrventil 119 versehen. Das Absperrventil 119 ist ein Steuerventil, das die erste Abzweigleitung 118 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann.
Eine zweite Abzweigleitung 58, die von der Wasserzufuhrleitung 51 abzweigt, ist zwischen dem Durchflussmengeneinstellventil 54 und dem Absperrventil 57 an der Wasserzufuhrleitung 51 vorgesehen. Die zweite Abzweigleitung 58 ist zwischen dem Absperrventil 114 und dem Durchflussmengeneinstellventil 113 an der Hauptbrennstoffleitung 117 angeschlossen. Die zweite Abzweigleitung 58 ist mit einem Absperrventil 59 versehen. Das Absperrventil 59 ist ein Steuerventil, das die zweite Abzweigleitung 58 gemäß einem Signal von der Steuerung 37 öffnen und schließen kann.
Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ist jede Brennkammer 3D mit der Ablassöffnung 80 versehen. Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform ist die Ablassöffnung 80 mit der Ablassleitung 81 des Brennstoffbehandlungssystems S3C verbunden.
Die Brennkammern 3D können den Hauptbrennstoff und den Sekundärbrennstoff stabil verbrennen. Die Steuerung 37 steuert jedes Steuerventil gemäß einem eingestellten Betriebsmodus. Zu den Betriebsmodi gehören: ein Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Kerosin von den Brennkammern 3D verbrannt wird; ein Mischverbrennungsmodus, in dem das flüssige Ammoniak und das Kerosin gleichzeitig von den Brennkammern 3D verbrannt werden; und ein Flüssig-Ammoniak-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das flüssige Ammoniak von den Brennkammern 3D verbrannt wird.
Eine Abgasleitung, die die Turbine 2 und den Kamin 8 miteinander verbindet, ist mit einem Ammoniakkonzentrationssensor 140 versehen. Der Ammoniakkonzentrationssensor 140 erfasst die Konzentration von Ammoniak in dem Abgas 7 in der Gasturbine GT und gibt ein Signal, das ein Erfassungsergebnis darstellt, an die Steuerung 37 aus. Die Steuerung 37 schaltet in einen Betriebsmodus, in dem die Ammoniakkonzentration gesenkt wird, oder bestimmt in einigen Fällen, dass die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, in einem Fall, in dem eine Ammoniakkonzentrationsanomalie erfasst wird. Wenn die von dem Ammoniakkonzentrationssensor 140 erfasste Ammoniakkonzentration höher als ein Konzentrationsschwellenwert wird, bestimmt die Steuerung 37, dass eine Ammoniakkonzentrationsanomalie erfasst wird.
Die Steuerung 37 schaltet in einen Betriebsmodus, in dem die Ammoniakkonzentration gesenkt wird, oder notstoppt in einigen Fällen die Gasturbine GT, wenn die Ammoniakkonzentration des Abgases 7 höher als der Konzentrationsschwellenwert ist. Dadurch kann die Menge des aus dem Kamin 8 in die Atmosphäre abgegebenen Ammoniaks reduziert werden.
Unter Bezugnahme auf 12 und 13 wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Betreiben der Gasturbine GT gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. 12 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Brennstoffdurchflussmengen im Normalbetrieb der Gasturbine GT zeigt. Es ist zu beachten, dass die Brennstoffdurchflussmengen eine Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge (engl. kerosene fuelflow rate) Fk, die die Durchflussmenge des zu den Brennkammern 3D zugeführten Kerosins ist, und eine Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge (engl. liquid ammonia fuel flow rate) Fla, die die Durchflussmenge des zu den Brennkammern 3D zugeführten Flüssig-Ammoniaks ist, umfassen.
Flüssiges Ammoniak ist im Vergleich zu Kerosin schwer zu zünden. Aus diesem Grund aktiviert die Gasturbinenanlage 100D gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform die Gasturbine GT unter Verwendung von Kerosin, das in Bezug auf Zündung und Aktivierung sehr zuverlässig ist, und schaltet danach die Brennstoffe von Kerosin auf flüssiges Ammoniak um.
Wie in 12 dargestellt, wird die Gasturbine GT durch den Aktivierungsmotor 9 (siehe 11) am Punkt a aktiviert. Am Punkt b, wo die Drehgeschwindigkeit der Gasturbine GT eine vorbestimmte Drehgeschwindigkeit wird, wird für eine bestimmte Zeitspanne ein Spülvorgang für einen wahrscheinlich verbliebenen Brennstoff durchgeführt. Dann, am Punkt c, wird das Kerosin zu den Brennkammern 3D zugeführt und durch die Zündkerzen 42 gezündet.
Durch die Zündung in den Brennkammern 3D steigt die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT vom Punkt c bis Punkt d an und erreicht am Punkt d eine Nenndrehzahl. Während des Anstiegs der Drehgeschwindigkeit vom Punkt c bis Punkt d wird der Aktivierungsmotor 9 von der Drehwelle (Rotor) der Turbine 2 abgekoppelt. Dementsprechend treibt am Punkt d, in dem die Nenndrehzahl erreicht wird, einzig die Energie des in den Brennkammern 3D erzeugten Verbrennungsgases 6 die Turbine 2 an.
Die Steuerung 37 erhöht die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk bis zum Punkt ee, so dass eine vorbestimmte Last erzeugt wird, nachdem die Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT die Nenndrehzahl erreicht hat. Danach betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus bis zum Punkt ff.
Nach Erreichen des Punktes ff reduziert die Steuerung 37 allmählich die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk und erhöht auch allmählich die Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge Fla. Von Punkt f bis Punkt g betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Mischverbrennungsmodus, in dem sowohl das Kerosin als auch das flüssige Ammoniakgas den Brennkammern 3D zugeführt und verbrannt werden.
Am Punkt g stellt die Steuerung 37 die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk auf 0 (Null) und betreibt die Gasturbinenanlage 100 ab Punkt gg im Flüssig-Ammoniak-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus. Im Flüssig-Ammoniak-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus wird nur das flüssige Ammoniakgas in den Brennkammern 3D verbrannt, wodurch die im Abgas 7 enthaltene Kohlenstoffdioxidmenge im Vergleich einer Zeit des Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus reduziert werden kann.
Nach Erreichen des Punktes hh reduziert die Steuerung 37 allmählich die Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge Fla und erhöht auch allmählich die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk. Von Punkt hh bis Punkt ii betreibt die Steuerung 37 die Gasturbinenanlage 100 im Mischverbrennungsmodus, in dem sowohl das Kerosin als auch das flüssige Ammoniakgas zu den Brennkammern 3D zugeführt und verbrannt werden.
Am Punkt ii stellt die Steuerung 37 die Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge Fla auf 0 (Null) und betreibt die Gasturbinenanlage 100 ab dem Punkt ii in dem Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem nur das Kerosin zu den Brennkammern 3 zugeführt und verbrannt wird.
Die Steuerung 37 reduziert die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk ab Punkt jj und setzt sie im Punkt kk auf 0 (Null). Dadurch wird die Gasturbine GT im nachfolgenden Punkt I gestoppt.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 13 ein Verfahren zum Sprühen von Wasser zu den Brennkammern 3D und ein Wasseraustauschverfahren erläutert, die von dem Wasserversorgungssystem S5D durchgeführt werden. 13 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Versorgungswasserdurchflussmengen (engl. supply water flow rates) im Normalbetrieb der Gasturbine GT zeigt. Es ist zu beachten, dass die Versorgungswasserdurchflussmengen enthalten: eine Sprühwasserdurchflussmenge (engl. spray water flow rate) Fw, die die Durchflussmenge des von den Sprühdüsen 49 und den Sprühdüsen 49s versprühten Ammoniakwassers ist; eine erste Abzweigwasserdurchflussmenge (first branch water flow rate) Fb1, die die Durchflussmenge des von der ersten Abzweigleitung 118 zu der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 zugeführten Ammoniakwassers ist; und eine zweite Abzweigwasserdurchflussmenge (engl. second branch waterflow rate) Fb2, die die Durchflussmenge des von der zweiten Abzweigleitung 58 zu der Hauptbrennstoffleitung 117 zugeführten Ammoniakwassers ist.
Das von der ersten Abzweigleitung 118 zu der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 zugeführte Ammoniakwasser wird mit dem in der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbliebenen flüssigen Ammoniak vermischt und von den Flüssigbrennstoffdüsen 41Da versprüht.
Wie in 13 dargestellt, beginnt die Steuerung 37 beispielsweise an einem Punkt r, der zwischen einem Punkt, an dem die Zufuhr des Kerosins zu den Brennkammern 3D gestartet wird, und einem Punkt, an dem die Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge Fk den Maximalwert erreicht, mit dem Sprühen des Ammoniakwassers von den Sprühdüsen 49 und den Sprühdüsen 49s. Die Sprühwasserdurchflussmenge Fw beginnt am Punkt r zu steigen und wird am Punkt s zu einem gesteuerten Wert. Die Sprühwasserdurchflussmenge Fw beginnt am Punkt t zu sinken und wird am Punkt u zu 0 (Null). Die Sprühwasserdurchflussmenge Fw wird vorzugsweise gemäß den NOx-Ausstoßeigenschaften (engl. NOx-discharge characteristics) oder dergleichen gesteuert.
Es ist zu beachten, dass die Eigenschaften der Sprühwasserdurchflussmenge Fw nicht auf das in 13 dargestellte Beispiel beschränkt sind, sondern zum Beispiel gemäß den Eigenschaften der Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge geändert werden können. Das heißt, die Sprühwasserdurchflussmenge Fw kann Eigenschaften haben, dass sie bei Punkt ff zu steigen beginnt, bei Punkt gg den Maximalwert erreicht, bei Punkt hh zu sinken beginnt und bei Punkt ii 0 (Null) wird.
Hier wird ein Verfahren zum Sprühen des Ammoniakwassers von den Sprühdüsen 49 und 49s erläutert. Die Sprühwasserdurchflussmenge Fw stellt die Gesamtmenge des Ammoniakwassers dar, die von den Sprühdüsen 49, die in den Endabdeckungen 44 der Brennkammern 3 installiert sind, und den Sprühdüsen 49s, die in den Gehäusen 3s installiert sind, versprüht wird. Das Versprühen des Ammoniakwassers von den Sprühdüsen 49 wird vorzugsweise im Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus durchgeführt. In dem Kerosin-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus steigt die Verbrennungstemperatur in den Innenzylindern 40 (Auskleidungen) lokal an, und die Ausstoßmenge von Stickoxiden nimmt zu. Durch das Sprühen von Ammoniakwasser von den Sprühdüsen 49 zu den Verbrennungsstellen kann eine Absenkung der Verbrennungstemperatur und eine Verringerung der Erzeugung von Stickoxiden erwartet werden. Andererseits sprühen die in den Gehäusen 3s installierten Sprühdüsen 49s das Ammoniakwasser zu einem Zeitpunkt der Flüssig-Ammoniak-Mono-Brennstoff-Verbrennung, wodurch eine Erhöhung des Arbeitsfluids für die Turbine 2 und eine Erhöhung der Ausgangsleistung der Gasturbine GT erwartet werden kann.
Auf diese Weise kann in der vorliegenden vierten Ausführungsform, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, die Energie effektiv genutzt werden, indem das Ammoniakwasser in dem Wassertank 32T in die Brennkammern 3D gesprüht wird. Ferner kann die Menge des zu entsorgenden Ammoniakwassers reduziert werden, wodurch die Entsorgungskosten gesenkt werden können.
Die Steuerung 37 steuert zwischen Punkt hh (siehe 12) und Punkt ii das Absperrventil 114 der Hauptbrennstoffleitung 117 so, dass es von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet wird, und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position. Im Punkt ii schließt das Absperrventil 114 das Schalten in die Unterbrechungsposition ab. Dadurch kann die Menge des flüssigen Ammoniaks, die zu den Brennkammern 3D gesprüht wird, minimiert werden, und es wird möglich, die Ammoniakkonzentration im Abgas 7, das von m Kamin 8 abgegeben wird, zu senken.
Ferner schaltet die Steuerung 37 in der vorliegenden vierten Ausführungsform am Punkt v, der der gleiche Zeitpunkt wie der Punkt hh ist, an dem die Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge Fla abzunehmen beginnt, das an der ersten Abzweigleitung 118 vorgesehene Absperrventil 119 von der Unterbrechungsposition in die Zuführposition. Dadurch werden das in der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verbliebene flüssige Ammoniak und das durch die erste Abzweigleitung 118 zugeführte Ammoniakwasser zu den Flüssigbrennstoffdüsen 41Da geleitet.
Bevor das Absperrventil 114 der Hauptbrennstoffleitung 117 in die Unterbrechungsposition geschaltet wird, wird das Ammoniakwasser von der ersten Abzweigleitung 118 zu dem Dreiwegeventil 31 und der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 geleitet. Wenn das Absperrventil 114 in die Unterbrechungsposition geschaltet wird, wird der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 kein flüssiges Ammoniak mehr zugeführt. Dadurch wird das Innere der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 durch das von der ersten Abzweigleitung 118 zugeführte Ammoniakwasser weggewaschen (engl. washed away).
Es ist zu beachten, dass die erste Abzweigwasserdurchflussmenge Fb1 von Punkt v bis Punkt w ansteigt, von Punkt w bis Punkt x zu einer vorbestimmten Durchflussmenge wird und von Punkt x bis Punkt y abnimmt. Von Punkt w bis Punkt x wird das Ammoniakwasser von den Flüssigbrennstoffdüsen 41Da mit der vorbestimmten Durchflussmenge in die Brennkammern 3D gesprüht, aber die Brennkammern 3D führen eine stabile Verbrennung unter Verwendung des Kerosins durch. Aus diesem Grund können die Brennkammern 3D eine stabile Verbrennung durchführen, selbst wenn das Mischwasser, das das flüssige Ammoniak und das Ammoniakwasser von der ersten Abzweigleitung 118 enthält, in die Brennkammern 3D eingespritzt wird. Dadurch wird es möglich, die Ammoniakkonzentration in dem Abgas 7, das von dem Kamin 8 in die Atmosphäre abgegeben wird, weiter zu senken.
Es ist zu beachten, dass der Zeitpunkt (Punkt x), an dem die erste Abzweigwasserdurchflussmenge Fb1 abzunehmen beginnt, und der Zeitpunkt (Punkt t), an dem die Sprühwasserdurchflussmenge Fw abzunehmen beginnt, in dem in 13 dargestellten Beispiel derselbe Zeitpunkt sind, während der Zeitpunkt (Punkt x), an dem die erste Abzweigwasserdurchflussmenge Fb1 abzunehmen beginnt, und der Zeitpunkt (Punkt y), an dem die erste Abzweigwasserdurchflussmenge Fb10 (Null) wird, auf beliebige Zeitpunkte eingestellt werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform wird das Absperrventil 114 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition geschaltet, und auch das Dreiwegeventil 31 wird von der ersten Position in die zweite Position geschaltet. Dementsprechend wird das flüssige Ammoniak, das sich stromabwärts des Absperrventils 114 befindet und in der Hauptbrennstoffleitung 117 verbleibt, durch das Dreiwegeventil 31 und die Brennstoffbehandlungsleitung 33 in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet.
Es ist zu beachten, dass nach der Rückgewinnung des flüssigen Ammoniaks in der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 flüssiges Ammoniak an der Innenseite der Brennstoffbehandlungsleitung 33, durch die das flüssige Ammoniak gelaufen ist, haftet. In Anbetracht dessen ist, wie in 11 dargestellt, in der Gasturbinenanlage 100D gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform die zweite Abzweigleitung 58, die von der Wasserzufuhrleitung 51 abzweigt, stromabwärts des Absperrventils 114 mit der Hauptbrennstoffleitung 117 verbunden.
Die Steuerung 37 schaltet zu einem Zeitpunkt, zu dem voraussichtlich das flüssige Ammoniak vollständig zur Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 strömt, d.h. am Punkt vv in 13, das Absperrventil 59 von der Unterbrechungsposition in die Zuführposition. Die zweite Abzweigwasserdurchflussmenge Fb2 nimmt von Punkt vv bis Punkt ww zu, und das Ammoniakwasser wird zu der Hauptbrennstoffleitung 117 mit einer vorbestimmten Durchflussmenge von Punkt ww bis Punkt xx zugeführt. Die zweite Abzweigwasserdurchflussmenge Fb2 beginnt ab Punkt xx abzunehmen und wird bei Punkt yy 0 (Null). Das der Hauptbrennstoffleitung 117 zugeführte Ammoniakwasser wird durch das Dreiwegeventil 31 zu der Brennstoffbehandlungsleitung 33 zugeführt und in der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 zurückgewonnen. Dabei wird das an den Innenseiten der Hauptbrennstoffleitung 117 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 anhaftende hochreine flüssige Ammoniak durch das Ammoniakwasser weggewaschen (engl. washed away).
Unter Bezugnahme auf 14 bis 15 wird ein Beispiel für ein Verfahren zum Notstoppen der Gasturbine GT gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. 14 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Brennstoffdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird. 15 ist eine Abbildung, die ein Beispiel für zeitliche Änderungen in der Drehgeschwindigkeit Ng der Gasturbine GT gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und der Versorgungswasserdurchflussmengen zeigt, wenn die Gasturbine GT notgestoppt wird.
Die zeitlichen Änderungen bis zum Punkt gg in 14 sind die gleichen wie in 12. Wie in 14 dargestellt, wird die Gasturbinenanlage 100D ab dem Punkt gg im Flüssig-Ammoniak-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus betrieben. 14 zeigt eine Situation, in der die Gasturbine GT am Punkt mm aufgrund des Erfassens einer Anomalie notgestoppt wird.
Wie in 14 dargestellt, geht die Steuerung 37, wenn die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, in den Notstopp-Modus über und veranlasst das Absperrventil 114, die Unterbrechung der Zufuhr des flüssigen Ammoniaks zu den Brennkammern 3D zu starten (Punkt mm). Zum Zeitpunkt nn wird die Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge Fla aufgrund der Unterbrechung durch das Absperrventil 114 zu 0 (Null). Ferner schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 114 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition und schaltet auch das Dreiwegeventil 31 von der ersten Position in die zweite Position.
Es ist zu beachten, dass ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform den Aktivierungsmotor 9 antreibt und die Gasturbine GT mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit für eine bestimmte Zeitspanne in dem Notstopp-Modus (Punkt o bis Punkt p) dreht.
Die zeitlichen Änderungen bis zum Punkt s in 15 sind die gleichen wie in 13. Wie in 15 dargestellt, schaltet die Steuerung 37 gemäß der vorliegenden vierten Ausführungsform das Absperrventil 119 von der Unterbrechungsposition in die Zuführposition in Verbindung mit dem Umschalten des Absperrventils 114 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition (Punkt mm). Ferner schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 119 in die Unterbrechungsposition zurück, nachdem sie das Absperrventil 119 für eine bestimmte Zeitspanne in der Zuführposition gehalten hat. Dadurch steigt die erste Abzweigwasserdurchflussmenge Fb1 vom Punkt mm bis zum Punkt w', wird vom Punkt w' bis zum Punkt x' zu einem konstanten Wert und sinkt vom Punkt x' bis zum Punkt y'. Dadurch ist es möglich, das hochreine flüssige Ammoniak, das in der in 11 dargestellten Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 verblieben ist, mit dem Ammoniakwasser wegzuwaschen und das Ammoniakwasser, in dem das flüssige Ammoniak gelöst ist, von den Sprühlöchern 99 in die Innenzylinder 40 zu sprühen.
Das von der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 durch die Sprühlöcher 99 in die Innenzylinder 40 zugeführte Ammoniakwasser strömt von den Öffnungen der Innenzylinder 40 in kreisförmige Strömungswege zwischen den Außenzylindern 43 und den Innenzylindern 40 und strömt danach von den Ablassöffnungen 80 zu der Ablassleitung 81. Das in die Ablassleitung 81 geströmte Ammoniakwasser wird in den Wassertank 32T der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet. Dadurch kann die Menge des von dem Kamin 8 in die Atmosphäre abgegebenen Ammoniaks reduziert werden.
Die Steuerung 37 schaltet das Absperrventil 59 von der Unterbrechungsposition in die Zuführposition zu einem Zeitpunkt, zu dem vermutlich das flüssige Ammoniak, das sich in der Hauptbrennstoffleitung 117 und zwischen dem Absperrventil 114 und dem Dreiwegeventil 31 befindet, vollständig durch die Brennstoffbehandlungsleitung 33 zu der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 strömt, d.h. zum Punkt vv' in 15. Ferner schaltet die Steuerung 37 das Absperrventil 59 in die Unterbrechungsposition zurück, nachdem sie das Absperrventil 59 für eine bestimmte Zeitspanne in der Zuführposition gehalten hat. Dadurch steigt die zweite Abzweigwasserdurchflussmenge Fb2 vom Punkt vv' bis zum Punkt ww' an, und das Ammoniakwasser wird der Hauptbrennstoffleitung 117 mit einer vorbestimmten Durchflussmenge vom Punkt ww' bis zum Punkt xx' zugeführt. Die zweite Abzweigwasserdurchflussmenge Fb2 beginnt ab Punkt xx' abzunehmen und wird bei Punkt yy' zu 0 (Null). Das der Hauptbrennstoffleitung 117 zugeführte Ammoniakwasser wird durch das Dreiwegeventil 31 zu der Brennstoffbehandlungsleitung 33 zugeführt und in der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 wiedergewonnen. Dadurch wird das an den Innenseiten der Hauptbrennstoffleitung 117 und der Brennstoffbehandlungsleitung 33 anhaftende hochreine flüssige Ammoniak durch das Ammoniakwasser weggewaschen.
Wie bereits erwähnt, ist der von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 112 zu den Brennkammern 3D durch das Dreiwegeventil 31 zugeführte Brennstoff in dem in der vorliegenden vierten Ausführungsform erläuterten Beispiel das flüssige Ammoniak. Auch in einer solchen vierten Ausführungsform wird, ähnlich wie bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, das in der Nähe der Brennkammern 3D angeordnete Dreiwegeventil 31 in Verbindung mit dem Umschalten des Absperrventils 114 von der Zuführposition in die Unterbrechungsposition von der ersten Position in die zweite Position geschaltet. Dadurch ist es möglich, die Freisetzungsmenge des durch die Verdampfung des flüssigen Ammoniaks erzeugten Ammoniakgases in die Atmosphäre zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine GT gering zu halten.
Modifikationsbeispiele wie die nachstehend genannten fallen ebenfalls in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
<Erstes Modifikationsbeispiel>
Während in den in der ersten bis dritten Ausführungsform erläuterten Beispielen Erdgas als Sekundärbrennstoff verwendet wird, kann auch ein anderer Gasbrennstoff als Erdgas als Sekundärbrennstoff verwendet werden. Während in dem in der vierten Ausführungsform erläuterten Beispiel Kerosin als Sekundärbrennstoff verwendet wird, kann auch ein anderer flüssiger Brennstoff als Kerosin als der Sekundärbrennstoff oder ein gasförmiger Brennstoff als der Sekundärbrennstoff verwendet werden. Während die Gasturbinenanlage in den in der ersten bis vierten Ausführungsform erläuterten Beispielen das Zwei-System-Brennstoffversorgungssystem mit dem Hauptbrennstoffversorgungssystem und dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem aufweist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die Gasturbinenanlage kann ein Brennstoffversorgungssystem mit drei oder mehr Systemen umfassen.
<Zweites Modifikationsbeispiel>
Während die Gasturbine GT vom Typ „multi-can“ (engl. multi-can gas turbine) mit einer Vielzahl von Brennkammern in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erläutert wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf eine Gasturbine GT vom Typ „single-can“ (engl. single-can gas turbine) mit einer einzigen Brennkammer angewendet werden.
<Drittes Modifikationsbeispiel>
Während das Dreiwegeventil 31 in den in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen erläuterten Beispielen stromaufwärts des mit der Vielzahl von Brennkammern verbundenen Verteilers vorgesehen ist, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Dreiwegeventile 31 können an Leitungen vorgesehen sein, die den Verteiler und die Brennkammern 3 miteinander verbinden. Es ist zu beachten, dass, wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen erläutert, durch die Bereitstellung des Dreiwegeventils 31 stromaufwärts des Verteilers die Anzahl der Dreiwegeventile 31 im Vergleich zu einem Fall, in dem Dreiwegeventile 31 stromabwärts des Verteilers vorgesehen sind, reduziert werden kann. Um die Freisetzungsmenge des Ammoniakgases in die Atmosphäre zu verringern, ist es wünschenswert, die Position des Dreiwegeventils 31 an der Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 relativ nahe am Verteiler anzuordnen. Andererseits ist es möglich, die Freisetzung eines im Verteiler verbleibenden Brennstoffs in die Atmosphäre zu verringern, wenn die Dreiwegeventile 31 an Leitungen installiert sind, die sich stromabwärts des Verteilers befinden. Das in der Hauptbrennstoffleitung 17 verbliebene Ammoniakgas kann in jedem der Beispiele in die Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 eingeleitet werden, wodurch die Freisetzung von Ammoniakgas in die Atmosphäre wirksam reduziert werden kann.
16 zeigt ein Beispiel, bei dem ein Dreiwegeventil 31 stromaufwärts des Verteilers 150 angeordnet ist, und 17 zeigt ein Beispiel, bei dem Dreiwegeventile 31 stromabwärts des Verteilers 150 angeordnet sind. Die Gasturbinenanlage enthält eine Vielzahl von Brennkammern 3 (3a, 3b, 3c, ... und 3n), und der Brennstoff wird den Brennkammern 3a bis 3n in einer verzweigten Weise über den Verteiler 150 zugeführt.
In dem Beispiel in 16 ist ein Dreiwegeventil 31 an einer Stelle auf der stromaufwärtigen Seite des Verteilers 150 angeordnet. In diesem Beispiel enthält die Hauptbrennstoffzufuhrleitung 15 eine Einleitungsleitung 15z, den Verteiler 150 und eine Vielzahl von Abzweigleitungen 15a, 15b, 15c, ... und 15n. Die Einleitungsleitung 15z ist mit dem Verteiler 150 und der ersten Auslassöffnung 31oa des Dreiwegeventils 31 verbunden und leitet einen von der Hauptbrennstoffleitung 17 durch das Dreiwegeventil 31 zugeführten Brennstoff in den Verteiler 150 ein. Der Verteiler 150 bewirkt, dass der durch die Einleitungsleitung 15z eingeleitete Brennstoff zu der Vielzahl von Abzweigleitungen 15a, 15b, 15c, ... und 15n in einer verzweigten Weise zugeführt wird. Die Vielzahl von Abzweigleitungen 15a, 15b, 15c, ... und 15n sind mit dem Verteiler 150 und der Vielzahl von Brennkammern 3 (3a, 3b, 3c, ... und 3n) verbunden und führen zu der Vielzahl von Brennkammern 3 (3a, 3b, 3c, ... und 3n) den von dem Verteiler 150 zugeführten Brennstoff zu. Gemäß dieser Konfiguration kann im Vergleich zu einem Fall, in dem ein Dreiwegeventil an jeder von dem Verteiler 150 abzweigenden Abzweigleitung installiert ist, die Anzahl der Dreiwegeventile und die Anzahl der Leitungen, die der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 einen unverbrannten Brennstoff zuführen, reduziert werden.
In dem Beispiel in 17 sind Dreiwegeventile 31 (31a, 31b, 31c, ... und 31n) jeweils an Abzweigleitungen 17a, 17b, 17c, ... und 17n angeordnet, die sich stromabwärts des Verteilers 150 befinden. In diesem Beispiel enthält die Hauptbrennstoffleitung 17 eine Einleitungsleitung 17z, den Verteiler 150 und die Vielzahl von Abzweigleitungen 17a, 17b, 17c, ... und 17n. Ferner enthält die Brennstoffbehandlungsleitung 33 eine Vielzahl von Leitungen mit kleinem Durchmesser 33a, 33b, 33c, ... und 33n sowie eine Leitung mit großem Durchmesser 33z, deren Innendurchmesser größer ist als der Innendurchmesser der Leitungen mit kleinem Durchmesser.
Die Einleitungsleitung 17z ist mit der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 und dem Verteiler 150 verbunden und leitet einen von der Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung 16 zugeführten Brennstoff in den Verteiler 150 ein. Der Verteiler 150 bewirkt, dass der durch die Einleitungsleitung 17z eingeleitete Brennstoff der Vielzahl von Abzweigleitungen 17a, 17b, 17c, ... und 17n in einer verzweigten Weise zugeführt wird. Die Vielzahl von Abzweigleitungen 17a, 17b, 17c, ... und 17n sind mit dem Verteiler 150 und den Einlassöffnungen 31i der Vielzahl von Dreiwegeventilen 31 (31a, 31b, 31c, ... und 31n) verbunden. Die ersten Auslassöffnungen 31oa der Vielzahl von Dreiwegeventilen 31 (31a, 31b, 31c, ... und 31n) sind jeweils mit einer Vielzahl von Hauptbrennstoffzufuhrleitungen 15 (15A, 15B, 15C, ... und 15N) verbunden. Die zweiten Auslassöffnungen 31ob der Vielzahl von Dreiwegeventilen 31 (31a, 31b, 31c, ... und 31n) sind jeweils mit der Vielzahl von Leitungen mit kleinem Durchmesser 33a, 33b, 33c, ... und 33n verbunden, die in der Brennstoffbehandlungsleitung 33 enthalten sind. Die Vielzahl von Hauptbrennstoffzufuhrleitungen 15 (15A, 15B, 15C, ... und 15N) sind mit der Vielzahl von Brennkammern 3 (3a, 3b, 3c, ... und 3n) verbunden. Die Vielzahl von Leitungen mit kleinem Durchmesser 33a, 33b, 33c, ... und 33n sind mit der Leitung mit großem Durchmesser 33z verbunden, die in der Brennstoffbehandlungsleitung 33 enthalten ist. Die Leitung mit großem Durchmesser 33z ist mit der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 verbunden. Gemäß dieser Konfiguration ist es durch Schalten der Vielzahl von Dreiwegeventilen 31 (31a, 31b, 31c, ... und 31n) von den ersten Positionen zu den zweiten Positionen möglich, zu der Brennstoffbehandlungsvorrichtung 32 einen verbleibenden Brennstoff in der Hauptbrennstoffleitung 17 zuzuführen, der einen verbleibenden Brennstoff in dem Verteiler 150 mit einer vorbestimmten Kapazität enthält, und die Freisetzungsmenge des Ammoniakgases in die Atmosphäre kann weiter reduziert werden.
Die oben genannten Ausführungsformen und Modifikationsbeispiele sind als Beispiele dargestellt, um die vorliegende Erfindung in leicht verständlicher Weise zu erläutern, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf eine einschließlich aller erläuterten Konfigurationen beschränkt. Darüber hinaus ist es möglich, einige der Konfigurationen einer Ausführungsform oder eines Modifikationsbeispiels durch Konfigurationen einer anderen Ausführungsform oder eines anderen Modifikationsbeispiels zu ersetzen. Darüber hinaus ist es auch möglich, Konfigurationen einer Ausführungsform oder eines Modifikationsbeispiels zu den Konfigurationen einer anderen Ausführungsform oder eines anderen Modifikationsbeispiels hinzuzufügen.
Während beispielsweise in dem in der dritten Ausführungsform erläuterten Beispiel das Ammoniakgas der Hauptbrennstoff ist, kann in der dritten Ausführungsform ein Wasserstoffgas anstelle des Ammoniakgases als Hauptbrennstoff verwendet werden. Nachdem die Notstopp-Bedingung erfüllt ist, dreht der Aktivierungsmotor 9 die Gasturbine GT für eine bestimmte Zeitspanne, wodurch die Konzentration des Wasserstoffgases in der Gasturbine GT gesenkt werden kann. Infolgedessen kann im Vergleich zur zweiten Ausführungsform eine Zündung des Wasserstoffgases an unbeabsichtigten Orten wirksamer verhindert werden.
Ferner werden im zweiten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform Beispiele für verschiedene Anomalien erläutert, deren Auftreten die Notstopp-Bedingung erfüllt. Der Prozess der Bestimmung, ob die Notstopp-Bedingung erfüllt ist oder nicht, auf der Grundlage der verschiedenen Anomalien, die im zweiten Modifikationsbeispiel der ersten Ausführungsform beschrieben sind, kann in ähnlicher Weise auch in der zweiten bis vierten Ausführungsform durchgeführt werden.
Wie in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen und Modifikationsbeispielen erläutert, enthält die Gasturbinenanlage das Dreiwegeventil, das die Brennstoffleitung, die mit der Brennstoffversorgungseinrichtung verbunden ist; die Brennstoffzufuhrleitung, die mit den Brennkammern verbunden ist; und die Brennstoffbehandlungsleitung, die mit der Brennstoffbehandlungsvorrichtung verbunden ist, miteinander verbindet. Gemäß dieser Konfiguration kann, wenn die Gasturbine GT notgestoppt werden soll, durch Betätigen des Dreiwegeventils zusammen mit dem Absperrventil der Brennstoffzufuhrleitung und auch durch Veranlassen des Dreiwegeventils, eine Kommunikation zwischen der Brennstoffleitung und der Brennstoffbehandlungsleitung herzustellen, ein in der Brennstoffzufuhrleitung verbliebener unverbrannter Brennstoff (das Ammoniakgas, das Wasserstoffgas, das flüssige Ammoniak, usw.) der Brennstoffbehandlungsvorrichtung zugeführt werden. Gemäß einer solchen Gasturbinenanlage kann eine Fehlfunktion, die aus dem unverbrannten Brennstoff resultiert, zu einem Zeitpunkt eines Notstopps der Gasturbine verhindert werden.
Bezugszeichenliste

1: Verdichter
2: Turbine
2N: Drehgeschwindigkeitssensor
3, 3D: Brennkammer
3s, 3Ds: Gehäuse
4: Generator
5: Komprimierte Luft
5a: Verbrennungsluft
5b: Sekundärverbrennungsluft
5c: Verdünnte Luft
6: Verbrennungsgas
8: Kamin
9: Aktivierungsmotor
11, 102: Sekundärbrennstoffleitung 102
12, 18, 24, 54, 73, 104, 113: Durchflussmengeneinstellventil
13, 19, 25, 57, 59, 74, 82, 105, 114, 119: Absperrventil
14, 20, 26, 29, 30, 34, 36, 56, 75, 78, 83, 106, 115: Ein-Aus-Ventil
15: Hauptbrennstoffzufuhrleitung (Brennstoffzufuhrleitung)
16, 71: Hauptkraftstoffversorgungseinrichtung (Brennstoffversorgungseinrichtung)
17, 72, 117: Hauptbrennstoffleitung (Brennstoffleitung)
17Pa: Einlassdrucksensor
17Pb: Auslassdrucksensor
17T: Brennstofftemperatursensor
23: Stickstoffgasleitung
31: Dreiwegeventil
31i: Einlassöffnung 31i
31oa: Erste Auslassöffnung
31ob: Zweite Auslassöffnung
32, 77: Brennstoffbehandlungsvorrichtung
32T: Wassertank
33, 76: Brennstoffbehandlungsleitung
37: Steuerung
38: Eingabevorrichtung
40: Innenzylinder
41, 41D: Brenner
41a: Brennstoffdüse
41b: Drallerzeuger
41Da: Flüssigbrennstoffdüse
42: Zündkerze
43: Außenzylinder
44: Endabdeckung 44
45: Innenzylinderkappe
46: Einspritzöffnung
47: Einspritzöffnung
48: Übergangsstück
49, 49s: Sprühdüse
50: Wasserverteiler
51, 51s: Wasserzufuhrleitung
52: Wasserpumpe
53: Druckeinstellventil
55, 55s: Absperrventil (Wasserabsperrventil)
58: Zweite Abzweigleitung
80: Ablassöffnung
81: Ablassleitung
98, 99: Sprühloch
101: Gehäuse
118: Erste Abzweigleitung
140: Ammoniakkonzentrationssensor
150: Verteiler
Fag: Ammoniakgas-Brennstoffdurchflussmenge
Fb1: Erste Abzweigwasserdurchflussmenge
Fb2: Zweite Abzweigwasserdurchflussmenge
Fk: Kerosin-Brennstoffdurchflussmenge
Fla: Flüssig-Ammoniak-Brennstoffdurchflussmenge
Fng: Erdgas-Brennstoffdurchflussmenge
Fw: Sprühwasserdurchflussmenge
GT: Gasturbine
S1, S1B, S1D: Hauptbrennstoffversorgungssystem
S2, S2D: Sekundärbrennstoffversorgungssystem
S3, S3B, S3C: Brennstoffbehandlungssystem
S4: Stickstoffgasversorgungssystem
S5, S5D: Wasserversorgungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019178840 A [0006]

Claims

Gasturbinenanlage (100), aufweisend: eine Brennstoffleitung (17), die mit einer Brennstoffversorgungseinrichtung (16) verbunden ist; eine Brennstoffzufuhrleitung (15), die mit einer Brennkammer (3) einer Gasturbine (GT) verbunden ist; und eine Brennstoffbehandlungsleitung (33), die mit einer Brennstoffbehandlungsvorrichtung (32) verbunden ist, die einen Brennstoff behandelt, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (100) ferner aufweist: ein Dreiwegeventil (31) mit einer Einlassöffnung (31i), die mit der Brennstoffleitung (17) verbunden ist, einer ersten Auslassöffnung (31oa), die mit der Brennstoffzufuhrleitung (15) verbunden ist, und einer zweiten Auslassöffnung (31ob), die mit der Brennstoffbehandlungsleitung (33) verbunden ist.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: ein Durchflussmengeneinstellventil (18), das an der Brennstoffleitung (17) vorgesehen ist und eine Durchflussmenge des der Brennkammer (3) zugeführten Brennstoffs einstellt, wobei das Dreiwegeventil (31) zwischen dem Durchflussmengeneinstellventil (18) und der Brennkammer (3) vorgesehen ist.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 2, wobei das Dreiwegeventil (31) innerhalb eines Gehäuses (101) angeordnet ist, das die Gasturbine (GT) aufnimmt.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 2 oder 3, ferner aufweisend: ein Absperrventil (19), das zwischen der Brennstoffversorgungseinrichtung (16) und dem Durchflussmengeneinstellventil (18) an der Brennstoffleitung (17) vorgesehen ist und eine Zuführposition zum Zuführen des Brennstoffs von der Brennstoffversorgungseinrichtung (16) zu der Brennkammer (3) und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Brennstoffs von der Brennstoffversorgungseinrichtung (16) zu der Brennkammer (3) aufweist; und eine Steuerung (37), die das Absperrventil (19) und das Dreiwegeventil (31) steuert, wobei die Steuerung (37) so konfiguriert ist, dass sie das Absperrventil (19) von der Zuführposition zu der Unterbrechungsposition schaltet und auch das Dreiwegeventil (31) von einer ersten Position zum Herstellen einer Kommunikation zwischen der Brennstoffleitung (17) und der Brennstoffzufuhrleitung (15) zu einer zweiten Position zum Herstellen einer Kommunikation zwischen der Brennstoffleitung (17) und der Brennstoffbehandlungsleitung (33) schaltet.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 4, wobei der Brennstoff, der von der Brennstoffversorgungseinrichtung (16) zu der Brennkammer (3) durch das Dreiwegeventil (31) zugeführt wird, ein Ammoniakgas ist, und die Brennstoffbehandlungsvorrichtung (32) einen Wassertank (32T) aufweist, in dem das zur Behandlung des durch die Brennstoffbehandlungsleitung (33) eingeleiteten Ammoniakgases zu verwendende Wasser gespeichert ist.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) mit einer Hauptbrennstoffversorgungseinrichtung (16), die die Brennstoffversorgungseinrichtung ist, die das Ammoniakgas als Brennstoff zuführt; und ein Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) mit einer Sekundärbrennstoffversorgungseinrichtung (10), die ein Erdgas als Brennstoff zuführt, wobei die Steuerung (37) so konfiguriert ist, dass sie die Gasturbine (GT) in einer Vielzahl von Betriebsmodi betreibt, wobei die Vielzahl von Betriebsmodi aufweist: einen Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, in dem der Brennstoff von dem Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) von entweder dem Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) oder dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) in der Brennkammer (3) verbrannt wird; einen Erdgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus, bei dem der Brennstoff von dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) von entweder dem Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) oder dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) in der Brennkammer (3) verbrannt wird; und einen Mischverbrennungsmodus, in dem die Brennstoffe von sowohl dem Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) als auch dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) in der Brennkammer (3) verbrannt werden, und die Steuerung (37) so konfiguriert ist, dass sie das Absperrventil (19) von der Zuführposition zu der Unterbrechungsposition schaltet und auch das Dreiwegeventil (31) von der ersten Position zu der zweiten Position schaltet, wenn eine vorbestimmte Notstopp-Bedingung während des Betriebs in dem Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder dem Mischverbrennungsmodus erfüllt ist.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 6, ferner aufweisend: ein Stickstoffgasversorgungssystem (S4), das ein Stickstoffgas zu dem Hauptbrennstoffversorgungssystem (S1) und dem Sekundärbrennstoffversorgungssystem (S2) zuführt.
Gasturbinenanlage (100) nach Anspruch 6 oder 7, ferner aufweisend: ein Wasserversorgungssystem (S5) mit einer Wasserzufuhrleitung (51), die Ammoniakwasser in dem Wassertank (32T) der Brennstoffbehandlungsvorrichtung (32) zu der Brennkammer (3) zuführt, und eine Sprühdüse (49), die das von der Wasserzufuhrleitung (51) zugeführte Ammoniakwasser in die Brennkammer (3) sprüht.
Gasturbinenanlage (100C) nach Anspruch 8, bei der das Wasserversorgungssystem (S5) ein Wasserabsperrventil (55) aufweist, das an der Wasserzufuhrleitung (51) vorgesehen ist und von der Steuerung (37) gesteuert wird, das Wasserabsperrventil (55) eine Zuführposition zum Zuführen des Ammoniakwassers von dem Wassertank (32T) zu der Brennkammer (3) und eine Unterbrechungsposition zum Unterbrechen der Zufuhr des Ammoniakwassers von dem Wassertank (32T) zu der Brennkammer (3) aufweist, und die Steuerung (37) so konfiguriert ist, dass sie das Ammoniakwasser in dem Wassertank (32T) der Sprühdüse (49) durch das Wasserabsperrventil (55) für eine bestimmte Zeitspanne zuführt, nachdem die Notstopp-Bedingung während des Betriebs in dem Ammoniakgas-Mono-Brennstoff-Verbrennungsmodus oder dem Mischverbrennungsmodus erfüllt ist.
Gasturbinenanlage (100B) nach Anspruch 4, bei der der Brennstoff, der von der Brennstoffversorgungseinrichtung (71) zu der Brennkammer (3) durch das Dreiwegeventil (31) zugeführt wird, ein Wasserstoffgas ist.
Gasturbinenanlage (100C) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, ferner aufweisend: einen Aktivierungsmotor (9), der mit der Gasturbine (GT) verbunden ist und die Gasturbine (GT) aktiviert, wobei die Steuerung (37) so konfiguriert ist, dass sie den Aktivierungsmotor (9) veranlasst, die Gasturbine (GT) zu drehen, und einen Kompressor (1) der Gasturbine (GT) veranlasst, der Brennkammer (3) Luft zuzuführen, wenn das Absperrventil (19) von der Zuführposition zu der Unterbrechungsposition geschaltet wird und auch das Dreiwegeventil (31) von der ersten Position zu der zweiten Position geschaltet wird.
Gasturbinenanlage (100D) nach Anspruch 4, bei der der Brennstoff, der von der Brennstoffversorgungseinrichtung (112) zu der Brennkammer (3D) durch das Dreiwegeventil (31) zugeführt wird, flüssiges Ammoniak ist, und die Brennstoffbehandlungsvorrichtung (32) einen Wassertank (32T) aufweist, in dem das zur Behandlung des durch die Brennstoffbehandlungsleitung (33) eingeleiteten flüssigen Ammoniaks zu verwendende Wasser gespeichert ist.
Gasturbinenanlage (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das Dreiwegeventil (31) stromaufwärts oder stromabwärts eines Verteilers (150) angeordnet ist, der bewirkt, dass der Brennstoff einer Vielzahl von Brennkammern (3) in einer verzweigten Weise zugeführt wird.