DE19825335A1 - Procedure for operation of gas turbine - Google Patents

Procedure for operation of gas turbine

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Abstract

A portion of the fuel is directed through switchable valves(25,27,29) to the ring mains(12,14,16) supplying the individual burners. The valves are piloted, and in partial load regime are opened or closed depending upon demand. The operation of the valves takes place depending upon load, and may be carried out individually or in groups. At each switching point for operation of the valves the supply is selected for at least one individual burner or for several. An Independent claim is included for a gas turbine installation including the proposed valve and burner configuration to enable the proposed procedure to be carried out.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine, deren Arbeitsmedium von ringförmig angeordneten Brennkammer zugeführt wird, die mit Brennstoff gespeist werden, der aus einer bestimmten Anzahl von Ventilen zuströmt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Gasturbinenanlage, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.The invention relates to a method for operating a gas turbine, the Working medium is supplied from an annularly arranged combustion chamber, which with Fuel can be fed from a certain number of valves inflows. The invention also relates to a gas turbine system which is used for Implementation of the method according to the invention is suitable.

Gasturbinenanlagen und deren Betrieb sind seit langem bekannt. Bei Gasturbinen mit Ringbrennkammern wird der Brennstoff bislang mittels weniger regelbarer Zuströmventile der Brennkammer zugeführt. Bei einer bekannten und erprobten Gasturbinenanlage werden beispielsweise die vorhandenen 72 Brenner in der Ringbrennkammer aus drei Regelventilen gespeist.Gas turbine plants and their operation have been known for a long time. For gas turbines With annular combustion chambers, the fuel has so far been made less controllable Inflow valves supplied to the combustion chamber. With a well-known and tried For example, the existing 72 burners in the gas turbine plant Annular combustion chamber fed from three control valves.

Diese Aufteilung erweist sich insofern als nachteilig, da zum einen eine gewisse Empfindlichkeit hinsichtlich der Stabilität der Verbrennung besteht, diese insbesondere bei dynamischen Vorgängen, und zum anderen im Teillastbetrieb ein hoher Anteil an Schadstoffen, wie z. B. Stickoxide (NOx), mit dem Abgas emittiert wird.This division proves to be disadvantageous in that, on the one hand, there is a certain sensitivity with regard to the stability of the combustion, especially in dynamic processes, and on the other hand, a high proportion of pollutants, such as, B. nitrogen oxides (NO x ), is emitted with the exhaust gas.

Ferner ist bekannt, daß zum Schutz der Umwelt die nachteiligen Emissionen von Schadstoffen beziehungsweise deren schädliche Verbindungen, die im Abgas aus der Verbrennung von Brennstoff zur Erzeugung des Arbeitsmediums der Gasturbine entstehen, reduziert werden sollen.It is also known that to protect the environment, the harmful emissions of Pollutants or their harmful compounds that are emitted in the exhaust gas  the combustion of fuel to produce the working medium Gas turbine arise, should be reduced.

Insbesondere wird eine Reduzierung der Emissionen an Stickoxiden (NOx), an Kohlenmonoxid (CO) und an unverbrannten Kohlenwasserstoffen (UHC) angestrebt, die im Teillastbetrieb der Gasturbinenanlage besonders stark anfallen.In particular, the aim is to reduce emissions of nitrogen oxides (NO x ), carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons (UHC), which occur particularly strongly in the part-load operation of the gas turbine system.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches mit möglichst einfachen Mitteln ermöglicht, die Mengen an Schadstoffen im Abgas zu reduzieren. Ferner soll mit diesem Verfahren eine Erhöhung der Stabilität der Verbrennung bei dynamischen Vorgängen und somit eine Erhöhung der Verfügbarkeit erreicht werden. Außerdem soll eine Gasturbinenanlage geschaffen werden, die zur Durchführung dieses Verfahrens geeignet ist.Based on this prior art, it is an object of the invention to Specify the method of the type mentioned, which with as possible enables simple means to reduce the amount of pollutants in the exhaust gas. This method is also intended to increase the stability of the combustion dynamic processes and thus an increase in availability become. In addition, a gas turbine plant to be created Carrying out this procedure is suitable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 7 und 5. Weitere vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the characterizing features of claims 7 and 5. Further advantageous embodiments and Developments of the invention are characterized in the subclaims.

Entsprechend der Erfindung ist daher vorgesehen, daß eine Teilmenge des Brennstoffs über schaltbare Ventile der Brennkammer zugeleitet wird und daß im Teillastgebiet die schaltbaren Ventile angesteuert und abhängig vom jeweiligen Bedarf zu- oder abgeschaltet werden.According to the invention it is therefore provided that a subset of the Fuel is supplied to the combustion chamber via switchable valves and that in Partial load area controlled the switchable valves and depending on the respective Requirements can be switched on or off.

Mit Hilfe dieser Aufteilung der Brennstoffversorgung der Brenner gemäß der Erfindung wird vorteilhafterweise erreicht, daß die Brenneranzahl besser mit der lastabhängigen Gasmenge harmoniert und die Brenner auch schon im Teillastbereich in ihrem schadstoffarmen Arbeitsbereich betrieben werden können. Hiermit ist es möglich, eine Gewähr zu erhalten für die erforderlichen Betriebsgenehmigungen für große Gasturbinen mit Ringbrennkammern.With the help of this division of the fuel supply to the burner according to the Invention is advantageously achieved that the number of burners better with the load-dependent gas volume harmonized and the burner even in the Part load range can be operated in their low-pollution work area. This makes it possible to obtain a guarantee for the necessary ones Operating permits for large gas turbines with ring combustion chambers.

Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Betätigung der schaltbaren Ventile lastabhängig, das heißt, je nach Lastzustand der Gasturbinenanlage beziehungsweise abhängig von der jeweiligen Lastanforderung werden die von schaltbaren Ventilen gespeisten Brenner zugeschaltet oder außer Betrieb genommen. According to an advantageous embodiment of the invention, the Actuation of the switchable valves depending on the load, that is, depending on the load condition the gas turbine plant or depending on the respective The burner fed by switchable valves is subject to a load requirement switched on or taken out of service.  

Die Reihenfolge der Zuschaltung der Brenner erfolgt symmetrisch bezogen auf die Ringbrennkammer, so daß ein Ungleichgewicht bei der Beaufschlagung der Gasturbine mit Arbeitsmedium vermieden wird. Hierbei kann gemäß der Erfindung bevorzugterweise an jedem Schaltpunkt bei Betätigung der schaltbaren Ventile die Versorgung für wenigstens 1 Brenner oder mehrere Brenner geschaltet werden.The order in which the burners are switched on is symmetrical in relation to the Annular combustion chamber, so that an imbalance when applied to the Gas turbine with working medium is avoided. Here, according to the invention preferably at each switching point when the switchable valves are actuated Supply for at least 1 burner or several burners can be switched.

Eine Gasturbinenanlage zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens ist mit einer Gasturbine mit einem Verdichter sowie mit wenigstens einer ringförmig um die Gasturbine angeordneten Ringbrennkammer ausgerüstet, deren Einzelbrenner über ansteuerbare Ventile mit einer Brennstoffversorgung verbunden sind. Die Brennstoffversorgung ist vorzugsweise mit Hilfe wenigstens einer Ringleitung realisiert, welche entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung in Einzelabschnitte unterteilt ist, welche über die ansteuerbaren Ventile gruppenweise oder einzeln für die Versorgung der Einzelbrenner sorgen, wobei jedes Ventil den Brennstoffzustrom zu den zugeordneten Einzelbrennern beeinflußt.A gas turbine system for performing the method described above is with a gas turbine with a compressor and with at least one ring around the gas turbine arranged ring combustion chamber equipped, its single burner are connected to a fuel supply via controllable valves. The Fuel supply is preferably with the help of at least one ring line realized, which according to a preferred embodiment in Individual sections is divided, which in groups via the controllable valves or individually to supply the individual burners, with each valve providing the Influence of fuel to the assigned individual burners.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung können die schaltbaren Ventile als Magnetventile oder als pneumatische Ventile ausgebildet sein. Gemäß einer besonderen Variante können die schaltbaren Ventile als Kombinationen aus pneumatischen und Magnetventilen ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the switchable Valves can be designed as solenoid valves or as pneumatic valves. According to In a special variant, the switchable valves can be combined pneumatic and solenoid valves.

Im Hinblick auf die erwähnte angestrebte Verringerung der Schadstoffemissionen erweist es sich als günstig, daß die Ventile wenigstens zum Teil als schaltbare Ventile ausgebildet sind, welche jeweils bestimmten Brennern zugeordnet sind, denen abhängig von der Schaltstellung der schaltbaren Ventile Brennstoff zuströmt oder nicht, wobei entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung jeweils ein schaltbares Ventil zwei Brennern zugeordnet ist. Es können aber auch zusätzlich Gruppen von vier oder acht Brennern zusammengefaßt sein.With regard to the aforementioned reduction in pollutant emissions it turns out to be favorable that the valves are at least partially switchable Valves are formed, which are each assigned to specific burners, which fuel flows in depending on the switch position of the switchable valves or not, according to a preferred embodiment of the invention a switchable valve is assigned to two burners. But it can also groups of four or eight burners can also be combined.

Generell wird angestrebt, die an praktisch jedem Einzelbrenner vorgesehene Zünd- oder Pilotflamme zur Zündung der jeweiligen Betriebsflamme baldmöglichst nach dem Start zu löschen, da wegen deren hoher Flammtemperatur die Verbrennung übermäßig schadstoffreich erfolgt und somit die Schadstoffbilanz der Verbrennung nachteilig beeinflußt. In general, the aim is to ignite the ignition provided on practically every single burner. or pilot flame to ignite the respective operating flame as soon as possible to extinguish the start, because of their high flame temperature, the combustion occurs excessively rich in pollutants and thus the pollutant balance of the combustion adversely affected.  

Um dieses Ziel zu erreichen, erweist es sich entsprechend der Erfindung als günstig, die Brenneranzahl abhängig vom jeweiligen Lastzustand einstellen zu können. Hierdurch wird erreicht, daß bereits bei deutlich weniger als 60% der Nennleistung der Gasturbine die Pilotflamme abgeschaltet werden kann, so daß nur noch die eigentliche schadstoffarme Flamme im Arbeitsbereich des Brenners verbrannt wird. Dies führt zu einer entscheidenden Verminderung der Schadstoffemissionen.To achieve this goal, it turns out according to the invention as favorable to set the number of burners depending on the respective load condition can. This ensures that already at significantly less than 60% Nominal power of the gas turbine, the pilot flame can be switched off, so that only the actual low-emission flame in the working area of the burner is burned. This leads to a decisive reduction in the Pollutant emissions.

Insbesondere die Einstellbarkeit der Brennstoffzufuhr zu den über den Umfang der wenigstens einen Ringbrennkammer verteilt angeordneten Einzelbrennern beziehungsweise den Einzelbrennergruppen bietet die Möglichkeit, einen möglichst gleichförmigen Schadstofflevel über das gesamte Lastspektrum einzustellen, so daß eine anschließende Abgasreinigung quasi entfallen kann beziehungsweise die Abgasreinigungserfordernisse wesentlich reduziert und somit vereinfacht sind.In particular, the adjustability of the fuel supply to the extent of the at least one ring burner arranged distributed individual burners or the individual burner groups offers the possibility of one if possible to set uniform pollutant levels across the entire load spectrum, so that a subsequent exhaust gas purification can be omitted or the Emission control requirements are significantly reduced and thus simplified.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.These and other advantageous refinements and improvements of the invention are the subject of the subclaims.

Anhand eines in der schematischen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.Using an exemplary embodiment shown in the schematic drawing the invention, advantageous refinements and improvements as well particular advantages of the invention are explained and described in more detail.

Es zeigt die einzige Figur ein schematisiertes Regelkonzept zur Ansteuerung der schaltbaren Ventile.It shows the only figure a schematic control concept for controlling the switchable valves.

In der einzigen Figur ist schematisiertes Regelkonzept dargestellt, welches erläutert, wie der Brennstoff den einzelnen Einzelbrennern beziehungsweise den Brennergruppen zugeführt wird. The single figure shows a schematic control concept, which explains how the fuel for each individual burner or Burner groups is supplied.  

Über eine Hauptzufuhrleitung 20, welche mit einem Schnellschlußventil 22 absperrbar ist, strömt das Brenngas über Ringleitungen 12, 14, 16 einer nicht näher dargestellten Ringbrennkammer mit Einzelbrennern zu, die in unterschiedlicher Anordnung und Anzahl einzelnen Brennergruppen zugeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel teilt sich die Hauptleitung 20 hierbei zunächst in drei Versorgungsleitungen 24, 26, 28 auf, die jeweils mit Regelventilen 25, 27, 29 versehen sind, bevor sie auf die jeweiligen Ringleitungen geschaltet sind.Via a main supply line 20 , which can be shut off with a quick-closing valve 22 , the fuel gas flows via ring lines 12 , 14 , 16 to an annular combustion chamber (not shown in more detail) with individual burners, which are assigned in different arrangement and number of individual burner groups. In the present example, the main line 20 is initially divided into three supply lines 24 , 26 , 28 , which are each provided with control valves 25 , 27 , 29 before they are connected to the respective ring lines.

Die erste Leitung 24 speist die Pilotflammen einer ersten Ringleitung 12, während die anderen beiden Versorgungsleitungen 26, 28 im vorliegenden Fall je eine weitere Ringleitung mit Brenngas versorgen. Die Anzahl der jeweils einer Brennergruppe zugeordneten Einzelbrenner kann verschieden sein und beträgt vorzugsweise zwischen 10 und 60. Ferner kann vorgesehen sein, daß die eine Versorgungsleitung 28 mit einer zusätzlichen Gruppe von weiteren Einzelbrennern zu deren Einzelversorgung verbunden ist.The first line 24 feeds the pilot flames of a first ring line 12 , while the other two supply lines 26 , 28 each supply a further ring line with fuel gas in the present case. The number of individual burners assigned to each burner group can vary and is preferably between 10 and 60. Furthermore, it can be provided that one supply line 28 is connected to an additional group of further individual burners for their individual supply.

Zusätzlich kann sowohl die Hauptleitung 20 als auch die eine Versorgungsleitung 26 jeweils über eine Entlastungsleitung mit einem Entlastungsventil 23 verbunden sein.In addition, both the main line 20 and the one supply line 26 can each be connected to a relief valve 23 via a relief line.

Die Ansteuerung der schaltbaren Ventile 25, 27, 29 erfolgt über einen speziellen Regelkreis 30, der hier mit gestrichelter Linienführung dargestellt ist und insbesondere die aktuellen Werte für Ansaugdruck, Ansaugtemperatur sowie die jeweilige Leistung berücksichtigt. Über entsprechende Steuerleitungen 32 erfolgt die Ansteuerung der schaltbaren Ventile 25, 27, 29.The switchable valves 25 , 27 , 29 are controlled via a special control circuit 30 , which is shown here with dashed lines and takes into account in particular the current values for suction pressure, suction temperature and the respective output. The switchable valves 25 , 27 , 29 are controlled via corresponding control lines 32 .

Claims (10)

1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine, deren Arbeitsmedium in wenigstens einer ringförmig angeordneten Brennkammer mit Einzelbrennern erzeugt wird, die über wenigstens eine Ringleitung (12, 14, 16) mit Brennstoff versorgt werden, dessen Zustrom mit einer bestimmten Anzahl von Ventilen (25, 27, 29) gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Teilmenge des Brennstoffs über schaltbare Ventile (25, 27, 29) den zur Versorgung von Einzelbrennern dienenden Ringleitungen (12, 14, 16) zugeleitet wird und daß die schaltbaren Ventile (25, 27, 29) angesteuert und im Teillastgebiet abhängig vom jeweiligen Bedarf zu- oder abgeschaltet werden.1. Method for operating a gas turbine, the working medium of which is generated in at least one annularly arranged combustion chamber with individual burners, which are supplied with fuel via at least one ring line ( 12 , 14 , 16 ), the inflow of which is provided with a certain number of valves ( 25 , 27 , 29 ) is controlled, characterized in that a part of the fuel is supplied via switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) to the ring lines ( 12 , 14 , 16 ) serving to supply individual burners and in that the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) controlled and switched on or off in the partial load area depending on the respective need. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der schaltbaren Ventile (25, 27, 29) lastabhängig erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the actuation of the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) takes place depending on the load. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigung der schaltbaren Ventile (25, 27, 29) einzeln oder in Gruppen erfolgt.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the actuation of the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) takes place individually or in groups. 4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schaltpunkt zur Betätigung der schaltbaren Ventile (25, 27, 29) die Versorgung für wenigstens einen Einzelbrenner oder mehrere, vorzugsweise für zwei Einzelbrenner, geschaltet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that at each switching point for actuating the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ), the supply for at least one single burner or more, preferably for two individual burners, is switched. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Schaltpunkt zur Betätigung der schaltbaren Ventile (25, 27, 29) die Versorgung für wenigstens vier Einzelbrenner, vorzugsweise für acht Einzelbrenner, geschaltet wird.5. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the supply for at least four individual burners, preferably for eight individual burners, is switched at each switching point for actuating the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ). 6. Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Gasturbine mit einem Verdichter sowie mit wenigstens einer ringförmig um die Gasturbine angeordneten Ringbrennkammer (10) mit Einzelbrennern, die über eine mit Ventilen versehene Ringleitung mit einer Brennstoffversorgung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile wenigstens zum Teil als schaltbare Ventile (25, 27, 29) ausgebildet sind, welche jeweils bestimmten Einzelbrennern zugeordnet sind, und daß abhängig von der Schaltstellung der schaltbaren Ventile (25, 27, 29) Brennstoff zuströmt oder nicht.6. A gas turbine system for carrying out the method according to one of the preceding claims with a gas turbine with a compressor and with at least one ring combustion chamber ( 10 ) arranged in a ring around the gas turbine with individual burners which are connected to a fuel supply via a ring line provided with valves, characterized in that that the valves are at least partially designed as switchable valves ( 25 , 27 , 29 ), which are each assigned to specific individual burners, and that fuel flows in or not, depending on the switching position of the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ). 7. Gasturbinenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je einem oder mehreren Einzelbrennern jeweils ein schaltbares Ventil (25, 27, 29) zugeordnet ist, welches den Brennstoffzustrom zu den Einzelbrennern beeinflußt.7. Gas turbine system according to claim 6, characterized in that one or more individual burners each have a switchable valve ( 25 , 27 , 29 ) assigned, which influences the fuel flow to the individual burners. 8. Gasturbinenanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß je vier Einzelbrennern jeweils ein schaltbares Ventil (25, 27, 29) zugeordnet ist, welches den Brennstoffzustrom zu den Einzelbrennern beeinflußt.8. Gas turbine system according to claim 6, characterized in that each four individual burners is assigned a switchable valve ( 25 , 27 , 29 ) which influences the fuel inflow to the individual burners. 9. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Ventile (25, 27, 29) als Magnetventile oder als pneumatisch oder hydraulisch betätigte Ventile ausgebildet sind.9. Gas turbine system according to one of claims 6 to 8, characterized in that the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) are designed as solenoid valves or as pneumatically or hydraulically operated valves. 10. Gasturbinenanlage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die schaltbaren Ventile (25, 27, 29) als Kombinationen aus pneumatisch oder hydraulisch betätigten Ventilen und Magnetventilen ausgebildet sind.10. Gas turbine system according to one of claims 6 to 8, characterized in that the switchable valves ( 25 , 27 , 29 ) are designed as combinations of pneumatically or hydraulically operated valves and solenoid valves.
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