DE4422701A1

DE4422701A1 - Verfahren zur Regelung einer Gasturbogruppe

Info

Publication number: DE4422701A1
Application number: DE4422701A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dr Althaus
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1994-05-26
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 1995-11-30
Anticipated expiration: 2014-06-30
Also published as: GB9507589D0; CH688899A5; JP3737159B2; CN1116274A; GB2289721B; JPH07317567A; DE4422701B4; US5617718A; CN1071405C; GB2289721A

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Ober begriff des Anspruchs 1. Sie betrifft auch eine Gasturbo gruppe zur Durchführung des Verfahrens.

Stand der Technik

Bei einer Gasturbogruppe mit sequentieller Verbrennung, also beispielsweise mit zwei Brennkammern, bei welchen die eine hochdruckseitig und die andere niederdruckseitig angeordnet sind, geht es darum, die Zumessung der beiden Brennstoffmen gen anhand von Temperaturmessungen zu regeln. An sich müßten die Temperaturen der Heißgase aus den jeweiligen Brennkam mern gemessen werden, um dann entsprechend auf die Brenn stoffmengen einwirken zu können. Bei Gasturbogruppen der neueren Generation sind die Heißgastemperaturen aber recht hoch, regelmäßig weit über 1100°C, mit steigender Tendenz, weshalb eine solche Temperaturerfassung schwierig zu handha ben ist. Auch ist ihre Reproduzierbarkeit über die Zeit nicht gesichert, weshalb eine sichere Brennstoffregelung anhand solcher Messungen nicht gewährleistet ist.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren und einer Gasturbogruppe der eingangs genannten Art die Erfassung der zur Regelung der Brennstoffmengen für die verschiedenen Brennkammern an Orten durchzuführen, wo eine sichere technische Realisierung und Wiederholbarkeit gegeben ist.

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß das Regelkonzept vom Stand der Technik ausgeht, so daß lediglich die gut zu erfassende Temperatur stromab der Hoch druck-Turbine gemessen werden muß. Die Messung von allfällig erforderlichen weiteren Parametern zur Regelung, beispiels weise der prozeßdrücke, erfolgt nach bekannten Prinzipien, wie sie aus dem Stand der Technik bekanntgeworden sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht davon aus, daß die Mes sung der Temperatur stromab der Hochdruckturbine unmittelbar auf die Temperatur in der Hochdruck-Brennkammer schließen läßt. Die Regelung der Brennstoffmenge für die Hochdruck- Brennkammer geschieht sonach direkt aufgrund des Temperatur- Signals, das in der Niederdruck-Brennkammer erfaßt wird. Gleichzeitig ist die Erfassung der Temperatur der Abgase aus der Hochdruck-Turbine unmittelbar innerhalb der Niederdruck- Brennkammer eine Information dafür, wie die Brennstoffrege lung für die letztgenannte Brennkammer gehandhabt werden muß, so daß auch auf diese Befeuerung gezielt eingegriffen werden kann. Einerseits läßt sich also mit der erfindungs gemäßen Erfassung der Temperatur auf die Hochdruck-Brennkam mer einwirken, andererseits auch die Brennstoffmenge für den Betrieb der Niederdruck-Brennkammer regeln.

Dies ist insbesondere für eine sequentiell betriebene Ver brennung von Wichtigkeit, bei welcher die Niederdruck-Brenn kammer nach einem Selbstzündungsprozeß betrieben wird. Bei einer solchen Konfiguration muß die Aufrechterhaltung der minimal notwendigen Temperatur der Abgase für die Auslösung der Selbstzündung gewährleistet sein.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungs gemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An sprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei spiel der Erfindung näher erläutert. Alle für das unmittel bare Verständnis der Erfindung nicht erforderlichen Elemente sind fortgelassen. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt einen Teil einer Gasturbogruppe mit einer sequentiellen Verbrennung.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwertbarkeit

Die Figur zeigt einen Teil der Gasturbogruppe, nämlich denje nigen Teil, der die sequentielle Verbrennung einschließt. Aus einem nicht gezeigten Verdichtersystem strömt verdichtete Luft in einen mit einem Brennstoff 2 betreibbaren Vormisch brenner 3, wie er aus EP-A1 0 321 809 hervorgeht. Diese Druckschrift bildet einen integrierenden Bestandteil dieser Beschreibung. Anschließend findet in einer als Ringbrennkam mer ausgebildeten Hochdruck-Brennkammer 4 die erste Heißgas- Erzeugung statt. Stromab dieser Hochdruck-Brennkammer 4 ope riert eine erste Turbine, eine Hochdruck-Turbine 5, in wel cher die in der Hochdruck-Brennkammer 4 erzeugten Heißgase 6 eine Teilentspannung erfahren. In diesem Zusammenhang ist er sichtlich, daß am Ende der Hochdruck-Brennkammer 4, stromauf der Laufschaufelreihe der Hochdruck-Turbine 5 eine Leitschau felreihe 7 wirkt. Die genannte Teilenspannung ist dadurch charakterisiert, daß die Abgase 8 aus der Hochdruck-Turbine 5 noch eine relativ hohe Temperatur aufweisen. Dementspre chend besteht die genannte Hochdruck-Turbine 5 aus wenigen Laufschaufelstufen, vorzugsweise 1-3 Stufen. Stromab der Hochdruck-Turbine 5 wirkt eine zweite Brennkammer, eine Nie derdruck-Brennkammer 9, welche nach einem Selbstzündungsprin zip funktioniert. Die Niederdruck-Brennkammer 9 hat im we sentlichen die Form eines durchströmten Ringkanals, in wel chem vorzugsweise ein gasförmiger Brennstoff 10 eingedüst wird. Bei einer Temperatur der Abgase 8 aus der Hochdruck- Turbine 5 ab 850°C findet eine Selbstzündung des eingedüsten Brennstoffes 10 statt. Grundsätzlich ist die Niederdruck- Brennkammer 9 in eine Vormischzone 11 und eine Verbrennungs zone 12 unterteilt, wobei diese Vormischzone 11 eine Reihe nicht dargestellter Wirbelelemente aufweist, welche eine Hilfe gegen eine Rückströmung der Flammenfront bilden. Etwa am Ende der Vormischzone 11 weist die Niederdruck-Brennkammer 9 eine Anzahl von am Umfang verteilten Brennstofflanzen 16 auf, welche die Eindüsung des Brennstoffes 10 übernehmen. Nicht darstellt ist die der Niederdruck-Brennkammer 9 nachge schaltete Niederdruck-Turbine. Die ganze Konfiguration der Gasturbogruppe, exklusiv Generator, ist auf einer einzigen gemeinsamen Rotorwelle 13 gelagert, wie die Achse 14 zum Aus druck bringen will. Vorteilhaft hierbei ist die Tatsache, daß die Abdeckung anhand eines einzigen Gehäuses 15 erstellt werden kann. Einzige Durchbrüche desselben bilden die Durch führungen für die Brennstofflanzen 16. Um weitere Durchbrüche des Gehäuses 15 zu vermeiden, werden die Thermoelemente 17 zur Erfassung der Temperatur der Abgase 8 in der Niederdruck- Brennkammer 9 in den Brennstofflanzen 16 eingebaut. Die Durchführung der Brennstofflanze 16 dient zugleich als Zufüh rung von Temperatur-Meßleitungen 18, deren Signale dann in einem Meß-/Regelungssystem 19 ausgewertet werden, um dann entsprechende Befehle zur Brennstoffregelung 20 zu formulie ren. Nebst den praktischen Vorteilen, die Brennstofflanze 16 gleichzeitig zur Aufnahme der Thermoelemente 17 zu benutzen, was sich insbesondere am Fehlen zusätzlicher Durchbrüche im Gehäuse 15 sowie beim Ersetzen defekter Thermoelemente 17, also betreffend Ein- und Ausbau, besonders vorteilhaft mani festiert, bildet dieser Meßort zugleich eine optimale Tem peraturabnahme in der Niederdruck-Brennkammer 9. Grundsätz lich weist die Temperatur der Heißgase 6 keine unmittelbare thermodynamische Grenze auf; diese Grenze wird vielmehr und vordergründig durch die zu beaufschlagende Hochdruck-Turbine 5 und deren Maschinenelemente vorgegeben. Kommt hinzu, daß die Vormischzone 11 eine verhältnismäßig starke Kühlung auf weisen muß, so daß auch die möglichen Imponderabilien aus diesem Prozeß für eine Brennstoffregelung über die Tempera turerfassung in der Niederdruck-Brennkammer 9 mitzuberück sichtigen sind. Der vorgeschlagene Ort für die Temperaturmes sung unmittelbar vor dem Ort der Selbstzündung in der Nieder druck-Brennkammer 9 erfaßt die tatsächlich dort vorhandene Temperatur der Abgase 8, läßt also sofort erkennen, ob diese Temperatur überhaupt eine Selbstzündung zuläßt, was ent scheidend für die hier beschriebene sequentielle Verbrennung ist. Eine zu hohe oder zu tiefe Temperatur der Abgase 11 läßt sich anhand einer dynamischen Brennstoffregelung der Hochdruck-Brennkammer 4 korrigieren, wobei eine zu hohe Tem peratur der in der Hochdruck-Brennkammer 4 gebildeten Heißgase 6 eine nicht minder schädigende Wirkungen auf die Hochdruck-Turbine 5 und auf die Vormischzone 11 der Nieder druck-Brennkammer 9 entfalten kann. Darüber hinaus läßt sich mit diesem Prinzip auch noch eine andere vorteilhafte Wirkung erzielen: Indem die Thermoelemente 17 jeweils einer Brenn stofflanze 16 zugeordnet sind, läßt sich für jeden von der Brennstofflanze 16 gebildeten Brenner eine individuelle Tem peraturkontrolle ausüben, welche dann eine gezielte Regelung des Brennstoffes 10 auszulösen vermag. Somit läßt sich mit einer einzigen Temperaturkontrolle an einem Ort mittlerer ka lorischer Belastung eine zielgerichtete Brennstoffregelung der einzelnen Verbrennungen erreichen.

Bezugszeichenliste

1 Verbrennungsluft
2 Brennstoff
3 Vormischbrenner
4 Hochdruck-Brennkammer
5 Hochdruck-Turbine
6 Heißgase
7 Leitschaufelreihe
8 Abgase
9 Niederdruck-Brennkammer
10 Brennstoff
11 Vormischzone der Niederdruck-Brennkammer
12 Verbrennungszone der Niederdruck-Brennkammer
13 Rotorwelle
14 Achse
15 Gehäuse
16 Brennstofflanze
17 Thermoelement
18 Temperatur-Meßleitung
19 Meß-/Regelungssystem
20 Brennstoffregelung

Claims

1. Verfahren zur Regelung einer Gasturbogruppe, im wesentlichen bestehend aus einer Verdichtereinheit, einer ersten der Ver dichtereinheit nachgeschalteten Brennkammer, einer der ersten Brennkammer nachgeschalteten ersten Turbine, einer dieser er sten Turbine nachgeschalteten, auf Selbstzündung operierenden zweiten Turbine, deren Heißgase eine zweite Turbine beauf schlagen, und aus mindestens einem Generator, dadurch gekenn zeichnet, daß die Bemessung mindestens der Brennstoffmenge für die erste Brennkammer (4) durch Erfassung der Temperatur der Abgase (8) aus der ersten Turbine (5) unmittelbar vor der Ort der Selbstzündung in der zweiten Brennkammer (9) geregelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Erfassung der Temperatur der Abgase (8) aus der ersten Tur bine (5) die Brennstoffmenge für die zweite Brennkammer (9) geregelt wird.

3. Gasturbogruppe zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Gasturbogruppe im wesentlichen aus einer Ver dichtereinheit, einer ersten der Verdichtereinheit nachge schalteten Brennkammer, einer der ersten Brennkammer nachge schalteten ersten Turbine, einer dieser ersten Turbine nach geschalteten zweiten Brennkammer, einer der zweiten Brennkam mer nachgeschalteten Turbine, und mindestens einem Generator besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Brennkammer (9) mit am Umgang verteilten Brennstofflanzen (16) bestückt ist, daß in mindestens eine Brennstofflanze (16) ein Thermo element (17) zur Erfassung der dort vorherrschenden Tempera tur integriert ist.