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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dampfkühlung des
Brenners einer Gasturbine, die in einer Kombinationsanlage, in der
eine Gasturbine und eine Dampfturbine kombiniert sind, in der Lage
ist, sogar während
Zeiträumen
der Laständerung
die Dampftemperatur genau bei geplanten Temperaturen einzuregeln.
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Stand der
Technik
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7 ist
eine schematische Darstellung einer Anlage mit einem Gasturbinenbrenner,
der dampfgekühlt
wird, und zwar in einer Kombinationsanlage, in der eine Gasturbine
und eine Dampfturbine kombiniert sind. In der Figur wird ein Verbrennungsgas 7,
welches als Folge der Stromerzeugung in einer Gasturbine 1 erzeugt
und ausgestoßen
wird, dem Boiler 4 zugeführt, und im Boiler 4 wird
Dampf 9 durch dieses Hochtemperatur-Verbrennungsgas 7 aus
der Gasturbine 1 erzeugt, und das Abgas 50 wird durch
den Schornstein 51 in die Atmosphäre abgegeben. Der im Boiler 4 erzeugte
Dampf 9 wird der Dampfturbine 5 zugeführt, und
dies treibt einen Stromgenerator an, so dass elektrischer Strom
erhalten wird. Das Kühlen
des Brenners der Gasturbine 1 erfolgt durch Extrahieren
eines Teils des vom Boiler 4 erzeugten Dampfs und Überführen dieses
Dampfs 40 zum Brenner, und der während dieses Kühlprozesses
erhitzte Dampf wird dann als wiedergewonnener Dampf 41 wieder
verwendet, indem er zur Dampfturbine 5 zurückgeführt wird.
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Als
nächstes
wird die Steuerung/Regelung der Dampfkühlung für den Gasturbinenbrenner in
einer Kombinationsanlage mit dem oben beschriebenen Aufbau erklärt werden:
6 ist
ein schematisches Flussdiagramm eines Dampf-Kühlsystems für Gasturbinenbrenner in einer herkömmlichen
Kombinationsanlage. In dieser Figur steuert/regelt eine Steuereinheit 2 den
Dampffluss, während
Verbrennungsgas von der Gasturbine 1 zum Boiler 4 geführt wird,
der Dampf erzeugt. Ferner ist dieses Dampf-Kühlsystem mit einer Hilfsdampfquelle 3,
einer Dampfturbine 5 und einem Kondensator 6 versehen.
Ein Dampfwiedergewinnungsventil 11 ist im Strömungsweg 61 des
wiedergewonnenen Dampfs vom Auslass des Brenners der Gasturbine 1 vorgesehen.
Ferner ist ein Dampfventil 12 im Strömungsweg 62 des extrahierten
Dampfs vom Boiler 4 zum Einlass des Brenners der Gasturbine 1 vorgesehen.
Ein Hilfsdampfventil 13 ist im Strömungsweg 63 vorgesehen,
um den Dampf aus der Hilfsdampfquelle 3 in den Strömungsweg 62 einzuführen, der
zum Einlass des Brenners der Gasturbine 1 führt. Das Öffnen und
Schließen
dieser Ventile 11–13 wird
durch die Steuereinheit 2 gesteuert/geregelt.
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Ferner
sind im System vorgesehen ein Temperatursensor 21, der
die Temperatur des durch den Hilfsdampf-Strömungsweg 63 strömenden Dampfs erfasst,
ein Temperatursensor 22, der die Temperatur des in den
Einlass des Brenners der Gasturbine 1 strömenden Dampfs
erfasst, sowie ein Temperatursensor 31, der die Temperatur
des Dampfs am Auslass des Brenners der Gasturbine 1 misst,
und die von diesen Temperatursensoren erfassten Werte werden in
die Steuereinheit 2 eingegeben. Zusätzlich zu den oben beschriebenen
Teilen wäre
eine tatsächliche
Anlage mit einem Ablauf-Auslass-System, Öffnungs- und Schließventilen,
Strömungsraten-
und Druckeinstellventilen, Druckdetektoren u.dgl. ausgestattet;
da diese jedoch zur Erläuterung
des technologischen Hintergrunds der vorliegenden Erfindung nicht
benötigt
werden, werden sie hier nicht erklärt.
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In
einem Steuer/Regelsystem wie dem oben beschriebenen erfolgt vor
dem Zuführen
von Dampf zum Brenner der Gasturbine 1 das Aufwärmen des Rohrleitungssystems
und das Ablassen des Ablaufs während
des Betriebs; allerdings sind diese Systeme in den Figuren weggelassen.
Vor dem Start wird zunächst
das Hilfsdampfventil 13 geöffnet, und Hilfsdampf kann
von der Hilfsdampfquelle 3 in den Hilfsdampf-Strömungsweg 63 strömen, und
strömt über den
Strömungsweg 62 durch
den Brenner der Gasturbine 1, und wird über ein in der Figur nicht
dargestelltes Spülrohr
abgelassen, so dass eine Erwärmung
erfolgt. Als nächstes
wird die Gasturbine 1 gestartet, und nach einer vorbestimmten
Zeitdauer wird das Hilfsdampfventil 13 geschlossen, während das Dampfventil 12 und
das Dampfwieder gewinnungsventil 11 geöffnet werden, der vom Boiler 4 extrahierte
Dampf wird dem Brenner der Gasturbine 1 zugeführt und
der Brenner wird unter Verwendung dieses Dampfs gekühlt, während der
im Kühlprozess
erhitzte Dampf zur Dampfturbine 5 zurückgeführt und wieder verwendet wird.
Die dem Brenner der Gasturbine 1 zugeführte Menge an Kühldampf
wird auf die Menge eingestellt, die für die Gasturbinenlast benötigt wird,
und zwar unter Durchführung
einer programmierten Steuerung/Regelung in der Steuereinheit 2.
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Wenn,
wie oben beschrieben, die Signale der Temperatursensoren 21, 22 und 31 in
die Steuereinheit 2 eingegeben werden, erfolgt das Öffnen und Schließen des
Hilfsdampfventils 13, des Dampfventils 12 und
des Dampfwiedergewinnungsventils 11 in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten
Programm, und die Dampfkühlung
erfolgt derart, dass der Brenner der Gasturbine 1 ab dem
Start der Gasturbine und während
des gesamten Betriebs bei geplanten Temperaturen bleibt.
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Wie
oben beschrieben wird bei herkömmlichen
Dampfkühlsystemen
für Gasturbinenbrenner
in Kombinationsanlagen der Brenner unter Verwendung von Dampf gekühlt, der
von einem Boiler extrahiert wird, und nach seiner Verwendung zum
Kühlen wird
der Dampf als wiedergewonnener Dampf zur Dampfturbine zurückgeleitet
und die benötigte Dampfmenge
wird durch eine Steuereinheit gesteuert/geregelt, und zwar unter
Verwendung eines Programms, das vorher gemäß der Last an der Gasturbine
bestimmt wird. Allerdings treten während des Starts in der Anlage
sowie während
Laständerungsperioden
Verzögerungen
in Antwort auf die Temperatur und den Druck des beim Boiler erzeugten
Dampfs auf, und als Folge dieser Verzögerungen ist der zum Kühlen des
Brenners eingesetzte Dampf unzureichend, so dass Fälle auftreten,
in denen die Dampftemperatur im Strömungsweg an der Kühldampf-Auslass-Seite
des Brenners zunimmt und geplante Temperaturen übersteigt, so dass die Brennertemperatur
exzessiv ansteigt. Ferner musste die Größe des Boilers erhöht werden,
um diesem Mangel des zum Kühlen
des Brenners verwendeten Dampfs entgegen zu wirken.
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Die
JP-A-7119413 offenbart ein Dampfkühlsystem gemäß dem ersten
Teil von Anspruch 1. Eine Ausführungsform
desselben umfasst eine Gasturbine 3, eine Dampfturbine 25 sowie
zwei Boiler 500 und 517.
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Offenbarung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Dampfkühlsystem
für Gasturbinenbrenner vorzuschlagen,
welches in Kombinationsanlagen mit einem dampfgekühlten Brenner
in der Lage ist, die Temperatur von Dampf, der vom Brenner zu einer Dampfturbine
gerichtet wird, bei vorbestimmten Temperaturen zu behalten, und
zwar sogar während
des Starts der Anlage oder während
Laständerungsperioden.
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Die
Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst ein Dampfkühlsystem
für Gasturbinenbrenner
in Kombinationsanlagen, bei dem von einer Gasturbine ausgestoßenes Verbrennungsgas
zu einem Boiler geführt
wird, Dampf wird in diesem Boiler erzeugt, und eine Dampfturbine
wird unter Verwendung dieses Dampfs betrieben, während ein Teil des Dampfs aus
dem Boiler extrahiert und dem Brenner der Gasturbine zugeführt wird,
um den Brenner zu kühlen,
und nach seiner Verwendung zum Kühlen wird
der Dampf zur Dampfturbine zurückgeführt; wobei
das Dampfkühlsystem
umfasst: einen Temperatursensor zum Erfassen von Dampf in einem
kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
des Gasturbinenbrenners; einen Dampfströmungsweg, durch den Dampf aus
dem Auslasssystem der Dampfturbine extrahiert wird und der extrahierte
Dampf vom Auslasssystem der Dampfturbine in den kühldampfauslasssseitigen
Strömungsweg
des Gasturbinenbrenners über
ein Temperaturregelventil eingelassen wird; sowie eine Steuereinheit,
die erfasste Temperatursignale vom Temperatursensor empfängt und
eine Steuerung/Regelung derart durchführt, dass das Ventil geöffnet wird,
wenn die erfasste Temperatur oberhalb eines vorbestimmten Werts
liegt, und das Ventil schließt,
wenn diese Temperatur kleiner oder gleich dem vorbestimmten Wert
ist.
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Die
Steuereinheit führt
die Steuerung/Regelung derart durch, dass dann, wenn die Temperatur des
Dampfs an der Kühldampfauslassseite
des Gasturbinenbrenners eine vorher eingestellte geplante Temperatur übersteigt,
das Temperatur- Regelventil geöffnet wird.
Wenn die vom Temperatursensor erfasste Temperatur den geplanten
Wert übersteigt, steuert/regelt
die Steuereinheit, die diese erfasste Temperatursignal empfängt, den Öffnungsbetrieb des
Ventils, und dies erlaubt es dem vom Auslasssystem der Dampfturbine
extrahierten Niedertemperaturdampf, in den kühldampfauslassseitigen Strömungsweg
des Gasturbinenbrenners hinein zu gelangen, wodurch die Temperatur
dergestalt geregelt wird, dass die Temperatur des Dampfs gesenkt
wird, der im kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg strömt. Wenn
als nächstes
die Temperatur des Dampfs im Strömungsweg
an der Kühldampfauslassseite
des Brenners den geplanten Wert erreicht, wird das Ventil geschlossen,
und die normale Steuerung/Regelung wird wieder aufgenommen. Mittels
einer derartigen Steuerung/Regelung kann ein exzessiver Anstieg
der Dampftemperatur im Strömungsweg
an der Kühldampfauslassseite
des Gasturbinenbrenners sogar während
des Starts der Anlage oder während
Lastfluktuationen vermieden werden, und somit kann die Temperatur
derart geregelt werden, dass sie bei geplanten Werten bleibt.
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Ein
anderer Modus der Erfindung der vorliegenden Anmeldung betrifft
ein Dampfkühlsystem
für Gasturbinenbrenner,
umfassend einen Drucksensor zum Erfassen einer Druckdifferenz zwischen
dem einlassseitigen Strömungsweg
und dem auslassseitigen Strömungsweg
des Kühldampfs
des Brenners, sowie einen Umgehungsströmungsweg, um zu ermöglichen,
dass Dampf vom kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
des Brenners über
ein Umgehungsventil zum Kondensator strömt; ein erfasstes Temperatursignal
vom Temperatursensor und ein Drucksignal vom Drucksensor werden
in die Steuereinheit eingegeben, und die Steuereinheit führt eine Steuerung/Regelung
derart durch, dass dann, wenn die erfasste Temperatur höher als
ein vorbestimmter Wert ist, das Temperaturregelventil geöffnet, wohingegen
dann, wenn diese Temperatur kleiner oder gleich dem vorbestimmten
Wert ist, das Ventil geschlossen wird, und ferner eine Steuerung/Regelung derart
durchführt,
dass dann, wenn der Druck kleiner als ein vorbestimmter Wert ist,
das Umgehungsventil geöffnet
wird, wohingegen dann, wenn der vorbestimmte Wert erreicht wird,
das Umgehungsventil geschlossen wird.
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Wenn
bei dem oben beschriebenen Aufbau als Folge irgendeines Grunds ein
Zustand erreicht wird, in dem die zur Kühlung verwendete Dampfmenge
nicht ausreicht, und die benötigte
Dampfmenge nicht strömt,
so gibt es Fälle,
in denen die vom Drucksensor erfasste Druckdifferenz unter dem vorbestimmten
Wert bleibt, selbst wenn ein Einströmen von Niedertemperaturdampf
durch das Temperaturregelventil veranlasst wird. In solchen Fällen steuert/regelt
die Steuereinheit den Öffnungsbetrieb
des Umgehungsventils, der kühldampfauslassseitige Strömungsweg
des Brenners wird in Verbindung mit dem Kondensator gebracht, und
die Druckdifferenz zwischen dem kühldampfeinlassseitigen Strömungsweg
und dem auslassseitigen Strömungsweg
des Brenners wird zwangsweise erhöht, so dass ein Strömen von
Dampf ausgelöst
wird, und somit kann ein exzessiver Anstieg der Temperatur des Dampfs
vermieden werden, der durch den kühldampfauslassseitigen Strömungsweg
des Gasturbinenbrenners strömt,
und zwar sogar während
des Starts der Anlage oder während
Lastfluktuationsperioden, und somit kann die Steuerung/Regelung
auf geplante Werte erfolgen.
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Ein
weiterer Modus der Erfindung der vorliegenden Anmeldung umfasst
ein Dampfkühlsystem für Gasturbinenbrenner,
wobei im Zustand eines geöffneten
Temperaturregelventils dann, wenn die vom Temperatursensor erfasste
Temperatur nicht auf einen vorbestimmten Wert verringert wird, die
Steuereinheit eine Steuerung/Regelung derart durchführt, dass
das Umgehungsventil geöffnet
wird.
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In
dem oben beschriebenen Aufbau wird die Temperatur am kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
des Brenners erfasst, so dass die Steuereinheit zuerst den Öffnungsbetrieb
des Temperaturregelventils steuert/regelt, und in Fällen, in
denen diese Steuerung/Regelung ungenügend ist als nächstes den Öffnungsbetrieb
des Umgehungsventils steuert/regelt. In Fällen, in denen die Druckdifferenz
zwischen dem kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
und dem auslassseitigen Strömungsweg des
Brenners klein ist, wird ferner dieses Umgehungsventil unabhängig von
der Dampftemperatur in der Nähe
des Brennerauslasses geöffnet.
Unter Verwendung beider Werte, die vom Drucksensor und vom Temperatursensor
erfasst werden, steuert/regelt dementsprechend die Steuereinheit
das Umgehungsventil, so dass die Zuverlässigkeit der Steuerung/Regelung
verbessert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
ein schematisches Flussdiagramm, das ein Dampfkühlsystem für Gasturbinenbrenner gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Zeitdiagramm der Steuerung/Regelung des Dampfkühlsystems
für Gasturbinenbrenner
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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3 ist
ein schematisches Flussdiagramm, das ein Dampfkühlsystem für Gasturbinenbrenner gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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4 ist
ein Flussdiagramm der charakteristischen Bereiche der Steuereinheit
der vorliegenden Erfindung in einem Dampfkühlsystem für Gasturbinenbrenner gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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5 ist
ein Zeitdiagramm der Steuerung/Regelung des Dampfkühlsystems
für Gasturbinenbrenner
gemäß einer
weiteren Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung.
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6 ist
ein schematisches Flussdiagramm eines herkömmlichen Dampfkühlsystems
für Gasturbinenbrenner.
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7 ist
ein schematisches Diagramm einer Kombinationsanlage, die mit einem
herkömmlichen dampfgekühlten Brenner
ausgestattet ist.
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Bester Modus zur Ausführung der
Erfindung
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung konkret basierend auf den Figuren erklärt werden.
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1 ist
ein schematisches Flussdiagramm eines Dampfkühlsystems für Gasturbinenbrenner gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 haben
die Bezugszeichen 1, 3–6, 11–13 sowie 21–22 Funktionen
identisch jenen in dem 6 gezeigten herkömmlichen
Beispiel, und eine detaillierte Beschreibung desselben wird hier weggelassen,
und sie werden einfach durch Be zugnahme erläutert werden. Ferner sind die
charakteristischen Teile der vorliegenden Erfindung jene, denen die
Bezugszeichen 10, 30 und 31 gegeben wurden, und
diese werden nachfolgend im Detail beschrieben werden.
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In 1 führt die
Steuereinheit 10 eine Steuerung/Regelung derart durch,
dass das Hilfsdampfventil 13 vor dem Start geöffnet wird, ähnlich dem oben
erwähnten
herkömmlichen
Beispiel, und Hilfsdampf von der Hilfsdampfquelle 3 in
den Hilfsdampfströmungsweg 63 strömt, und
der Dampf wird über den
Strömungsweg 62 zum
Brenner der Gasturbine 1 geführt und wird über ein
in der Figur nicht dargestelltes Spülrohr abgelassen, so dass eine
Erwärmung
auftritt. Als nächstes
wird die Gasturbine 1 gestartet, und nach einer vorbestimmten
Zeitdauer wird das Hilfsdampfventil 13 geschlossen, und
gleichzeitig das Dampfventil 12 geöffnet, und auch das Dampfwiedergewinnungsventil 11 wird
geöffnet
und der vom Boiler 4 extrahierte Dampf wird dem Brenner der
Gasturbine 1 zugeführt,
der Brenner wird gekühlt, und
nach seiner Verwendung zum Kühlen
wird der Dampf über
den kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 zur
Dampfturbine 5 zurückgeführt. Als ein
konkretes Beispiel für
diesen Fall wird der Dampf vom Boiler 4 vom Auslass eines
IPSH (intermediate pressure super heater, Zwischendrucksuperheizer) extrahiert,
und der wiedergewonnene Dampf wird zu einem großen HTR (high-temperature steam
reheater, Hochtemperaturdampfrückheizer)
zurückgeführt.
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Die
oben beschriebene Steuerung/Regelung ist ähnlich jener des in 6 gezeigten
herkömmlichen
Beispiels; allerdings ist die vorliegende Erfindung ferner mit den
folgenden Funktionen ausgestattet.
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Die
Steuereinheit 10 steuert/regelt die zur Brennerkühlung benötigte Dampfmenge
entsprechend dem Start der Anlage oder während Lastfluktuationsperioden;
allerdings gibt eine derartige Steuerung/Regelung nicht sofort die
Drücke
und Temperaturen des im Boiler erzeugten Dampfs wieder, vielmehr
tritt eine Verzögerung
auf, und als Folge dieser Verzögerung
gibt es Fälle,
in denen der Kühldampf für den Brenner
ungenügend
ist und die Dampftemperatur am Brennerauslass über der geplanten Temperatur
liegt.
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Das
Temperatursignal des Temperatursensors 31 wird der Steuereinheit 10 eingegeben,
und wenn die erfasste Temperatur über einer vorher eingestellten geplanten
Temperatur liegt, führt
die Steuereinheit 10 eine Steuerung/Regelung derart durch, dass
das Temperaturventil 30 geöffnet wird. Durch das Öffnen des
Temperaturventils 30 wird das Auslassgas von der Dampfturbine 5,
d.h. wiedererhitzter Niedertemperaturdampf, extrahiert, und wird
in den Strömungsweg 61 auf
der Seite des wiedergewonnenen Dampfes eingegeben, d.h. an der Kühldampfauslassseite
des Brenners. Durch diese Steuereinheit 10 wird die Temperatur
des Dampfs an der Brennerauslassseite, die hoch geworden war, geregelt, und
seine Temperatur sinkt, und wenn sie die geplante Temperatur erreicht,
erfolgt die Steuerung/Regelung derart, dass das Temperaturregelventil 30 geschlossen
wird, und die Steuerung/Regelung des Normalbetriebs wird wieder
aufgenommen.
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2 ist
ein Zeitdiagramm der Steuerung/Regelung in einer tatsächlichen
Ausführungsform
gemäß der obigen
Erläuterung.
In der Figur gibt das oberste Niveau die Muster der Drehung und
der Last der Gasturbine 1 an; die Last der Gasturbine 1 steigt
langsam von einer Periode von 30 min nach dem Start an, und nach
einem bestimmten Punkt nach Verlauf von 150 min erreicht sie 100
Prozent. In Übereinstimmung
mit dem Lastmuster behält
die Steuereinheit 10 das Hilfsdampfventil 13 in
einem offenen Zustand, bevor die Gasturbine 1 gestartet
wird, sowie während
einer Periode von mehr als 60 min nach ihrem Start; der Hilfsdampf
von der Hilfsdampfquelle 3 wird in den Strömungsweg 62 eingelassen. Ferner
wird die für
den Brenner nach der Versorgung mit Hilfsdampf benötigte Dampfmenge
ebenfalls in Übereinstimmung
mit diesem Lastmuster eingestellt. Die Steuereinheit 10 öffnet das
Dampfventil 12 und das Dampfwiedergewinnungsventil 11 gleichzeitig mit
dem Schließen
des Hilfsdampfventils 13; der Brenner wird gekühlt, indem
man Dampf vom Boiler 4 in den Strömungsweg 62 einlässt, und
zwar in Übereinstimmung
mit dem Muster der für
den Brenner benötigten
Dampfmenge. Nach seiner Verwendung zum Kühlen kehrt dieser Dampf über das Dampfwiedergewinnungsventil 11 zur
Dampfturbine 5 zurück.
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Ferner
erfährt
die Temperatur des wiedergewonnenen Dampfs (Brennerauslasstemperatur)
des Temperatursensors 31 einen Übergang bei der geplanten Temperatur;
wenn jedoch ein plötzlicher
Anstieg in der Last an einem Punkt nach dem Verstreichen vom 150
min auftritt, so steigt als Folge der Verzögerung in der Bereitstellung
von Dampf und dergleichen die Dampftemperatur über die ge plante Temperatur
T. Zu diesem Zeitpunkt öffnet
die Steuereinheit 10 das Temperaturregelventil 30,
und das Auslassgas von der Dampfturbine 5, d.h. der wiedererhitzte
Niedertemperaturdampf, wird extrahiert und in den kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners eingelassen, und die Temperatur wird geregelt, und wenn
die Temperatur zum geplanten Wert zurückkehrt, wird das Temperaturregelventil 30 geschlossen,
und die normale Steuerung/Regelung wird wieder aufgenommen.
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Gemäß der obigen
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden in einem Dampfkühlsystem
für Gasturbinenbrenner
ein Temperatursensor 31 und ein Temperaturregelventil 30 bereitgestellt, um
einen exzessiven Anstieg der Dampftemperatur am Brennerauslass zu
verhindern, und eine Steuerung/Regelung wird durch die Steuereinheit 10 durchgeführt, und
ein Teil des Auslassgases von der Dampfturbine 5 wird extrahiert
und zur Brennerauslassseite zurückgeführt, so
dass es möglich
ist, die Temperatur am Auslass des Brenners der Gasturbine 1 sogar
während
des Starts der Anlage oder während Laständerungsperioden
auf geplante Werte zu steuern/regeln, und ferner ist es nicht erforderlich,
die Boilergröße zu erhöhen, um
auf Mängel
des zur Brennerkühlung
verwendeten Dampfs zu antworten.
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3 ist
ein schematisches Flussdiagramm eines Dampfkühlsystems für Gasturbinenbrenner gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Diejenigen Teile, die identische Bezugszeichen
wie in 1 haben, haben die gleiche Funktion. Ein Temperatursensor 23 zum
Erfassen der Dampftemperatur am Brennerauslass ist in der Nähe des Brennerauslasses
im Strömungsweg 61 an der
Kühldampfauslassseite
des Brenners vorgesehen, und ein Umgehungsventil 14 ist
im Strömungsweg 64 (dem
Umgehungsweg) angeordnet, der aus der Umgebung des Auslasses des
Brenners im Strömungsweg 61 an
der Kühldampfauslassseite
des Brenners zum Kondensator führt,
und die vom Temperatursensor 23 erfassten Werte werden
zur Steuereinheit 10 übertragen.
Ferner ist ein Drucksensor 24 zum Erfassen der Druckdifferenz
zwischen dem dampfeinlassseitigen Strömungsweg 62 und dem dampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners zwischen dem Strömungsweg 61 und
dem Strömungsweg 62 installiert,
und der hierdurch erfasste Wert wird zur Steuereinheit 10 überfragen.
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Die
Steuereinheit 10 führt
die folgende Steuerung/Regelung durch, die ein charakteristisches Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist. In anderen Worten, wenn die vom
Drucksensor 24 am Brennerauslass der Gasturbine 1 erfasste
Druckdifferenz klein ist, strömt
die benötigte
Dampfmenge nicht zum Brenner, so dass die Temperatur des Temperatursensors 31 ebenfalls
ansteigt, und in einem solchen Fall steuert/regelt die Steuereinheit 10 eine Öffnungsbetätigung des
Umgehungsventils 14, um die benötigte Dampfmenge am Brenner
zu garantieren, und die Steuerung/Regelung erfolgt derart, dass
Dampf vom Kondensator 6 über den Umgehungsweg 64 zum Kondensator 6 strömt. Auf
diese Weise kann ein exzessives Erhitzen des Brenners vermieden
werden, indem man eine Druckdifferenz zwischen dem Brennerauslass
und -einlass erzwingt und einen Dampfstrom bewirkt.
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Als
nächstes
wird als eine zweite Ausführungsform
in dem Fall, in dem die Temperatur des Temperatursensors 31 hoch
ist, das Temperaturregelventil 30 zuerst geöffnet, und
wenn keine Steuerung/Regelung auf diese Weise erfolgen kann, so wird
auch das Umgehungsventil 14 geöffnet. Wenn ferner die Druckdifferenz
zwischen dem kühldampfeinlassseitigen
Strömungsweg 62 und
dem auslassseitigen Strömungsweg 61 des
Brenners gering ist, dann wird dieses Umgehungsventil 14 geöffnet, unabhängig von
der Dampftemperatur des kühldampfauslassseitigen
Strömungswegs 61 des
Brenners, die vom Temperatursensor 31 erfasst wird. Hier kann
die Temperatur unter Verwendung des Temperatursensors 23 erfasst
werden, der in der Nähe
des Brennerauslasses im kühldampfauslassseitigen Strömungsweg 61 des
Brenners vorgesehen ist, anstelle des Temperatursensors 31.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das aus der von der Steuereinheit 10 durchgeführten Steuerung/Regelung
diejenigen Teile zeigt, die charakteristisch für die vorliegende Erfindung
sind. In S1 erfolgt das Kühlen
des Brenners durch Dampf, das Dampfventil 12 wird geöffnet und
Dampf wird vom Boiler 4 zum Brenner geführt, der Brenner wird gekühlt, und der
Dampf wird über
das Dampfwiedergewinnungsventil 11 zur Dampfturbine 5 zurückgeführt.
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Wenn
während
des Kühlens
die vom Temperatursensor 31 erfasste Temperatur ansteigt
und größer als
eine vorher festgelegte Temperatur wird, steigt in S2 die Brennertemperatur
an, und der zum Kühlen
verwendete Dampf wird ungenügend,
so dass eine Bestimmung erfolgt, ob die Brennertemperatur steigt,
und in S3 wird das Temperaturregelventil 30 geöffnet, und
Niedertemperaturdampf von der Dampfturbine 5 wird in den
kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners injiziert.
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In
S4 werden Fälle
beobachtet, in denen unabhängig
von der Tatsache, dass in S3 Niedertemperaturdampf in den Dampfströmungsweg
des Brenners während
einer vorbestimmten Zeitdauer mittels des Temperaturregelventils 30 injiziert
wurde, die Dampfstromrate zum Brenner unzureichend ist, und die
Temperatur des wiedergewonnenen Dampfes steigt. D.h., eine Bestimmung
wird vorgenommen, ob die vom Temperatursensor 31 erfasste
Temperatur größer als
die in S2 vom Temperatursensor 31 erfasste Temperatur ist,
und wenn sie größer ist,
so wird das Umgehungsventil 14 während einer vorbestimmten Zeitdauer
in S5 geöffnet,
Dampf vom kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners wird gezwungen, in den Kondensator 6 zu strömen, und
die Druckdifferenz zwischen dem kühldampfeinlassseitigen Strömungsweg 62 und
dem kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des Brenners
wird zwangsweise erhöht,
und Dampf wird gezwungen zu strömen,
um somit das Überhitzen des
Brenners zu verhindern. Hierbei kann die Temperatur in der Nähe des Brennerauslasses
unter Verwendung des Temperatursensors 23 anstelle des Temperatursensors 31 erfasst
werden, und in S2 kann eine Bestimmung erfolgen, ob diese Temperatur
größer als
die vom Temperatursensor 31 erfasste Temperatur ist, und
die gleiche Steuerung/Regelung kann durchgeführt werden.
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In
S6 wird in dem Fall, in dem die vom Temperatursensor 31 oben
in S2 erfasste Temperatur unverändert
ist, oder in S7 in dem Fall, in dem der erfasste Wert unverändert ist,
die Kühlung
des Brenners fortgesetzt.
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Ferner
erfolgt in S7 eine Bestimmung, ob die Druckdifferenz des Drucksensors 24 kleiner
als ein vorbestimmter Druck ist, und wenn sie kleiner ist, so wird
in S8 das Umgehungsventil 14 geöffnet, und Dampf strömt in den
Kondensator 6.
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5 ist
ein Zeitdiagramm der Steuerung/Regelung in der oben erklärten Ausführungsform.
In der Figur zeigt das oberste Niveau die Muster der Drehzahl und
Last der Gasturbine 1; die Last der Gasturbine 1 zeigt
ein Muster der gestalt, dass sie nach einer Periode von 30 Sekunden
nach dem Start langsam ansteigt und an einem Punkt nach dem Verlauf
von 150 min ein Niveau von 100% erreicht. Entsprechend diesem Lastmuster
hält die
Steuereinheit 10 den Hilfsdampfantrieb 13 von
vor dem Start der Gasturbine 1 bis zu einem Zeitpunkt nach
Verlauf von 60 min oder mehr ab dem Start in einem geöffneten Zustand
und verursacht ein Einströmen
von Hilfsdampf von der Hilfsdampfquelle 3 in den Strömungsweg 62.
Ferner wird auch die für
den Brenner nach der Zufuhr dieses Hilfsdampfs benötigte Dampfmenge
in Übereinstimmung
mit dem Lastmuster eingestellt.
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Die
Steuereinheit 10 steuert/regelt den Öffnungsbetrieb des Dampfventils 12 und
des Dampfwiedergewinnungsventils 11 gleichzeitig mit dem Schließen des
Hilfsdampfventils 13, und durch ein Einströmenlassen
von Dampf vom Boiler 4 in den Strömungsweg 62 entsprechend
dem Muster der für den
Brenner benötigten
Dampfmenge wird der Brenner gekühlt.
Nach seiner Verwendung zum Kühlen wird
der Dampf über
das Dampfwiedergewinnungsventil 11 zur Dampfturbine 5 zurückgeführt.
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Ferner
erfährt
die Temperatur des wiedergewonnenen Dampfs (Brennerauslasstemperatur)
des Temperatursensors 31 einen Übergang an einer geplanten
Temperatur bei einem Punkt bis zu 150 min nach dem Start; während des
schnellen Anstiegs der Last nach 150 Betriebsminuten hingegen übersteigt die
Dampftemperatur die geplante Temperatur T als Folge der Verzögerung bei
der Zufuhr von Dampf u. dgl.. Zu diesem Zeitpunkt steuert/regelt
die Steuereinheit 10 die Öffnungsbetätigung des Temperaturregelventils 30,
und das Auslassgas von der Dampfturbine 5, d.h. der wiedererhitzte
Niedertemperaturdampf, wird extrahiert und in den kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners injiziert, und die Temperatur wird geregelt, und wenn die
Temperatur auf den geplanten Wert zurückkehrt, wird das Temperaturregelventil 30 geschlossen,
und die normale Steuerung/Regelung wird wieder aufgenommen. Bis
zu diesem Punkt ist der Betrieb identisch dem in den 1 und 2 gezeigten.
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Wenn
hier die vom Drucksensor 24 erfasste Druckdifferenz zwischen
dem einlassseitigen Strömungsweg 62 und
dem auslassseitigen Strömungsweg 61 des
Kühldampfs
des Brenners kleiner als ein vorbestimmter Wert ist, wird das Um gehungsventil 14 geöffnet, und
zwar unabhängig
von der Dampftemperatur am kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg 61 des
Brenners, die vom Temperatursensor 31 erfasst wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden in einem Dampfkühlsystem
für Gasturbinenbrenner
ein Temperatursensor 31 und ein Temperaturregelventil 30 bereit
gestellt, um ein exzessives Ansteigen der Dampftemperatur am Brennerauslass
zu verhindern, und mittels der Steuereinheit 10 wird ein
Teil des von der Dampfturbine 5 abgebenen Dampfs extrahiert
und zum Brennerauslass zurückgeführt. Ferner
sind zusätzlich
zu dieser Steuerung/Regelung ein Temperatursensor 23, ein
Drucksensor 24 und ein Umgehungsventil 14 vorgesehen,
und der vom Brenner ausgegebene Dampf wird gezwungen, zum Kondensator 6 auszuströmen. Die
Auslasstemperatur des Brenners der Gasturbine 1 kann sogar
während
des Starts der Anlage und während
Laständerungsperioden
auf geplante Werte gesteuert/geregelt werden, und ferner ist es
nicht nötig,
einen größeren Boiler
zu installieren, um Mängel
im Dampf zu beseitigen, der zum Kühlen des Brenners verwendet
wird.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Wenn
gemäß der oben
beschriebenen Struktur die Dampftemperatur im kühldampfauslassseitigen Strömungsweg
eines Brenners einer Gasturbine steigt, wird Niedertemperaturdampf,
der vom Dampfturbinenauslasssystem ausgelassen wird, extrahiert und
in den kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg injiziert,
und somit wird es möglich,
die Dampftemperatur zu regeln, und ferner wird selbst dann, wenn aus
irgendeinem Grund die Kühldampfmenge
abnimmt, was zu einer Zunahme der Brennertemperatur führen kann,
der kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
des Brenners in Verbindung mit dem Kondensator gebracht, indem ein
Umgehungsventil geöffnet
wird, und die Druckdifferenz zwischen dem kühldampfeinlassseitigen Strömungsweg
und dem auslassseitigen Strömungsweg
des Brenners wird vergrößert, und
eine Steuerung/Regelung wird derart durchgeführt, dass ein Dampffluss erzwungen
wird, so dass die Dampftemperatur im kühldampfauslassseitigen Strömungsweg
des Brenners einer Gasturbine ohne über mäßigen Anstieg auf geplante
Werte gesteuert/geregelt werden kann, und zwar sogar während des
Starts oder während
Laständerungsperioden.
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Wenn
ferner in dem Zustand, in dem das Temperaturegelventil offen ist,
die vom Sensor erfasste Temperatur unter einen vorbestimmten Wert fällt, öffnet die
Steuereinheit das Umgehungsventil, und hierdurch wird zusätzlich zu
dem vom Drucksensor erfassten Wert eine Steuerung/Regelung durchgeführt, während ebenfalls
die Temperatur des kühldampfauslassseitigen
Strömungsweg
des Brenners erfasst wird, so dass die Zuverlässigkeit der Steuerung/Regelung
erhöht
wird.