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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein dampfgekühltes System
in einem Kombikraftwerk und insbesondere auf ein System, das so aufgebaut
ist, dass ein Hochtemperaturabschnitt (zu kühlender Abschnitt) einer Gasturbinen-Brennkammer
etc. in einem Kombikraftwerk, in dem ein Gasturbinen-Kraftwerk und
ein Dampfturbinen-Kraftwerk miteinander kombiniert sind, durch aus
einem Abwärme-Rückgewinnungskessel kommenden
Dampf gekühlt
wird.
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Beschreibung des Standes
der Technik
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Bei
einem Kombikraftwerk, bei dem ein Gasturbinen-Kraftwerk und ein Dampfturbinen-Kraftwerk miteinander
kombiniert sind, wird ein Hochtemperaturbereich der Wärmeenergie
von einer Gasturbine übernommen,
und ein Niedertemperaturbereich hiervon von einer Dampfturbine,
so dass die Wärmeenergie
zur wirksamen Nutzung zurückgewonnen
wird; folglich wird diesem Energieerzeugungssystem in jüngster Zeit
viel Aufmerksamkeit geschenkt.
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Bei
diesem Kombikraftwerk wird als Maßnahme zur Verbesserung des
Wirkungsgrads anstelle der Verwendung von Luft als Kühlmedium
zur Kühlung
des Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts
ein System eingesetzt, das in dem Grundzyklus (bottoming cycle)
erzeugten Dampf einsetzt, offenbart.
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3 zeigt
ein vorbekanntes Gasturbinen-Dampfsystem in einem Kombikraftwerk.
In 3 bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine
Gasturbine, die Bezugsziffer 2 bezeichnet einen Abwärme-Rückgewinnungskessel hiervon,
die Bezugsziffer 3 bezeichnet eine Hochdruck-Dampfturbine
und die Bezugsziffer 4 bezeichnet eine Zwischendruck-Dampfturbine.
Der Abwärme-Rückgewinnungskessel 2 umfasst
eine Hochdrucktrommel 5, einen Hochdruck-Überhitzer 6, einen
Wiedererhitzer 7, eine Zwischendrucktrommel 9,
einen Zwischendruck-Überhitzer 10 etc.
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Die
Bezugsziffer 8 bezeichnet einen Hochtemperaturabschnitt
(oder einen Wärmetauscher hiervon)
einer Gasturbinen-Brennkammer etc., der ein von Dampf zu kühlender
Abschnitt ist. Die Bezugsziffer 12 bezeichnet ein Temperatursteuerventil, das
durch eine Temperatursteuervorrichtung 11 gesteuert wird.
Die Bezugsziffer 13 bezeichnet einen Überhitzer-Auslassdampf-Temperaturdetektor,
und die Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Temperaturdetektor.
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In
dem in 3 gezeigten Gasturbinen-Dampfsystem wird Abgas
der Gasturbine 1 in den Abwärme-Rückgewinnungskessel 2 geleitet. Dampf
von der Hochdrucktrommel 5 des Abwärme-Rückgewinnungskessels 2 wird über den
Hochdruck-Überhitzer 6 in
die Hochdruck-Dampfturbine 3 geleitet. Ferner wird Dampf
von der Zwischendrucktrommel über
den Zwischendruck-Überhitzer 10 und den
Wiedererhitzer 7 sequentiell in die Zwischendruck-Dampfturbine 4 geleitet.
Auslassdampf der Hochdruck-Dampfturbine 3 verbindet sich
mit einem Einlassdampf des Wiedererhitzers 7.
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Andererseits
divergiert der Auslassdampf des Zwischendruck-Überhitzers 10 teilweise
von dem dem Wiedererhitzer 7 zugeführten (Dampf), um der Reihe
nach durch das Temperatursteuerventil 12 und den Hochtemperaturabschnitt 8 der
Gasturbinen-Brennkammer zu strömen,
und vereinigt sich dann mit dem Auslassdampf des Wiedererhitzers 7, um
in die Zwischendruck-Dampfturbine 4 geleitet zu werden.
Eine Ausgabe des Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Temperaturdetektors 15,
die an einem Auslass des Hochtemperaturabschnitts 8 bereitgestellt
wird, wird dem Temperatursteuerventil 12, das in einer
Dampfleitung an der Einlassseite des Hochtemperaturabschnitts vorgesehen
ist, über
den Temperatursteuerabschnitt gesendet.
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Somit
tritt das Abgas der Gasturbine 1 in den Abwärme- Rückgewinnungskessel 2 ein,
um Hochdruckdampf, Zwischendruckdampf und Niederdruckdampf zu erzeugen.
Der in der Hochdrucktrommel 5 erzeugte Dampf wird an dem
Hochdruck-Wiedererhitzer 6 zu überhitztem
Dampf, um in der Hochdruck-Dampfturbine 3 zu
arbeiten, und strömt
durch eine Hochdruck-Abdampfleitung,
um sich mit dem Zwischendruckdampf zu verbinden und wird dann am
Wiedererhitzer 7 wiedererhitzt, um in die Zwischendruck-Dampfturbine 4 eingeleitet
zu werden. An der Zwischendrucktrommel 9 erzeugter Dampf wird
an dem Zwischendruck-Überhitzer 10 erhitzt und
wird in einer notwendigen Menge zu dem Hochtemperaturabschnitt 8 der
Brennkammer der Gasturbine 1 etc. zu deren Kühlung entweder über einen Wärmetauscher
direkt in den Hochdruckabschnitt 8 geleitet, und verbindet
sich dann mit dem Auslassdampf des Wiedererhitzers 7. Überschüssiger Dampf verbindet
sich mit dem aus der Hochdruck-Dampfturbine 3 kommenden
Dampf durch die Hochdruck-Abdampfleitung, um dem Wiedererhitzer 7 zugeführt zu werden.
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Was
den Dampf betrifft, der den Hochtemperaturabschnitt 8 durchströmt hat,
so wird dessen Temperatur so gesteuert, dass das Temperatursteuerventil 12,
welches in der Dampfleitung an der Einlassseite des Hochtemperaturabschnitts 8 vorgesehen
ist, durch ein Steuersignal von dem Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Temperaturdetektor 15 und
der Temperatursteuervorrichtung 11 so gesteuert wird, dass
eine Strömungsrate
des Dampfs gesteuert wird.
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Das
vorbekannte dampfgekühlte
System ist ein System, bei dem der zur Kühlung des Hochtemperaturabschnitts 8 der
Gasturbinen-Brennkammer etc. verwendete Dampf genutzt wird, in seiner
Strömungsrate
durch das Temperatursteuerventil 12, das am Einlass des
Hochtemperaturabschnitts 8 vorgesehen ist, so gesteuert
wird, dass die Auslassdampftemperatur des Hochtemperaturabschnitts 8 auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt wird.
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Wenn
in diesem Fall ein Kühldampfdruck niedriger
wird als ein Druck in einem Turbinenzylinder der Gasturbine 1 (Austragsdruck
eines Gasturbinen-Luftkompressors), kommt Verbrennungsgas in das
Dampfsystem, und es besteht die Befürchtung, dass ein Problem,
wie z.B. ein Brand des Dampfsystems etc. auftritt.
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D.h.,
bei dem vorbekannten System, in dem das Temperatursteuerventil 12 am
Einlass des Hochtemperaturabschnitts 8 vorgesehen ist,
ist es zwar möglich,
eine Steuerung zum Mindern des Anstiegs der Auslassdampftemperatur
des Hochtemperaturabschnitts 8 durchzuführen, es besteht jedoch ein Problem
insofern, als es schwierig ist, eine Steuerung für den Fall durchzuführen, in
dem der Kühldampfdruck
niedriger wird als der Druck in dem Turbinenzylinder (Austragsdruck
eines Gasturbinen-Luftkompressors).
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Ferner
wird bei dem vorbekannten dampfgekühlten System in dem Kombikraftwerk
zwar ein Basisrahmen der Steuerung eines Gasturbinenbetriebs aufrechterhalten,
so dass die Gasturbine durch ein Brennstoff-Strömungssteuerventil sicher betrieben wird,
welches von einem Ventilöffnungs-Befehlssignal gesteuert
wird, das durch den niedrigsten Wert aus dem Brennstoffströmungsraten-Befehlssignalen erstellt
wird, die von einer Geschwindigkeits-Steuervorrichtung (Ausgangsleistungs-Steuervorrichtung), einer
Verbrennungstemperatur-Steuervorrichtung, einer Lastlimit-Steuervorrichtung
und einer Beschleunigungs-Steuervorrichtung abgegeben werden, es
gibt jedoch noch kein ausreichendes (Signal) der Strömungsgeschwindigkeitssteuerung
des Kühldampfs
zur Kühlung
des Hochtemperaturabschnitts der Gasturbine.
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D.h.,
um bei der das dampfgekühlte
System anwendenden Gasturbine eine ungewöhnlich übermäßige Kühlung oder Erhitzung zu verhindern
und das Auftreten einer Wärmebeanspruchung
an dem Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt zu unterdrücken, ist
es nötig,
eine Steuerung der Dampfzuführrate
durchzuführen,
um eine geeignete Kühlung
entsprechend der thermischen Last an dem Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
zu bewirken.
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Abriss der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Überwachungssystem bei einer
dampfgekühlten
Gasturbine, beispielsweise in einem Kombikraftwerk, das ein dampfgekühltes System
mit einem Hochtemperaturabschnitt einer Brennkammer etc. anwendet,
bereitzustellen, das so aufgebaut ist, dass die Auslassdampftemperatur
des Hochtemperaturabschnitts erfasst wird, um das Auftreten einer
Störung
in dem Hochtemperaturabschnitt früher zu entdecken, so dass die
Gasturbine sicher betrieben werden kann.
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Im
einzelnen ist es bei dem Kombikraftwerk, welches das dampfgekühlte System
anwendet, vorzuziehen, dass das Auftreten einer Störung, wie
z.B. das Auftreten von Sprüngen
bzw. Rissen, das Zusetzen des Dampfsystems oder dergleichen in dem Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
früher
mittels eines Temperaturerfassungssignals eines Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Temperaturdetektors
erfasst wird, so dass ein sicherer Betrieb der Gasturbine erfolgen
kann.
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Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung ein Auslassdampf-Überwachungssystem
in einer dampfgekühlten
Gasturbine bereit, wobei die dampfgekühlte Gasturbine so aufgebaut
ist, dass einem Hochtemperaturabschnitt einer Brennkammer, einer
Schaufel oder dergleichen, Kühldampf
zugeführt
wird und der Kühldampf
nach seiner Nutzung zur Kühlung
zurückgewonnen
wird, wobei ein Temperaturdetektor zum Erfassen einer Auslasstemperatur
des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung sowie eine Steuervorrichtung
vorgesehen sind, die, wenn ihr ein Erfassungssignal des Temperaturdetektors
zum Vergleich mit einem vorbestimmten Temperaturwert zugeführt wird,
ein Warnsignal sowie ein Signal zum Drosseln eines Öffnungsgrad
eines Strömungssteuerventils
auf einem vorbestimmten Öffnungsgrad
oder ein Signal zum Schließen
eines Sperrventils abgibt, wenn eine erfasste Temperatur des Temperaturdetektors
den vorbestimmten Temperaturwert übersteigt.
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In
dem Auslassdampf-Überwachungssystem der
vorliegenden Erfindung wird die Auslassdampftemperatur des Dampfs,
der den Hochtemperaturabschnitt gekühlt hat, durch den Temperaturdetektor
erfasst, und dieses erfasste Signal wird der Steuervorrichtung eingegeben.
In der Steuervorrichtung sind die Auslassdampftemperatur im normalen
Zustand, die Temperatur in dem gefährlichen Stadium, die obere
Grenzwert-Temperatur
zum Absperren der Brennstoffzufuhr etc. vorab eingestellt, und die
erfasste Temperatur wird damit verglichen. Falls die erfasste Temperatur
die eingestellte Temperatur überschreitet,
wird das Warnsignal, das Signal zum Drosseln des Öffnungsgrads
des Strömungssteuerventils oder
das Signal zum Schließen
des Absperrventils entsprechend dem jeweiligen Umfang des Temperaturanstiegs
ausgegeben. Dadurch wird eine Störung in
dem Hochtemperaturabschnitt früher
erfasst und ein gefährlicher
Zustand durch die Signale der Steuervorrichtung vermieden werden.
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Die
Erfindung ist beispielsweise auf ein dampfgekühltes System in einem Kombikraftwerk anwendbar,
das so aufgebaut ist, dass ein Temperatursteuerventil an einem Kühldampfauslass
eines Hochtemperaturabschnitts einer Gasturbine vorgesehen ist,
und das Temperatursteuerventil eine Kühldampftemperatursteuerung
so durchführt,
dass eine Temperatur von aus dem Hochtemperaturabschnitt kommendem
Kühldampf
auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, und auch eine Kühldampf-Drucksteuerung
durchführt,
die vorrangig vor der Kühldampf-Temperatursteuerung
ist, so dass ein Druck des aus dem Hochtemperaturabschnitt kommenden
Kühldampfs
nicht niedriger werden kann als ein Druck in einem Turbinenzylinder
der Gasturbine.
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Wenn
in dem dampfgekühlten
System der Kühldampfdruck
niedriger zu werden droht als der Druck in dem Gasturbinenzylinder
(Ausstoßdruck
eines Gasturbinen-Luftkompressors),
ist auch dann, wenn die Auslassdampftemperatur des Hochtemperaturabschnitts
höher ist
als der vorbestimmte Wert, die Kühldampf-Drucksteuerung
vorrangig vor der Kühldampf-Temperatursteuerung,
und es tritt kein Fall auf, in dem sich das an dem Kühldampfauslass des
Hochtemperaturabschnitt vorgesehene Temperatursteuerventil über den Öffnungsgrad
zu dieser Zeit hinaus öffnet,
womit sich der Kühldampfdruck auf
keinen Fall weiter verringert und höher gehalten wird als der Druck
in dem Gasturbinenzylinder (Ausstoßdruck des Gasturbinen-Luftkompressors).
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Das
dampfgekühlte
System kann so aufgebaut sein, dass eine Kühldampf-Temperatursteuersystem
zum Steuern des Temperatursteuerventils derart, dass eine Kühldampftemperatur
am Kühldampfauslass
auf einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, und ein Kühldampf-Drucksteuersystem zum
Steuern des Temperatursteuerventils derart, dass ein Kühldampfdruck
am Kühldampfauslass nicht
niedriger wird als ein Druck in einem Turbinenzylinder der Gasturbine,
bereitgestellt wird, und das Temperatursteuerventil von einem niedrigeren
Wert aus den Steuersignalen des Temperatursteuersystems und des
Drucksteuersystem betrieben wird.
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Wenn
in dem dampfgekühlten
Gasturbinensystem nach obigem Aufbau der Kühldampfdruck niedriger zu werden
droht als der Druck in dem Gasturbinenzylinder (Ausstoßdruck des
Gasturbinen-Luftkompressors), da das am Kühldampfauslass des Hochtemperaturabschnitts
vorgesehene Temperatursteuerventil durch den niedrigeren Wert aus
den beiden Steuersignalen gesteuert wird, kommt es zu keinem Fall,
in dem das Temperatursteuerventil über den Öffnungsgrad zu dieser Zeit
hinaus geöffnet wird,
auch wenn die Auslassdampftemperatur des Hochtemperaturabschnitts
höher ist
als der vorbestimmte Wert, und der Kühldampfdruck wird keineswegs
weiter gesenkt.
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Somit
wird der Kühldampfdruck
höher gehalten
als der Druck in dem Gasturbinenzylinder (der Ausstoßdruck des
Gasturbinen-Luftkompressors) und der Hochdruckabschnitt kann innerhalb
des Bereichs gekühlt
werden, in dem der Kühldampfdruck nicht
niedriger wird als der Druck in dem Gasturbinenzylinder.
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Die
vorliegende Erfindung ist auch auf ein dampfgekühltes System in einem Kombikraftwerk anwendbar,
das so aufgebaut ist, dass eine Steuervorrichtung zum Steuern einer
Strömungsrate
von dem dem dampfgekühlten
System zugeführten
Kühldampf
vorgesehen ist, basierend auf einer Auslassdampftemperatur des dampfgekühlten Systems
und einer Brennstoffzuführrate
zu der Gasturbine.
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D.h.,
in Anbetracht der Tatsache, dass die thermische Last des zu kühlenden
Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts sich entsprechend der Brennstoffzuführrate zu
der Gasturbine ändert und
die Geschwindigkeit einer solchen Änderung dennoch rasch mit einem
merklichen Ansprechverhalten erfolgt, wird die Brennstoffzuführrate des
der Gasturbine zugeführten
Brennstoffs zu einem Steuerfaktor gemacht, und zusätzlich hierzu
wird die Auslassdampftemperatur des dampfgekühlten Systems zu einem weiteren
Steuerfaktor gemacht, womit die Dampfströmungsrate des dem dampfgekühlten System
zugeführten
Kühldampfs
in geeigneter Weise gesteuert wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 eine
Diagrammansicht zur Darstellung des Aufbaus eines dampfgekühlten Systems
in einem Kombikraftwerk von Ausführungsform
1,
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2 eine Ansicht eines Kühldampfzuführsystems und eines Steuersystems
eines Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts in einem dampfgekühlten System
der Ausführungsform
2, wobei 2(a) eine schematische Ansicht
einer Anordnung von Hauptkomponenten des Kühldampfzuführsystems ist, und 2(b) eine schematische Ansicht einer Steuerschaltung
ist,
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3 eine
Diagrammansicht zur Darstellung eines Aufbaus eines vorbekannten
dampfgekühlten Systems
in einem Kombikraftwerk,
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4 eine
Aufbauansicht eines Auslassdampf-Überwachungssystems
in einer dampfgekühlten
Gasturbine der Ausführungsform
3 gemäß der vorliegenden
Erfindung, und
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5 eine graphische Darstellung der Beziehung
zwischen Temperaturzuständen
und Steuersignalen in dem Auslassdampf-Überwachungssystem der Ausführungsform
3, wobei 5(a) die Temperaturzustände zeigt,
und 5(b) die Steuersignale zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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Nachstehend
wird ein dampfgekühltes
System des Kombikraftwerks, auf das die vorliegende Erfindung angewandt
werden kann, konkret auf der Basis der in 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben.
Es ist anzumerken, dass in den nachstehenden Ausführungsformen
gleiche Teile oder Komponenten wie im Stand der Technik gemäß 3 mit
den gleichen Bezugsziffern zur einfacheren Beschreibung versehen
werden.
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(Ausführungsform 1)
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Zunächst wird
die in 1 gezeigte Ausführungsform 1 beschrieben. In 1 ist
ein Temperatursteuerventil 12 an einer Auslassseite von
Kühldampf
eines Hochtemperaturabschnitts 8, wie z.B. einer Brennkammer
etc. vorgesehen. Die Bezugsziffer 16 bezeichnet einen Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Druckdetektor,
und die Bezugsziffer 17 bezeichnet einen Gasturbinenzylinder-Druckdetektor.
Deren Aufbau erfolgt so, dass Signale von diesen Druckdetektoren 16, 17 in
eine Subtraktionseinrichtung 20 eingegeben werden.
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Die
Bezugsziffer 18 bezeichnet eine Drucksteuereinrichtung,
die ein Ausgabesignal von der Subtraktionseinrichtung 20 enthält. Die
Bezugsziffer 19 bezeichnet eine Auswahleinrichtung eines
niedrigeren Werts, die Signale von einer Temperatursteuereinrichtung 11 und
der Drucksteuereinrichtung 18 enthält, um aus diesen einen niedrigeren
Wert auszuwählen.
Die restlichen Abschnitte des Aufbaus hiervon sind im wesentlichen
gleich wie die des in 3 gezeigten dampfgekühlten Gasturbinensystems,
und eine Beschreibung hierzu entfällt.
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In
dem dampfgekühlten
Gasturbinensystem der 1 nach obigen Aufbau wird ein
Signal, das eine an einem Hochtemperaturabschnitt-Auslassdampf-Temperaturdetektor 15 erfasste
Kühldampftemperatur
anzeigt, an die Temperatursteuereinrichtung 11 gesendet,
und das Temperatursteuerventil 12 wird so eingestellt,
dass es die Hochtemperaturabschnitts-Auslassdampftemperatur auf
einen vorbestimmten Einstellungswert einstellt.
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D.h.,
die Temperatur-Steuereinrichtung 11 erzeugt ein Signal
derart, dass, wenn die Kühldampftemperatur
an einem Auslass des Hochtemperaturabschnitts 8 höher ist
als der eingestellte Wert, das Temperatursteuerventil 12 in
der Öffnungsrichtung betätigt wird,
um eine Strömungsrate
des Kühldampfs
zu erhöhen,
oder umgekehrt, wenn die Kühldampftemperatur
am Auslass des Hochtemperaturabschnitts 8 niedriger ist
als der eingestellte Wert, wird das Temperatursteuerventil 12 in
der Schließrichtung
betätigt,
um die Strömungsrate
des Kühldampfs
zu mindern.
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Andererseits
wird ein Kühldampfdruck
am Auslass des Hochtemperaturabschnitts 8 durch den Druckdetektor 16 erfasst,
und ein Druck in einem Gasturbinenzylinder (Auslassdampf eines Gasturbinen-Luftkompressors)
wird durch den Druckdetektor 17 erfasst, und die jeweiligen
Signale, die solche gemessenen Drücke zeigen, werden in die Subtraktionseinrichtung 20 eingegeben,
um darin subtrahiert zu werden. Falls eine Tendenz erkannt wird,
dass der Kühldampfdruck
niedriger als der Druck im Turbinenzylinder wird, erzeugt die Drucksteuereinrichtung 18 ein
Signal derart, dass das Temperatursteuerventil 12 in der
Schließrichtung
betätigt
wird.
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Die
jeweiligen von der Temperatursteuereinrichtung 11 und der
Drucksteuereinrichtung 18 gesendeten Signale werden in
die Auswahleinrichtung 19 eines niedrigeren Werts eingegeben,
um in ihren Größen verglichen
zu werden, und der niedrigere Wert wird ausgewählt, um als Signal zur Betätigung des
Temperatursteuerventils 12 ausgegeben zu werden. Durch
Verwendung der Auswahleinrichtung 19 eines niedrigeren
Werts, welche die Signale der Temperatursteuereinrichtung 11 und
der Drucksteuereinrichtung 18 auswählt, kann die Temperatursteuereinrichtung 11 eine
Steuerung so vornehmen, dass ein Anstieg der Kühldampftemperatur am Auslass
des Hochtemperaturabschnitts 8 so weit wie möglich innerhalb
des Bereichs unterdrückt
wird, in dem die Auslassdampftemperatur des Hochtemperaturabschnitts 8 nicht
niedriger wird als der Druck in dem Gasturbinenzylindern.
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(Ausführungsform 2)
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Als
nächstes
wird die in 2 gezeigte Ausführungsform
2 beschrieben. In 2 wird nur ein Aufbau
um den Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt, der durch Dampf zu kühlen ist,
dargestellt, und da die restlichen Abschnitte des Aufbaus des Kombikraftwerks
im wesentlichen die gleichen sind wie die in 1 gezeigten,
entfällt
eine Beschreibung hierzu.
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2(a) zeigt eine proportionale Anlagenanordnung
in einem Hauptteil eines Kühldampfstroms. Die
Bezugsziffer 21 bezeichnet einen Kühldampfzuführdurchgang, durch den ein
Hochdruckturbinen-Abdampf oder ein aus einem Abwärme-Rückgewinnungskessel
etc. gewonnener Dampf (nicht gezeigt) als Kühldampf zugeführt wird.
Die Bezugsziffer 22 bezeichnet ein Temperatursteuerventil,
das in dem Kühldampfzuführdurchgang 21 vorgesehen
ist, welcher so gesteuert wird, dass er durch einen Öffnungs-
und Schließbefehl
E, der in einer später
beschriebenen Steuerschaltung erhalten wird, geöffnet und geschlossen wird.
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Die
Bezugsziffer 23 bezeichnet eine Brennkammer, die nach dem
Temperatursteuerventil 22 angeordnet ist, die Bezugsziffer 24 bezeichnet
ein Drucksteuerventil, das in einem Kühldampf-Rückführdurchgang 27 vorgesehen
ist, und die Bezugsziffer 25 bezeichnet ein Drucksteuerventil,
das in einem Kondensator-Verbindungsdurchgang 26 vorgesehen ist,
welcher mit einem Kondensator (nicht dargestellt) verbindet.
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2(b) zeigt eine Steuerschaltung zum Erzeugen des Öffnungs-
und Schließbefehls
E, wobei ein Eingabebefehl einerseits ein Brennstoffsteuersignal
CSO (Control Signal Output) zum Steuern der Strömungsmenge von der Brennkammer 23 zugeführtem Brennstoff
ist, und dieses Brennstoffsteuersignal CSO wird als erstes durch
Funktionseinheiten 30, 31, 32 bzw. 33 berechnet.
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Andererseits
ist ein Eingabebefehl eine Auslassdampftemperatur (tatsächliche
Temperatur) der Brennkammer 23, und eine Berechnung wird
an einer Berechnungseinheit 34 vorgenommen, die eine Proportional-Integration zusammen
mit Signalen, die auf Ausgaben der Funktionseinheiten 32, 33 basieren, durchführt, und
das Ergebnis hiervon wird in einer Addiereinrichtung 35 zu
Signalen basierend auf Ausgaben der Funktionseinheiten 30, 31 addiert,
so dass der Öffnungs-
und Schließbefehl
E erzeugt wird.
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Es
ist anzumerken, dass das Brennstoffsteuersignal CSO entsprechend
einer Temperatur von für die
Verbrennung etc. geladener Luft korrigiert wird, und ein Öffnungssteuerwert
und ein Temperatureinstellwert des Temperatursteuerventils 22 basierend hierauf
ermittelt werden, so dass eine plötzliche Änderung des Brennstoffsteuersignals
CSO gut nachgeführt
werden kann.
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Ferner
können
der Öffnungsbefehlswert bzw.
der Temperatureinstellwert unmittelbar durch einen Brennstoffwechselbefehl
geändert
werden, so dass einer Änderung
des Brennstoffs rasch gefolgt werden kann.
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Außerdem wird
der Temperatureinstellwert im Vergleich zu der tatsächlichen
Temperatur durch eine Proportional-Integral-Berechnung (PI-Steuerung) oder
eine Proportional-Berechnung
(P-Steuerung) berechnet, und ein Ergebnis hiervon wird zu dem Öffnungsbefehlswert
addiert, wobei ein oberer Grenzwert in einer Richtung der Drosselung
eingestellt wird, und wenn der Öffnungsbefehl
gesättigt
ist (100 oder mehr), wird eine Ausgabe der Proportional-Integral-Rechnung
(PI) oder dergleichen auf diesen Wert festgelegt.
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Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform nach
obiger Beschreibung wird die Kühldampf-Strömungsrate
dem Fortschritt gemäß basierend
auf einer bestimmten Funktionseinstellung entsprechend Brennstoffzuführrate zu
der Gasturbine gesteuert. Wenn beispielsweise bei dem Verfahren,
bei dem die Kühldampf-Strömungsrate
nur basierend auf der Temperatur des Kühldampfs gesteuert wird, der
zur Kühlung
des Hochtemperaturabschnitts benutzt wurde, besteht die Befürchtung
einer Verzögerung
infolge der Wärmekapazität von Rohrleitungen
etc. stromab des Hochtemperaturabschnitts, während bei der vorliegenden
Ausführungsform
keine solche Befürchtung
besteht und eine ungewöhnliche übermäßige Abkühlung oder
Erhitzung vermieden werden kann und eine angemessene Kühlung durch
Dampf erfolgen kann, was das Auftreten von Wärmebelastungen an dem zu kühlenden
Hochtemperaturabschnitt unterdrückt.
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Ausführungsform 3
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Ein
Beispiel als Ausführungsform
3, bei dem ein Überwachungssystem
zum Überwachen
einer Auslassdampftemperatur einer dampfgekühlten Gasturbine mittels eines
Temperaturerfassungssignals eines Hochtemperaturabschnitts-Auslassdampf-Temperaturdetektors
einer Brennkammer etc. aufgebaut ist, wird im folgendenmit Bezug
auf 4 und 5 beschrieben.
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In 4 bezeichnet
die Bezugsziffer 41 einen Dampfzuführverteiler, die Bezugsziffer 42 bezeichnet
ein Strömungssteuerventil,
welches die Strömungsrate
von zuzuführendem
Dampf steuert, und die Bezugsziffer 43 bezeichnet eine
Zuführleitung,
die einen Kühldampf
in ein Kühldampf-Zuführrohr 65 jedes
von mehreren Brennkammer-Hauptkörpern 60 aus
dem Dampfzuführverteiler 41 zuführt. Die
Bezugsziffer 44 bezeichnet eine Rückführleitung, die Bezugsziffer 45 bezeichnet
einen Dampfrückführverteiler,
wobei durch die Rückführleitung 44 aus dem
Kühldampf-Rückführrohren 66,77 jedes
der mehreren Brennkammer-Hauptkörper 60 zurückgeführter Dampf
in dem Dampf-Rückführverteiler 45 zurückgeführt wird.
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Die
Bezugsziffer 46 bezeichnet einen Temperaturdetektor, welcher
eine Temperatur von Einlassdampf, der durch die mit jedem der Brennkammer-Hauptkörper 60 verbundene
Zuführleitung 43 strömt, erfasst,
um ein Signal hiervon an eine Steuervorrichtung 50 über eine
Einlassdampf-Temperatur-Erfassungsleitung 47 zu
senden. Die Bezugsziffer 48 bezeichnet auch einen Temperaturdetektor,
der eine Temperatur des zurückgewonnenen,
durch die Rückführleitung 44 strömenden Dampfes
aus den Kühldampf-Rückführrohren 66, 77 erfasst,
um ein Signal hiervon an die Steuervorrichtung 50 über eine Auslassdampftemperatur-Erfassungsleitung 49 zu senden.
Die Bezugsziffer 50 bezeichnet die oben erwähnte Steuervorrichtung,
die Bezugsziffer 51 bezeichnet eine Anzeige zum Anzeigen
eines Rechenergebnisses an der Steuervorrichtung 50 und
die Bezugsziffer 52 bezeichnet eine Alarm- bzw. Warnvorrichtung
zum Ausgaben einer Warnung durch einen Alarm etc., wenn ein falsches
Ergebnis der Berechnung an der Steuervorrichtung 50 vorliegt.
Die Bezugsziffer 53 bezeichnet eine Steuersignalleitung, bei
der eine Leitung 53a hiervon ein Signal überträgt, um einen Öffnungsgrad
eines Strömungssteuerventils 55 eines
Brennstoffsystems 54 zu steuern, und eine Leitung 53b hiervon überträgt ein Signal
zur Steuerung des Öffnens
und Schließens
eines Absperrventils 56.
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Bei
dem oben erwähnten
Aufbau wird eine Einlassdampf-Temperatur,
die von dem Temperaturdetektor 46 jeder der Brennkammern
an den Hochtemperaturabschnitten erfasst wird, und eine Auslassdampftemperatur,
die von dem Temperaturdetektor 48 des von den Kühldampf-Rückführrohren 66, 67 jeder
der Brennkammern zurückgewonnenen
Dampfes erfasst wird, wird in die Steuervorrichtung 50 eingegeben.
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Die
Temperatur des zugeführten
Dampfes ist annähernd
eine geplante Dampfzuführtemperatur, und
eine Temperatur des zurückgewonnenen
bzw. zurückgeführten Dampfes
ist annähernd
eine geplante Auslassdampftemperatur zu einer normalen Betriebszeit.
Die Steuervorrichtung 50 stellt fest, ob die Einlassdampf-Temperatur
normal ist, wenn sie annähernd
der geplanten Zuführdampf-Temperatur
entspricht oder nicht, und überwacht
dann die Auslassdampftemperatur. Wenn die Auslassdampftemperatur
annähernd
der geplanten Auslassdampftemperatur zur normalen Betriebszeit entspricht,
steigt bei Auftreten eines ungewöhnlichen
Falles, wie z.B. dem Zusetzen eines Dampfdurchgangs, dem Auftreten von
Rissen oder dergleichen im Brennkammer-Hauptkörper die Temperatur auf einen
gefährlichen
Pegel oder darüber
an und verursacht eine gefährliche
Situation, und folglich wird die Steuerung so vorgenommen, dass
die Temperatursituation an der Anzeige 51 angezeigt wird,
und auch ein Signal hiervon an die Warnvorrichtung 52 gesendet
wird, um ein Warnsignal zu erzeugen.
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Falls
sich die Situation des Temperaturanstiegs fortsetzt, sendet die
Steuervorrichtung 50 ein Steuersignal durch die Steuersignalleitung 53b,
um die Öffnung
des Strömungsteuerventils 55 so
zu drosseln, dass der Brennstoff in dem Brennstoffsystem abnimmt,
damit die Last gesteuert werden kann, und falls die Temperatur weiter
ansteigt, um über
einen oberen Temperatur-Grenzwert hinauszugehen, beispielsweise
eine Abschalttemperatur, wird ein Steuersignal durch die Steuersignalleitung 53a ausgegeben,
um das Absperrventil 56 so zu steuern, dass es schließt, und
die Gasturbine wird heruntergefahren.
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5 ist eine erläuternde Ansicht der oben genannten
Situation, wobei 5(a) Änderungen der Auslassdampftemperatur
zeigt, und 5(b) Steuersignale entsprechend
der Temperatur zeigt. In 5(a) befindet
sich die Auslassdampftemperatur annähernd in dem Zustand der geplanten
Auslassdampftemperatur zur normalen Betriebszeit, wie durch (X)
gezeigt ist, und falls die Temperatur über die gefährliche Temperatur zur Zeit
(t1) steigt, wie durch (Y1)
gezeigt ist, erkennt die Steuervorrichtung 50 eine gefährliche
Situation des Brennkammer-Hauptkörpers 60 und
gibt ein Warnsignal S1 gemäß 5(b) kontinuierlich während der Zeit t1-t2, in der die gefährliche Temperatur überschritten
wird, aus, und die Warnvorrichtung 51 wird betätigt.
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Falls
sich der Temperaturanstieg über
eine bestimmte Zeit bis zur Zeit t1' zu der Zeit t1-t2 fortsetzt, gibt
die Steuervorrichtung ein Lastminderungssignal (S3)
aus, wie in 5(b) gezeigt ist, um einen Öffnungsgrad
des Strömungssteuerventils 55 des
zu drosselnden Brennstoffsystems 54 zu steuern. Falls sich
der Temperaturanstieg fortsetzt, um die Abschalttemperatur zur Zeit
t1 zu überschreiten,
wie durch (Y2) gezeigt ist, wird ein Abschaltsignal
(S2) gemäß 5(b) ausgegeben, um das Abschaltventil 56 des
Brennstoffsystems 54 zu schließen, so dass die Brennstoffzufuhr
zu einem Hauptbrennstoff-Zuführrohr 63 gestoppt
wird und die Gasturbine heruntergefahren wird.
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Es
ist anzumerken, dass die Darstellung der 4 zwar in
einer Form vorgenommen ist, bei der das Beispiel, in dem die mehreren
Brennkammer-Hauptkörper 60 in
dem gemeinsamen Brennstoffsytem 54 angeordnet sind, um
das Strömungssteuerventil 55 und
das Absperrventil 56 gemeinsam zu steuern, weggelassen
ist, selbstverständlich
ist es aber notwendig, das Strömungssteuerventil
und das Absperrventil des jeweiligen Brennstoffsystems unabhängig in
Bezug auf jeden der Brennkammer-Hauptkörper 60 zu steuern,
wobei ein Unfall oder eine Störung
jeder der Brennkammern erfasst wird, eine Strömungsrate nur der Brennkammer,
an der die Störung
erfasst worden ist, gesteuert wird und das Absperrventil derselben
geschlossen wird.
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Ferner
wurde bei der vorliegenden Ausführungsform
zwar das Beispiel der dampfgekühlten Brennkammer
beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern
kann auch auf eine Temperaturüberwachung
eines zu kühlenden
Objekts nicht nur der Brennkammer, sondern auch einer Leitschaufel
und einer Laufschaufel mit der gleichen Funktion und der gleichen
Wirkung angewandt werden. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform
wird die Temperatur des durch die Rückführleitung 44 aus den
Kühldampf-Rückführrohren 66, 67 des
Brennkammer-Hauptkörpers 60 zurückgeführte Auslassdampf
durch den Temperaturdetektor 48 erfasst, um in die Steuervorrichtung 50 eingegeben
zu werden, so dass der Temperaturanstieg durch die Steuervorrichtung 50 überwacht
wird, und wenn die Auslassdampftemperatur die vorbestimmte Temperatur überschreitet,
wird die Warnvorrichtung 52 betätigt, um eine Warnung zu erzeugen,
und auch das Strömungssteuerventil 55 wird
gesteuert, um die Brennstoff-Strömungsrate
zu steuern oder das Absperrventil 56 zum Anhalten der Brennstoffzufuhr
zu schließen,
wodurch eine Störung
der Brennkammer durch die Änderung
der Auslassdampftemperatur früher
erfasst und ein sicherer Betrieb der Gasturbine gewährleistet
werden kann.
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Wie
oben mit Bezug auf die Ausführungsformen
1 und 2 beschrieben wurde, ist bei dem dampfgekühlten System des Kombikraftwerks
gemäß der vorliegenden
Erfindung der Aufbau so vorgenommen, dass das Temperatursteuerventil
am Kühldampfauslass
des Hochtemperaturabschnitts der Gasturbine vorgesehen ist, und
dieses Temperatursteuerventil eine Kühldampf-Temperatursteuerung derart
vornimmt, dass die Temperatur des aus dem Hochtemperaturabschnitt
kommenden Kühldampfs auf
einen vorbestimmten Wert eingestellt wird, und auch eine Kühldampf-Drucksteuerung
vorgenommen wird, die den Vorrang vor der Kühldampf-Temperatursteueurng
hat, so dass der Druck des aus dem Hochdruckabschnitt kommenden
Kühldampfs
nicht niedriger werden kann als der Druck in dem Gasturbinenzylinder.
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Gemäß diesem
dampfgekühlten
Gasturbinensystem ist es möglich,
eine Kühlung
durch Dampf so auszuführen,
dass die Temperatur des aus dem Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
kommenden Kühldampfs
nicht höher
werden kann als die vorbestimmte Temperatur innerhalb des Bereichs,
in dem der Kühldampfdruck
nicht niedriger werden kann als der Druck in dem Gasturbinenzylinder.
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Ferner
ist das Kühldampf-Temperatursteuersystem
zum Steuern des Temperatursteuerventils so vorgesehen, dass die
Kühldampftemperatur
am Kühldampfauslass
des Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts
auf den vorbestimmten Einstellwert eingestellt wird, und das Kühldampf-Drucksteuersystem zum
Steuern des Temperatursteuerventils derart, dass der Kühldampfdruck
an dem Kühldampfauslass nicht
niedriger werden kann als der Druck in dem Gasturbinenzylinder,
wobei das Temperatursteuerventil durch den niedrigeren Wert aus
den Signalen dieser beiden Steuersysteme betätigt wird, kann eine Vorrichtung
hergestellt werden, bei der der Kühldampfdruck sicher höher gehalten
wird als der Druck in dem Gasturbinenzylinder, und zwar vorrangig
vor der Kontrolle der Kühldampftemperatur
am Auslass des Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts
durch einen einfachen Aufbau.
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Ferner
wird basierend auf der Erfahrung und dem Know-How der Erfinder,
dass sich die thermische Last des zu kühlenden Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitts
entsprechend der Brennstoff-Zuführrate ändert, und
die Geschwindigkeit einer solcher Änderung relativ schnell ist,
der Aufbau so vorgenommen, dass die Kühldampfseite ebenfalls mit einem
guten Ansprechverhalten entsprechend der Brennstoff-Zuführrate gesteuert
wird. D.h., dass gemäß dieser
Erfindung die Brennstoff-Zuführrate
zu der Gasturbine und die Auslassdampftemperatur des dampfgekühlten Systems
als Steuerfaktoren angewandt werden, und die Strömungsrate des dem dampfgekühlten System
zugeführten
Dampfes in geeigneter Weise gesteuert wird, so dass der Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
nicht übermäßig gekühlt oder
erhitzt werden kann und das Auftreten thermischer Belastungen an
dem Hochtemperaturabschnitt ausgeschaltet werden kann. Folglich
wird eine Vorrichtung, die sicher und stabil über lange Zeit betrieben werden
kann, realisiert, und die Zuverlässigkeit
des Kraftwerks kann bemerkenswert verbessert werden.
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Ferner
wird, wie konkret basierend auf der Ausführungsform 3 beschrieben ist,
das Auslassdampf-Überwachungssystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung in der dampfgekühlten
Gasturbine verwendet, die so aufgebaut ist, dass der Kühldampf dem
Hochtemperaturabschnitt der Brennkammer einer Schaufel oder dergleichen
zugeführt
wird und der Kühldampf
nach seiner Nutzung zur Kühlung
zurückgeführt wird,
wobei es dadurch gekennzeichnet ist, dass der Temperaturdetektor
zum Erfassen der Auslasstemperatur des Dampfes nach seiner Nutzung zur
Kühlung
und die Steuervorrichtung vorgesehen sind, die bei Eingabe eines
Erfassungssignals des Temperaturdetektors zum Vergleich mit dem
vorbestimmten Temperaturwert ein Warnsignal ausgibt, sowie ein Signal
zur Drosselung des Öffnungsgrad
des Brennstoff-Strömungssteuerventils
auf den vorbestimmten Öffnungsgrad
oder ein Signal zum Schließen
des Absperrventils ausgibt, falls eine erfasste Temperatur des Temperaturdetektors
den vorbestimmten Temperaturwert überschreitet. Durch Anwenden
eines solchen Aufbaus kann bei der Änderung der Auslasstemperatur
des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung eine Störung des
Hochtemperaturabschnitts früher
erfasst werden, und das Steuersignal kann von der Steuervorrichtung
ausgegeben werden, so dass Gefahr vermieden kann.