EP2646668A1 - Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk

Info

Publication number
EP2646668A1
EP2646668A1 EP11791264.2A EP11791264A EP2646668A1 EP 2646668 A1 EP2646668 A1 EP 2646668A1 EP 11791264 A EP11791264 A EP 11791264A EP 2646668 A1 EP2646668 A1 EP 2646668A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
gas turbine
volume
supplied
network
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11791264.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Eberhard Deuker
Boris Ferdinand Kock
Jan Eickelkamp
Berthold Köstlin
Jürgen MEISL
Dennis Nehlsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP11791264.2A priority Critical patent/EP2646668A1/de
Publication of EP2646668A1 publication Critical patent/EP2646668A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/38—Control of fuel supply characterised by throttling and returning of fuel to sump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/46—Emergency fuel control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/02—Purpose of the control system to control rotational speed (n)
    • F05D2270/021—Purpose of the control system to control rotational speed (n) to prevent overspeed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05D2270/091—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
    • F05D2270/092—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular blow-out and relight

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a stationary gas turbine, comprising the steps:
  • the invention relates to an apparatus for controlling the operation of a gas turbine.
  • the invention relates to a power plant comprising a gas turbine with at least one combustion chamber and a compressor, wherein the combustion chamber provided by the compressor combustion air and a fuel network fuel ⁇ constantly removable fuel can be supplied.
  • Gas turbines of modern design which are used for generating electrical energy, generally have an axially flow-through compressor, one or more combustion chambers and a turbine unit.
  • a fuel supplied to the combustion chamber is burned by means of the compressor compressed ambient air to a hot gas, which relaxes in the turbine unit to the rotor of the gas turbine work.
  • the rotor then drives a generator, which converts the mechanical energy into electrical energy with little loss and feeds it into a power distribution network.
  • the fuel line system of the gas turbine are often connected to an internal ⁇ material web, from which the fuel in the required quantity can be taken over a longer period permanently. Possibly. is still connected between the fuel network and the fuel line system an additional gas compressor to ⁇ reliably increase the supply pressure of the fuel network to a higher level, with the safe operation of the gas turbine can be guaranteed.
  • the erfor ⁇ derliche fuel pressure when feeding in the combustion chamber lies above the ge from the compressor of the gas turbine ⁇ rendered pressure ratio. Consequently, the pressure gradient is set so that the fuel actually in the Combustion chamber flows.
  • the supply to be provided by the fuel network or to be supplied by the additional gas compressor supply pressure can even be far above the compressor ge afforded pressure ratio, as in particular when loading speed of the rotor on the operating speed and load shedding very large amounts of pilot fuel are required to the main flame stabilize and avoid unwanted thermo-acoustic vibrations and flame extinction safely.
  • Pilot burner which a premixed flame erzeu ⁇ gen - so-called Vormischpilotbrenner - also have comparatively little gas outlet holes which make a further increase in the already high gas pressure required to achieve the required pilot gas mass flows. This is in contrast to the need for efficient operation even with reduced supply pressure in the fuel network.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for operating a gas turbine, a device for controlling the operation of a gas turbine and a power plant, which method or device ensures safe operation even at a minimum supply pressure in the fuel network, which only slightly above the from the compressor of the gas turbine maximum achievable pressure ratio is.
  • the object directed to the method for operating a gas turbine is achieved by a method according to the features of claim 1.
  • the directed onto the device on ⁇ gäbe is solved with such, which corresponds to the features of claim 12.
  • the solution is provided with such according to the features of claim 14
  • the proposed measures significantly reduce the demands on the supply pressure in the fuel network.
  • high costs can be saved, on the one hand for the purchase of such a powerful fuel compressor as well as for its operation during operation of the gas turbine.
  • Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
  • the fuel volume in the fuel reservoir has a higher pressure than the supply pressure in the fuel network.
  • the pressure in the fuel volume by a factor of two to four is greater than the supply pressure in the fuel network.
  • the method provides that a
  • Pilot burner or multiple pilot burners of the gas turbine for short-term increase in the combustion chamber supplied pilot fuel flow that the fuel storage removed
  • Fuel volume is supplied to the still to be supplied to the combustion chamber pilot fuel. In particular, this makes it possible to avoid unwanted and unstable combustion states.
  • Fuel storage is ready, so that is the
  • Fuel in the total fuel feed stream is already sufficient to increase the thermal efficiency and, overall, less unburned fuel, especially unburned hydrocarbons and carbon monoxide,
  • Pilot combustion if the main combustion - for example, in the case of a load shedding - almost or completely switched off. At the same time, improving the thermal burn-out at a given mass flow of the (pilot) fuel stream allows a more stable overall
  • thermoacoustic behavior of combustion
  • the rotor of the gas turbine is coupled to the energy ⁇ generation gas turbines used in operation of an electric generator, the generator in turn is connected to a power distribution network.
  • a load shedding in the sense of this application is understood to mean that either an abrupt reduction of the electric power to be supplied by the generator occurs or even the generator is disconnected from the power distribution network, that is, the electric power to be supplied by the generator is abruptly reduced to zero.
  • these are like load shedding unplanned and therefore only occur in Stö ⁇ insurance case. It is also possible that such load dumps are simulated during the commissioning of stationary gas turbines in order to guarantee the reliable and safe operation of the gas turbine before the first commercial operation can.
  • a device for regulating the operation of a gas turbine which comprises:
  • the power plant comprises at least one gas turbine and a fuel volume which can be filled with a fuel volume, and means with which the fuel volume can be fed to the fuel which can be continuously removed from the fuel network.
  • the aforementioned means comprise a Lei ⁇ tion connecting the fuel storage with a line section, in which line an actuator for opening and
  • At least one jet pump may be provided in the fuel line system, which of the fuel net steadily removable
  • FIG 1 shows a first embodiment of a Brennstoffver ⁇ medical supply system of a power plant
  • FIG. 2 shows an alternative embodiment of the fuel supply system of a power plant with a jet pump
  • FIG. 1 shows a power plant 42 with a gas turbine 40.
  • This comprises a compressor 44 of axial design, one or more combustion chambers 46 and a turbine unit 48, which is also formed in the axial design.
  • ambient ⁇ air is sucked by the compressor 44 and fed as compressed compaction ⁇ nicd Kunststoff into the combustion chamber 46 via a suction line.
  • Both a pilot and a main fuel flow is supplied via one or more burners or stages of the combustion chamber 46 and the combustion chambers 46 and burned in conjunction with the compressed ambient air to a hot gas, which in the turbine unit 48 performs work on a rotor 51 of the gas turbine 40 relaxed.
  • the latter drives a generator 52 coupled thereto for generating electrical energy.
  • the gas turbine 40 of the power plant 42 is connected via a fuel supply system 10 with a fuel network 13.
  • the fuel network 13 is capable of the required
  • a first fuel line 12 whose input is connected to the fuel network 13.
  • a first valve 14 is arranged aspatiabsperrvoriques. Downstream of the first valve 14, the first fuel line 12 divides into two line sections 16, 18.
  • the first line section 16 is part of a main fuel supply system and leads to a second valve 20, with the aid of which the volume of the main fuel mass flow of the gas turbine 40 is adjustable.
  • the second conduit section 18 is part of a pilot ⁇ fuel supply system and via a first return ⁇ flip flap 22 to a third valve 24, by means of which the volume of pilot fuel mass flow is adjustable, which turbine to the pilot burner or the pilot burners of the gas are led 40 can.
  • a shut-off valve 28 and a pressure reducer 29 is provided in the line section 18 in a feed point 27 downstream of the check valve 22, a further Brennstofflei ⁇ tion 26.
  • a shut-off valve 28 and a pressure reducer 29 is provided in this further fuel line 26 .
  • the inflow-side end of the fuel line 26 is connected to a fuel reservoir 30, which is equipped as a fuel tank with a volume of, for example, 2 m 3 .
  • a supply line 32 in which a gas compressor 34 and a non-return valve 36 are connected in series, the fuel storage 30 from the fuel network 13 fuel can be supplied, which can then be used in special Breastzu- states as fuel volume BV.
  • the use of the pressure reducer 29 facilitates the balancing of pressure fluctuations when opening the shut-off valve 28.
  • the ⁇ ses at the point of the feed 27 has a jet pump 38, which can be stored as the fuel storage 30 storable fuel volume BV via the line 26 and the therein Valve 28 can be fed in order to tion section 18 to increase flowing fuel B with a comparatively low pressure in the total pressure.
  • the gas compressor 34 is operated to (re) fill the fuel storage 30 with a fuel volume BV.
  • the stored in the fuel storage 30 fuel volume BV then has a predetermined, relatively high pressure, which by a multiple - for example, 3 times - is greater than the supply pressure in the fuel network 13 or as the maximum pressure from the compressor 44 available pressure ratio.
  • Fuel storage 30 taken fuel volume BV with the fuel network 13 taken, flowing in the second line section 18 fuel B of the combustion chamber 46 is supplied for example via the pilot burner.
  • a particularly large amount of fuel B with a particularly high pressure in the combustion chamber 46 so long be fed until the affected speeds have been overcome. Due to the thus increased pilot fuel amount, the flame generated by the pilot burner is stabilized.
  • thermoacoustic Schwingun ⁇ gene and flame extinction are reliably avoided.
  • valve 28 In order to avoid a sudden increase in the pressure in the second line section 18 in front of the valve 24, the valve 28 must be opened correspondingly slowly.
  • the Brennstoffström BS through the valve 24 is so long fed from the fuel ⁇ memory 30 until its pressure on the normal supply pressure, which prevails in the second line section 18, has dropped.
  • Infeed point 27 is increased in pressure P.
  • the pressure increase leads to a larger amount of fuel flowing into the combustion chamber 46, which has a stabilizing effect.
  • the method described above can also be carried out if during operation of the gas turbine 40 a
  • Fuel change is provided.
  • the fuel change is switched from a main liquid fuel to a gaseous main fuel - or vice versa.
  • the switchover process continues for about 30 seconds to about 180 seconds, stabilized combustion of the pilot flame is required, which is achieved only by the additionally injected fuel volume BV during this process.
  • the flame stabilization operation is carried out by the Druckhö ⁇ hung means of adding the fuel volume BV to the fuel ⁇ material only for a short period of time. After the fuel change, the operation as usual - ie without the addition of fuel volume BV - be continued.
  • the stored in the fuel storage 30 fuel volume BV works as a driving medium for the fuel B, which flows in the second line section 18 and was originally taken from the fuel net 13 ent.
  • the merging of the fuel B and the fuel volume BV to Brennstoffström BS takes place in the jet pump 38, so that the interaction of the two fuel streams B, BV for the necessary pressure increase in Kausab ⁇ section 18 downstream of the jet pump 38 acts.
  • Ver ⁇ application of the jet pump 38 of the fuel storage tank 30 can be made smaller. Also, this is a much gentler pressure increase before the valve 24 when opening the Ven valve 28 is possible. This may allow the valve 28 to be made much simpler and thus cheaper. Possibly. 28 can be implemented as a switching valve wherein the valve - a control valve is then no erforder ⁇ Lich.
  • the control of the valve 28 is effected by means of a Vorrich device 60.
  • the device 60 has on the one hand an input E, which represents the need for additional fuel or the lack of gas supply pressure signal to ⁇ feasible. Preferably, this is the aktu ⁇ elle speed of the gas turbine rotor 51, to the Lastzu ⁇ state of the gas turbine 40 or to a fuel change signal representing.
  • the device 60 further comprises an output 62 whose signal controls an actuator, preferably the valve 28, with the aid of which the second tion section 18 flowing fuel B which the fuel ⁇ memory 30 removable fuel volume BV can be supplied.
  • the device 60 comprises a unit that controls the output signal in response to the input signal according to the specified methods.
  • the internal ⁇ hydrogen storage 30 is configured as a gas cylinder or a battery of several parallel-connected gas cylinders 64th In these gas cylinders 64 a significantly more reaction ⁇ joyous fuel for use as a fuel volume BV is stored as the fuel B, which is the fuel net 13 ⁇ removed.
  • the fuel B which is the fuel net 13 ⁇ removed.
  • Embodiments are merely illustrative of the invention and are not limitative of these and may be combined.
  • a plurality of combustion chambers 46 may be provided, each comprising a pilot burner and a main burner, each having one or more stages, these pilot burners are connected to the fuel supply system 10.
  • the main burner can also be supplied with the fuel volume taken from the fuel storage BV to the main flame (s) during
  • Inventive fuel supply system 10 liquid Be promoted fuels.
  • a combination of liquid and gaseous fuels is possible, but not a mixture of liquid and gaseous fuels in the feed 27 and in the jet pump 38 is provided, but the separation of gaseous fuel and liquid fuel with respect to pilot fuel and
  • Main fuel takes place: the pilot fuel can therefore be gaseous and the main fuel vice versa ⁇ liquid or.
  • the power plant 42 may also include a steam turbine unit, not shown, the rotor is also coupled to the illustrated generator 52 on a common shaft, which is then also referred to as a shaft train.
  • the invention thus provides a method for starting a gas turbine 40, a method for operating a gas turbine 40 during load shedding or fuel change, a device 60 for controlling the operation of a gas turbine 40, and a power plant 42.
  • a fuel volume BV provided with a substantially increased pressure compared to the supply pressure in the fuel network 13 is and in the event of ⁇ supply in the short term to the fuel net 13 taken fuel B to its pressure increase.
  • the pilot flame can burn stabilized in the required operating conditions. Thermoacoustic vibrations and flame extinction can also be avoided, although the supply pressure permanently provided by the fuel network 13 is comparatively low.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine (40), eine Vorrichtung (60) zum Regeln des Starts bzw. des Betriebs einer Gasturbine (40) sowie ein Kraftwerk (42). Um einen sicheren Betrieb der Gasturbine (40) während des Startens der Gasturbine, bei einem Brennstoffwechsel und/oder bei Lastabwurf trotz eines nur vergleichsweise geringen Versorgungsdrucks des Brennstoffnetzes (13) zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass ein Brennstoffvolumen (BV) mit einem im Vergleich zum Versorgungsdruck im Brennstoffnetz (13) wesentlich erhöhten Druck bereitgestellt wird und im Bedarfsfall kurzfristig dem dem Brennstoffnetz (13) entnommenen Brennstoff (B) zu dessen Druckerhöhung zuzuführen. Durch die Bereitstellung eines vergleichsweise hohen Brennstoffdrucks kann die Pilotflamme in den erforderlichen Betriebsfällen stabilisiert brennen. Thermoakustische Schwingungen sowie ein Flammenverlöschen können auch vermieden werden, obwohl der vom Brennstoffnetz (13) dauerhaft bereitgestellte Versorgungsdruck vergleichsweise gering ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer stationären Gasturbine,
Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine und Kraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer stationären Gasturbine, mit den Schritten:
- stetige Entnahme von gasförmigem Brennstoff aus einem
Brennstoffnetz und
- Verbrennen des Brennstoffs unter Zugabe von Verbrennungs¬ luft in zumindest einer Brennkammer der Gasturbine. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine. Abschließend betrifft die Erfindung ein Kraftwerk umfassend eine Gasturbine mit zumindest einer Brennkammer und einem Verdichter, wobei der Brennkammer vom Verdichter bereitgestellte Verbrennungsluft und einem Brenn¬ stoffnetz stetig entnehmbarer Brennstoff zuführbar ist.
Stationäre Gasturbinen und Verfahren zum Betrieb der Gasturbinen sind aus dem verfügbaren Stand der Technik in umfangreicher Art und Weise bekannt. Gasturbinen moderner Bauart, welche zur Erzeugung elektrischer Energie eingesetzt werden, weisen in der Regel einen axial durchströmbaren Verdichter, eine oder mehrere Brennkammern und eine Turbineneinheit auf. Im Betrieb wird ein der Brennkammer zugeführter Brennstoff mit Hilfe der vom Verdichter verdichteten Umgebungsluft zu einem Heißgas verbrannt, welches sich in der Turbineneinheit an dem Rotor der Gasturbine arbeitsleistend entspannt. Der Rotor treibt dann einen Generator an, welcher die mechanische Energie in elektrische Energie verlustarm umwandelt und in ein Stromverteilungsnetz einspeist.
Beim Starten der Gasturbine wird dessen Rotor mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung auf eine Zünddrehzahl gebracht, wonach durch Einspeisen eines Pilot-BrennstoffStroms in die Brenn¬ kammer dieser gezündet wird. Anschließend zündet die Pilot- flamme einen Haupt-Brennstoffström, welcher über separate Brenner und/oder Brennstoffdüsen auch in die Brennkammer einspritzt wird. Gleichzeitig wird die Antriebsvorrichtung vom Rotor entkoppelt. Der Rotor wird dann nur noch von dem bei der Verbrennung entstehenden Heißgas angetrieben. Mit Erreichen der Betriebsdrehzahl, zumeist 3000 min-1 oder 3600 min-1, endet der Startvorgang der Gasturbine. Anschließend kann der Generator mit der Netzfrequenz des Stromverteilungsnetzes synchronisiert und diesem aufgeschaltet werden.
Die Zuführung von Pilot-Brennstoff und Haupt-Brennstoff zu den entsprechenden Brennern bzw. Düsen erfolgt über getrennt arbeitende Leitungssysteme mit darin angeordneten Ventilen, mit denen sich das Volumen des jeweilig zugeführten Brennstoffs und dessen Druck einstellen lässt.
Als Brennstoff werden dabei sowohl flüssige als auch gasför¬ mige Brennstoffe verwendet. Zur Erzeugung einer besonders effizienten und emissionsarmen Verbrennung in der Brennkammer ist es bekannt, die Verbrennung des Haupt-Brennstoffmassenstroms durch die Pilotflamme stetig zu unterstützen. Als Pilotbrennstoff wird häufig ein Brenngas, beispielsweise Erd¬ gas verwendet.
Aufgrund der zur Erzeugung von großen Mengen an elektrischer Energie erforderlichen großen Mengen an Brennstoff sind die Brennstoffleitungssysteme der Gasturbine häufig an ein Brenn¬ stoffnetz angeschlossen, aus welchem dauerhaft der Brennstoff in der benötigten Menge über einen längeren Zeitraum entnommen werden kann. Ggf. ist zwischen dem Brennstoffnetz und dem Brennstoffleitungssystem noch ein zusätzlicher Gaskompressor geschaltet, um den Versorgungsdruck des Brennstoffnetzes zu¬ verlässig auf ein höheres Maß anzuheben, mit dem ein sicherer Betrieb der Gasturbine gewährleistet werden kann. Der erfor¬ derliche Brennstoffdruck beim Einspeisen in die Brennkammer liegt dabei oberhalb des vom Verdichter der Gasturbine ge¬ leisteten Druckverhältnisses. Folglich ist das Druckgefälle so eingestellt, dass der Brennstoff auch tatsächlich in die Brennkammer einströmt. Der vom Brennstoffnetz bereitzustellenden bzw. vom zusätzlichen Gasverdichter zu liefernde Versorgungsdruck kann sogar weit oberhalb des vom Verdichter ge leisteten Druckverhältnisses liegen, da insbesondere beim Be schleunigen des Rotors auf die Betriebsdrehzahl und bei Last abwurf sehr große Mengen an Pilotbrennstoff benötigt werden, um die Hauptflamme zu stabilisieren und unerwünschte thermo- akustische Schwingungen sowie Flammverlöschen sicher zu vermeiden. Pilotbrenner, welche eine vorgemischte Flamme erzeu¬ gen - so genannte Vormischpilotbrenner - weisen zudem vergleichsweise kleine Gasaustrittsbohrungen auf, welche eine weitere Erhöhung des ohnehin schon hohen Gasversorgungsdruck erforderlich machen, um die geforderten Pilotgasmassenströme zu erreichen. Dies steht im Gegensatz zu dem Bedürfnis nach einer effizienten Betriebsmöglichkeit auch bei reduziertem Versorgungsdruck im Brennstoffnetz.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung eines Verfahrens zum Betreiben einer Gasturbine, einer Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine und eines Kraftwerks, welches Verfahrens bzw. welcher Vorrichtung einen sicheren Betrieb selbst bei einem Mindestversorgungsdruck im Brennstoffnetz gewährleistet, der nur in geringem Maße über dem vom Verdichter der Gasturbine maximal erbringbaren Druckverhältnis liegt.
Die auf das Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine gerich- tete Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die auf die Vorrichtung gerichtete Auf¬ gäbe wird mit einer solchen gelöst, welche den Merkmalen des Anspruchs 12 entspricht. In Bezug auf die auf ein Kraftwerk gerichtete Aufgabe erfolgt die Lösung mit einem solchen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 14
Allen Lösungen ist gemein, dass die hier vorgestellte Erfindung auf der Idee basiert, den für Sonder-Betriebszustände wie Start, Brennstoffwechsel, Lastabwurf oder Ähnliches nur kurzzeitig benötigten erhöhten Brennstoffdruck bzw. nur kurz- zeitig benötigten erhöhten Brennstoffmassenstrom aus einem BrennstoffSpeicher - beispielweise einem Sammeltank - bereitzustellen und diesen dann im Bedarfsfall dem dem Brennstoffnetz entnommenen Brennstoff druckerhöhend zuzuführen.
Vorzugsweise werden nur identische gasförmige Brennstoffe bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zusammengeführt. Erste Abschätzungen zeigen, dass selbst bei stationä¬ ren Gasturbinen, die eine Leistung zwischen Einhundert MW und Vierhundert MW abgegeben können, eine Tankgröße von etwa 1 m3 - 3 m3 schon ausreichen würde, um die erforderlichen Brennstoffmengen bei entsprechendem Druck zu speichern. Zum Druckaufbau im BrennstoffSpeicher reicht ein einfacher Gaskompressor mit geringer Fördermenge aus, da zum Auffüllen des BrennstoffSpeichers in der Regel ausreichend Zeit zur Verfügung steht. Ein solcher Gaskompressor ist um ein vielfaches günstiger und zuverlässiger als ein Brennstoffkompressor, welcher den gesamten Brennstoffmassenstrom während des Betriebs auf dem hohen Druckniveau dauerhaft bereitstellen muss.
Im Gegensatz zu den bisherigen, aus dem Stand der Technik bekannten Vorgehensweisen lässt sich mit der Erfindung die Gasturbine auch mit vergleichsweise geringem Versorgungsdruck im Brennstoffnetz sicher und zuverlässig betreiben. Selbst bei den Sonder-Betriebszuständen „Start", „Brennstoffwechsel" und „Lastabwurf" wird der dann zusätzlich benötigte Brennstoffmassenstrom, insbesondere für den oder die Pilotbrenner, dem BrennstoffSpeicher entnommen, welcher vorher mit Hilfe eines einfachen Gaskompressor mit dem Brennstoffvolumen befüllt wurde. Das Brennstoffvolumen wurde dabei selbstverständlich vorher dem Brennstoffnetz entnommen.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen reduzieren die Anforderungen an den Versorgungsdruck im Brennstoffnetz erheblich. Durch den Wegfall des Brennstoffkompressors für vergleichsweise hohe Brennstoffdrücke bei hohen Brennstoffmassenströmen können hohe Kosten eingespart werden, einerseits für die Anschaffung eines derartig leistungsfähigen Brennstoffkompressors als auch für dessen Betrieb während des Betriebs der Gasturbine. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
Gemäß einem ersten vorteilhaften Verfahrensmerkmal weist das Brennstoffvolumen im BrennstoffSpeicher einen höheren Druck auf als der Versorgungsdruck im Brennstoffnetz. Vorzugsweise ist der Druck im Brennstoffvolumen um den Faktor zwei bis vier größer als der Versorgungsdruck im Brennstoffnetz. Damit wird sichergestellt, dass bei Bedarf das Brennstoffvolumen unverzüglich und in ausreichendem Umfang der Verbrennung in der Brennkammer zugeführt werden kann. Um dies zu erreichen, kann mit einem Brennstoffverdichter während des Betriebs der Gasturbine und/oder während des Stillstands dem Brennstoff¬ netz Brennstoff entnommen und in den BrennstoffSpeicher eingelagert werden. Da somit zur Aufladung des Brennstoff¬ speichers eine ausreichend große Zeitspanne zur Verfügung steht, ist die Verwendung eines Brennstoffverdichters mit vergleichsweise niedriger Leistung möglich.
Weiter bevorzugt sieht das Verfahren vor, dass einem
Pilotbrenner oder mehreren Pilotbrennern der Gasturbine zur kurzfristigen Erhöhung des der Brennkammer zugeführten Pilot- BrennstoffStroms das dem BrennstoffSpeicher entnommene
Brennstoffvolumen dem der Brennkammer noch zuzuführenden Pilot-Brennstoff zugeführt wird. Insbesondere hierdurch lassen sich ungewollte und instabile Verbrennungszustände vermeiden .
Wenn anstelle des dem Brennstoffnetz entnehmbaren Brennstoffs eine andere Brennstoffart als Brennstoffvolumen im
BrennstoffSpeicher bereitsteht, besteht damit die
Möglichkeit, den BrennstoffSpeicher vorzugsweise in Form einer oder mehrerer Gasflaschen auszugestalten. Dies macht die Verwendung eines Brennstoffverdichters hinfällig. Zudem kann mit der anderen Brennstoffart , sofern sie
reaktionsfreudiger ist als der zuzuführende Brennstoff, der Ausbrand des zuzuführende Brennstoffs weiter verbessert werden. Dies erhöht den Wirkungsgrad der Verbrennung, wodurch der generell benötigte thermische Eintrag - d.h. thermische Leistung - reduziert wird. Da als gasförmiger Brennstoff zumeist Erdgas oder Synthesegas eingesetzt wird, sind
reaktionsfreudigere Brennstoffe beispielsweise Wasserstoff oder Acetylen. Die Reaktionsfreudigkeit kann durch eine geringere Zündverzugszeit beschrieben werden. Mit steigendem Anteil des reaktionsfreudigeren Brennstoffvolumens im
Brennstoff nimmt sowohl die Flammengeschwindigkeit zu und die Zündverzugszeit ab. Beide Kenngrößen sind daher Anzeichen dafür, dass sich durch die Zumischung von Wasserstoff bzw. Acetylen eine deutlich schnellere und kompaktere Verbrennung realisieren lassen, was bei gegebener Verweilzeit des
Heißgases in der Brennkammer eine Verbesserung des Ausbrands herbeiführt. Es hat sich dabei herausgestellt, dass ein
Volumenanteil von 10% bis 30% an reaktionsfreudigerem
Brennstoff im insgesamt zugeführten Brennstoffström schon ausreichend ist, um den thermischen Wirkungsgrad zu erhöhen und insgesamt weniger unverbrannten Brennstoff, insbesondere unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid,
auszustoßen. Letzteres gilt insbesondere für die
Pilotverbrennung, wenn die Hauptverbrennung - beispielsweise im Falle eines Lastabwurfs - nahezu oder gar vollständig abgeschaltet wird. Gleichzeitig ermöglicht die Verbesserung des thermischen Ausbrands bei gegebenen Massenstroms des (Pilot- ) BrennstoffStroms insgesamt ein stabileres
thermoakustisches Verhalten der Verbrennung.
Vorzugsweise ist der Rotor der Gasturbine bei zur Energie¬ erzeugung eingesetzten Gasturbinen im Betrieb an einen elektrischen Generator angekoppelt, wobei der Generator seinerseits an ein Stromverteilungsnetz angeschlossen ist. Unter einem Lastabwurf im Sinne dieser Anmeldung wird verstanden, dass entweder eine schlagartige Reduzierung der vom Generator zu erbringenden elektrischen Leistung eintritt oder sogar die Trennung des Generators vom Stromverteilungsnetz erfolgt, sprich, die vom Generator zu erbringende elektrische Leistung sprungartig auf Null reduziert wird. Üblicherweise sind der- artige Lastabwürfe ungeplant und treten somit nur im Stö¬ rungsfall auf. Auch ist möglich, dass derartige Lastabwürfe bei der Inbetriebnahme von stationären Gasturbinen simuliert werden, um den zuverlässigen und sicheren Betrieb der Gasturbine vor dem ersten kommerziellen Betrieb garantieren zu können .
Zur Durchführung des voranbeschriebenen Verfahrens und dessen bevorzugten Aus führungs formen ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine vorgesehen, die umfasst:
- einen Eingang, welchem ein Signal zuführbar ist, das in einem Sonder-Betriebszustand den Bedarf an zusätzlichem
Brennstoff und/oder den Mangel an Gasversorgungsdruck repräsentiert,
- einen Ausgang, dessen Signal ein Stellorgan steuert, mit dessen Hilfe einem Brennstoff ein einem BrennstoffSpeicher entnehmbares Brennstoffvolumen zuführbar ist und
- eine Einheit, die das Ausgangssignals in Abhängigkeit vom Eingangssignal steuert. Erfindungsgemäß umfasst das Kraftwerk zumindest eine Gasturbine und einen mit einem Brennstoffvolu¬ men füllbaren BrennstoffSpeicher sowie Mittel, mit denen das Brennstoffvolumen dem dem Brennstoffnetz stetig entnehmbaren Brennstoff zuführbar ist.
Vorzugsweise umfassen die vorgenannten Mittel eine den BrennstoffSpeicher mit einem Leitungsabschnitt verbindende Lei¬ tung, in welcher Leitung ein Stellorgan zum Öffnen und
Schließen der Leitung angeordnet ist. Um Druckstöße im zusammengeführten Brennstoffström zu vermeiden, kann im Brennstoffleitungssystem zumindest eine Strahlpumpe vorgesehen sein, welcher der dem Brennstoffnetz stetig entnehmbare
Brennstoff als zu treibendes Medium und welcher das dem
BrennstoffSpeicher entnehmbare Brennstoffvolumen als Treibmedium zuführbar ist, wobei die betreffende Strahlpumpe aus- gangsseitig mit zumindest einem Brenner der Gasturbine ver¬ bunden ist. Die weitere Erläuterung der Erfindung erfolgt anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Im Einzel¬ nen zeigen: FIG 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Brennstoffver¬ sorgungssystems eines Kraftwerks,
FIG 2 eine alternative Ausgestaltung des Brennstoffversorgungssystems eines Kraftwerks mit einer Strahl- pumpe und
FIG 3 eine weitere alternative Ausgestaltung des
Brennstoffversorgungssystems eines Kraftwerks mit einem aus Gasflaschen gebildeten BrennstoffSpeicher für ein reaktionsfreudigeres Brennstoffvolumen.
FIG 1 zeigt ein Kraftwerk 42 mit einer Gasturbine 40. Diese umfasst einen Verdichter 44 axialer Bauart, eine oder mehrere Brennkammern 46 sowie eine Turbineneinheit 48, welche eben- falls in axialer Bauart ausgebildet ist. Während des Betriebs der Gasturbine 40 wird über eine Ansaugleitung 50 Umgebungs¬ luft vom Verdichter 44 angesaugt und als verdichtete Verdich¬ terendluft in die Brennkammer 46 eingespeist. Sowohl ein Pilot- als auch ein Haupt-Brennstoffström wird über einen oder mehrere Brenner bzw. Stufen der Brennkammer 46 bzw. den Brennkammern 46 zugeführt und in Verbindung mit der verdichteten Umgebungsluft zu einem Heißgas verbrannt, welches sich in der Turbineneinheit 48 arbeitsleistend an einem Rotor 51 der Gasturbine 40 entspannt. Dieser treibt einen daran ange- koppelten Generator 52 zur Erzeugung von elektrischer Energie an .
Die Gasturbine 40 des Kraftwerks 42 ist über ein Brennstoff- Versorgungssystem 10 mit einem Brennstoffnetz 13 verbunden. Das Brennstoffnetz 13 ist in der Lage, die erforderliche
Menge an gasförmigem Brennstoff zu liefern, um die Gasturbine 40 dauerhaft bei Nennlast zu betreiben. Im Detail umfasst neben weiteren, nicht dargestellten Komponenten das Brenn- stoff-Versorgungssystem 10 eine erste Brennstoffleitung 12, deren Eingang mit dem Brennstoffnetz 13 verbunden ist. In der ersten Brennstoffleitung 12 ist ein erstes Ventil 14 als Sicherheitsabsperrvorrichtung angeordnet. Stromab des ersten Ventils 14 teilt sich die erste Brennstoffleitung 12 in zwei Leitungsabschnitte 16, 18 auf. Der erste Leitungsabschnitt 16 ist Teil eines Hauptbrennstoffversorgungssystems und führt zu einem zweiten Ventil 20, mit dessen Hilfe das Volumen des Haupt-Brennstoffmassenstroms der Gasturbine 40 einstellbar ist. Der zweite Leitungsabschnitt 18 ist Teil eines Pilot¬ brennstoffVersorgungssystems und führt über eine erste Rück¬ schlagklappe 22 zu einem dritten Ventil 24, mittels dem das Volumen des Pilot-Brennstoffmassenstroms einstellbar ist, welcher zu dem Pilotbrenner oder den Pilotbrennern der Gas- turbine 40 geführt werden kann.
In den Leitungsabschnitt 18 mündet in einem Einspeisepunkt 27 stromab der Rückschlagklappe 22 eine weitere Brennstofflei¬ tung 26. In dieser weiteren Brennstoffleitung 26 ist ein Ab- Sperrventil 28 und ein Druckminderer 29 vorgesehen. Das ein- strömseitige Ende der Brennstoffleitung 26 ist mit einem BrennstoffSpeicher 30, welcher als Brennstofftank mit einem Volumen von beispielsweise 2 m3 ausgestattet ist, verbunden. Über eine Versorgungsleitung 32, in der ein Gaskompressor 34 und eine Rückschlagklappe 36 in Reihe geschaltet sind, kann dem BrennstoffSpeicher 30 aus dem Brennstoffnetz 13 Brennstoff zugeführt werden, welcher dann bei Sonder-Betriebszu- ständen als Brennstoffvolumen BV verwendet werden kann. Die Verwendung des Druckminderers 29 erleichtert das Ausregeln von Druckschwankungen beim Öffnen des Absperrventils 28.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung des Brennstoff-Versorgungssystems 10, welche in FIG 2 dargestellt ist, weist die¬ ses an der Stelle des Einspeisepunktes 27 eine Strahlpumpe 38 auf, der als Treibmedium das im BrennstoffSpeicher 30 speicherbare Brennstoffvolumen BV über die Leitung 26 und das darin angeordnete Ventil 28 zuführbar ist, um den im Lei- tungsabschnitt 18 strömenden Brennstoff B mit vergleichsweise geringem Druck im Gesamtdruck zu erhöhen.
Die beiden in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen arbeiten in analoger Weise, wenn es darum geht, während des Startens der Gasturbine 40, bei einem Brennstoff¬ wechsel und/oder bei Lastabwurf die in der Brennkammer 46 der Gasturbine 40 stattfindende Verbrennung zu stabilisieren, was nachfolgend beschrieben wird.
Vor dem Starten der Gasturbine oder auch nach der Entnahme eines Brennstoffvolumens BV aus dem BrennstoffSpeicher 30 wird der Gaskompressor 34 betrieben, um den BrennstoffSpeicher 30 mit einem Brennstoffvolumen BV (erneut) zu füllen. Das im BrennstoffSpeicher 30 gespeicherte Brennstoffvolumen BV weist dann einen vorgegebenen, vergleichsweise hohen Druck auf, welcher um ein vielfaches - beispielsweise das 3-fache - größer ist als der Versorgungsdruck im Brennstoffnetz 13 bzw. als das vom Verdichter 44 maximal lieferbare Druckverhältnis.
Während des Startens der Gasturbine 40 wird dessen Rotor 51 mit Hilfe einer nicht dargestellten Drehvorrichtung oder mit Hilfe des Generators 52 auf eine Zünddrehzahl beschleunigt. Anschließend werden zumindest die Ventile 14, 24 geöffnet und die Pilotflamme gezündet, so dass eine Verbrennung in der Brennkammer 46 abläuft. Danach wird das zweite Ventil 20 ge¬ öffnet, so dass die Hauptverbrennung beginnt. Anschließend wird durch die stetige Steigerung des Brennstoffmassenstroms der Rotor bis zur Betriebsdrehzahl beschleunigt. Währenddes¬ sen auftretende Verbrennungsinstabilitäten können dann vermieden sicher werden, wenn mit oder unmittelbar nach dem Erreichen der betroffenen Drehzahlen ein zusätzliches dem
BrennstoffSpeicher 30 entnommenes Brennstoffvolumen BV mit dem dem Brennstoffnetz 13 entnommenen, im zweiten Leitungsabschnitt 18 strömenden Brennstoff B der Brennkammer 46 beispielsweise über die Pilotbrenner zugeführt wird. In diesem Fall kann eine besonders große Menge an Brennstoff B mit einem besonders hohen Druck so lange in die Brennkammer 46 eingespeist werden, bis die betroffenen Drehzahlen überwunden wurde. Aufgrund der so vergrößerten Pilot-Brennstoffmenge wird die vom Pilotbrenner erzeugte Flamme stabilisiert.
Gleichzeitig werden unerwünschte thermoakustische Schwingun¬ gen sowie Flammenverlöschen sicher vermieden.
Um einen sprunghaften Anstieg des Drucks im zweiten Leitungsabschnitt 18 vor dem Ventil 24 zu vermeiden, muss das Ventil 28 entsprechend langsam geöffnet werden. Der Brennstoffström BS durch das Ventil 24 wird solange auch aus dem Brennstoff¬ speicher 30 gespeist, bis dessen Druck auf den normalen Versorgungsdruck, welcher im zweiten Leitungsabschnitt 18 vorherrscht, abgesunken ist.
Beim Lastabwurf werden in der Regel die meisten oder alle Brennstoffventile der Hauptbrenner unverzüglich bzw.
weitestgehend geschlossen, um das Beschleunigen des Rotors auf eine Überdrehzahl bestmöglich zu vermeiden, wohingegen die Brennstoffventile der Pilotbrenner zum Weiterbetrieb der Gasturbine geöffnet bleiben. Sofern ein Lastabwurf
durchgeführt werden muss, ungeplant oder geplant bei der Inbetriebsetzung der Gasturbine 40, besteht die Möglichkeit, die Pilotflamme (n) in der bzw. den Brennkammer (n) 46 zu stabilisieren, indem mit oder unmittelbar nach dem Lastabwurf dem BrennstoffSpeicher 30 das gasförmige Brennstoffvolumen BV durch Öffnen des Ventils 28 entnommen und dem im zweiten Leitungsabschnitt 18 strömenden, dem Brennstoffnetz 13 entnommenen Brennstoff B zuzuführen, wodurch der
zusammengeführte Brennstoffström BS stromab des
Einspeisepunkts 27 im Druck P erhöht ist. Die Druckerhöhung führt zu einer größeren in die Brennkammer 46 einströmenden Brennstoffmenge, was sich stabilisierend auswirkt.
Das voranbeschriebene Verfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn während des Betriebs der Gasturbine 40 ein
Brennstoffwechsel vorgesehen ist. Bei dem Brennstoffwechsel wird von einem flüssigen Haupt-Brennstoff auf einen gasförmigen Haupt-Brennstoff - oder umgekehrt - umgestellt. Für die- sen, etwa 30 Sekunden bis etwa 180 Sekunden andauernden Um- schaltvorgang ist eine stabilisierte Verbrennung der Pilotflamme erforderlich, was nur durch das währenddessen zusätzlich eingedüste Brennstoffvolumen BV erreicht wird. Insofern erfolgt der Flammstabilisierungsbetrieb durch die Druckerhö¬ hung mittels der Zugabe des Brennstoffvolumens BV zum Brenn¬ stoff nur für eine kurze Zeitdauer. Nach dem Brennstoffwechsel kann der Betrieb wie üblich - also ohne Zugabe des Brenn stoffvolumens BV - fortgesetzt werden.
Gemäß der Ausgestaltung nach FIG 2 arbeitet das im BrennstoffSpeicher 30 gespeicherte Brennstoffvolumen BV als Treib medium für den Brennstoff B, welcher im zweiten Leitungsabschnitt 18 strömt und ursprünglich dem Brennstoffnetz 13 ent nommen wurde. Die Zusammenführung des Brennstoffs B und des Brennstoffvolumens BV zum Brennstoffström BS erfolgt in der Strahlpumpe 38, so dass das Zusammenwirken beider Brennstoff ströme B, BV für die nötige Druckerhöhung im Leitungsab¬ schnitt 18 stromab der Strahlpumpe 38 wirkt. Durch die Ver¬ wendung der Strahlpumpe 38 kann der BrennstoffSpeicher 30 kleiner ausgeführt werden. Auch ist dadurch ein wesentlich sanfterer Druckanstieg vor dem Ventil 24 beim Öffnen des Ven tils 28 möglich. Dadurch kann das Ventil 28 möglicherweise sehr viel einfacher und somit preisgünstiger ausgeführt werden. Ggf. kann dadurch das Ventil 28 auch als Schaltventil ausgeführt werden - ein Regelventil ist dann nicht erforder¬ lich.
Die Steuerung des Ventils 28 erfolgt mit Hilfe einer Vorrich tung 60. Die Vorrichtung 60 weist einerseits einen Eingang E auf, welchem ein den Bedarf an zusätzlichem Brennstoff bzw. den Mangel an Gasversorgungsdruck repräsentiert Signal zu¬ führbar ist. Vorzugsweise handelt es sich dabei um die aktu¬ elle Drehzahl des Gasturbinenrotors 51, um ein den Lastzu¬ stand der Gasturbine 40 oder um ein den Brennstoffwechsel repräsentierendes Signal. Weiter umfasst die Vorrichtung 60 einen Ausgang 62, dessen Signal ein Stellorgan, vorzugsweise das Ventil 28, steuert, mit dessen Hilfe dem im zweiten Lei- tungsabschnitt 18 strömenden Brennstoff B das dem Brennstoff¬ speicher 30 entnehmbare Brennstoffvolumen BV zugeführt werden kann. Außerdem umfasst die Vorrichtung 60 eine Einheit, die das Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Eingangssignal gemäß der angegebenen Verfahren steuert.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 - und im Unter¬ schied zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 - ist der Brenn¬ stoffSpeicher 30 als eine Gasflasche oder als eine Batterie mehrerer, parallel geschalteter Gasflaschen 64 ausgestaltet. In diesen Gasflaschen 64 ist ein signifikant reaktions¬ freudigerer Brennstoff zur Verwendung als Brennstoffvolumen BV eingelagert als derjenige Brennstoff B, der dem Brenn¬ stoffnetz 13 entnehmbar ist. Beispielsweise ist in den
Gasflaschen 64 Wasserstoff oder Acetylen gespeichert. Dieser Brennstoff kann als Brennstoffvolumen BV in den voran
beschriebenen Anwendungsfällen zur Verbesserung des Ausbrands und zur thermoakustischen Stabilisierung der Verbrennung kurzfristig dem dem Brennstoffnetz 13 entnommenen Brennstoff B hinzugefügt werden.
Die in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten
Ausführungsbeispiele dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend und können auch miteinander kombiniert werden. So können insbesondere mehrere Brennkammern 46 vorgesehen sein, die jeweils einen Pilotbrenner und einen Hauptbrenner mit jeweils einer oder mehreren Stufen umfassen, wobei diese Pilotbrenner an das Brennstoff-Versorgungssystem 10 angeschlossen sind.
Selbstverständlich können auch die Hauptbrenner zusätzlich mit dem dem BrennstoffSpeicher entnommenen Brennstoffvolumen BV versorgt werden, um die Hauptflamme (n) während
vergleichbarer Betriebszustände in analoger Weise zu
stabilisieren. Die Beschreibung der Erfindung erfolgt anhand eines Beispiels mit gasförmigem Brennstoff. Die Verwendung von gasförmigem Brennstoff ist jedoch nicht zwingend.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass im
erfindungsgemäßen Brennstoff-Versorgungssystem 10 flüssige Brennstoffe gefördert werden. Auch eine Kombination flüssiger und gasförmiger Brennstoffe ist möglich, wobei jedoch nicht eine Vermischung von flüssigen und gasförmigen Brennstoffen im Einspeisepunkt 27 bzw. in der Strahlpumpe 38 vorgesehen ist, sondern die Trennung von gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff in Bezug auf Pilotbrennstoff und
Hauptbrennstoff erfolgt: der Pilotbrennstoff kann also gasförmig sein und der Hauptbrennstoff flüssig oder umge¬ kehrt .
Das Kraftwerk 42 kann auch eine nicht weiter dargestellte Dampfturbinen-Einheit umfassen, dessen Rotor ebenfalls mit dem dargestellten Generator 52 auf einer gemeinsamen Welle, die dann auch als Wellenstrang bezeichnet wird, gekoppelt ist.
Insgesamt werden mit der Erfindung somit ein Verfahren zum Starten einer Gasturbine 40, ein Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine 40 bei Lastabwurf oder Brennstoffwechsel, eine Vorrichtung 60 zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine 40 sowie ein Kraftwerk 42 angegeben. Um einen sicheren Betrieb der Gasturbine 40 während des Startens, bei Lastabwurf oder bei Brennstoffwechsel trotz eines nur vergleichsweise geringen Versorgungsdrucks des Brennstoffnetzes 13 zu ermög- liehen, ist vorgesehen, dass ein Brennstoffvolumen BV mit einem im Vergleich zum Versorgungsdruck im Brennstoffnetz 13 wesentlich erhöhten Druck bereitgestellt wird und im Bedarfs¬ fall kurzfristig dem dem Brennstoffnetz 13 entnommenen Brennstoff B zu dessen Druckerhöhung zuzuführen. Durch die Bereit- Stellung eines vergleichsweise hohen Brennstoffdrucks kann die Pilotflamme in den erforderlichen Betriebsfällen stabilisiert brennen. Thermoakustische Schwingungen sowie ein Flammenverlöschen können auch vermieden werden, obwohl der vom Brennstoffnetz 13 dauerhaft bereitgestellte Versorgungsdruck vergleichsweise gering ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer stationären Gasturbine
(40),
mit den Schritten:
- stetige Entnahme von Brennstoff (B) aus einem Brennstoff¬ netz (13) und
- Verbrennen des Brennstoffs (B) unter Zugabe von Verbren- nungsluft in zumindest einer Brennkammer (46) der Gasturbine (40),
dadurch gekennzeichnet, dass
zur kurzfristigen Erhöhung des der Brennkammer (46) zugeführten BrennstoffStroms (BS) einem BrennstoffSpeicher (30) ein Brennstoffvolumen (BV) entnommen und dem der Brennkammer (46) noch zuzuführenden Brennstoff (B) zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem die kurzfristige Erhöhung des Brennstoffström (BS)
- während des Startens der Gasturbine (40),
- bei einem Brennstoffwechsel und/oder
- mit oder unmittelbar nach dem Lastabwurf
durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
bei dem das Brennstoffvolumen (BV) einen höheren Druck aufweist als der dem Brennstoffnetz (13) entnommene Brennstoff (B) .
4. Verfahren nach Anspruch 3,
bei dem der Druck des Brennstoffsvolumens (BV) um das zwei- fache bis vierfache größer ist als der Versorgungsdruck im
Brennstoffnetz (13) .
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem einem Pilotbrenner oder mehreren Pilotbrennern der Gasturbine (40) zur kurzfristigen Erhöhung des der
Brennkammer (46) zugeführten Pilot-BrennstoffStroms (BS) das dem BrennstoffSpeicher (30) entnommene Brennstoffvolumen (BV) dem der Brennkammer (46) noch zuzuführenden Pilot-Brennstoff (B) zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 2, 3 oder 4,
bei dem die Gasturbine (40) im Betrieb einen elektrischen Generator (52) antreibt, welcher an ein Stromverteilungs¬ netz angeschlossen ist und bei dem der Lastabwurf durch eine schlagartige Reduzierung der vom Generator (52) zur erbringenden elektrischen Leistung oder durch die Trennung des Generators (52) vom Stromverteilungsnetz erfolgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
bei dem der Lastabwurf unplanmäßig ist oder simuliert wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
bei dem dem BrennstoffSpeicher (30) ein dem Brennstoffnetz (13) entnommenes Brennstoffvolumen (BV) höheren Drucks zugeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem der BrennstoffSpeicher (30) ein Brennstoffvolumen (BV) umfasst, welches von der Art des Brennstoffs (B) unterschiedlich ist und vorzugsweise in Gasflaschen
bereitgestellt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem das Brennstoffvolumen (BV) von einer signifikant reaktionsfreudigeren Art ist als der noch zuzuführende
Brennstoff (B) .
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
bei dem das Brennstoffvolumen (BV) hauptsächlich Acetylen oder Wasserstoff aufweist oder vollständig daraus besteht.
12. Vorrichtung (60) zum Regeln des Betriebs einer
stationären Gasturbine (40),
- mit einem Eingang (E) , welchem ein Signal zuführbar ist, das den Bedarf an zusätzlichem Brennstoff bzw. den Mangel an Gasversorgungsdruck repräsentiert,
- mit einem Ausgang (62), dessen Signal ein Stellorgan (28) steuert, mit dessen Hilfe einem Brennstoff (B) ein einem BrennstoffSpeicher (30) entnehmbares Brennstoffvolumen (BV) zuführbar ist und
- mit einer Einheit, die das Ausgangssignals in Abhängig- keit vom Eingangssignal steuert.
13. Vorrichtung (60) nach Anspruch 12,
zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
14. Kraftwerk (42) ,
umfassend eine stationäre Gasturbine (40) mit zumindest einer Brennkammer (46) und einem Verdichter (44), wobei der Brennkammer (46) vom Verdichter (44) bereitgestellte
Verbrennungsluft und von einem Brennstoffnetz (13) stetig entnehmbarer Brennstoff (B) zuführbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein mit einem Brennstoffvolumen (BV) füllbarer BrennstoffSpeicher (30) vorgesehen ist und Mittel vorgesehen sind, mit denen das Brennstoffvolumen (BV) dem dem Brennstoffnetz (13) stetig entnehmbaren Brennstoff (B) zuführbar ist .
15. Kraftwerk (42) nach Anspruch 14,
bei dem die Mittel eine den BrennstoffSpeicher (30) mit einem Leitungsabschnitt (18) verbindende Leitung (26) um- fasst, in welcher Leitung (26) ein Stellorgan (28) zum Öffnen und Schließen der Leitung (26) angeordnet ist.
16. Kraftwerk (42) nach Anspruch 15,
mit zumindest einer Strahlpumpe (38), welcher der dem
Brennstoffnetz (13) stetig entnehmbare Brennstoff (B) und welcher das dem BrennstoffSpeicher (30) entnehmbare Brenn- stoffvolumen (BV) als Treibmittel zuführbar ist, wobei die betreffende Strahlpumpe (38) ausgangsseitig mit zumindest einem Brenner der Gasturbine (40) verbunden ist.
17. Kraftwerk (42) nach Anspruch 14, 15 oder 16,
mit einer Vorrichtung (60) nach einem der Ansprüche 12 oder 13.
EP11791264.2A 2010-11-30 2011-11-29 Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk Withdrawn EP2646668A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11791264.2A EP2646668A1 (de) 2010-11-30 2011-11-29 Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP10193135A EP2458181A1 (de) 2010-11-30 2010-11-30 Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine und Kraftwerk
EP11791264.2A EP2646668A1 (de) 2010-11-30 2011-11-29 Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk
PCT/EP2011/071243 WO2012072614A1 (de) 2010-11-30 2011-11-29 Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2646668A1 true EP2646668A1 (de) 2013-10-09

Family

ID=43971271

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10193135A Withdrawn EP2458181A1 (de) 2010-11-30 2010-11-30 Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine und Kraftwerk
EP11791264.2A Withdrawn EP2646668A1 (de) 2010-11-30 2011-11-29 Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10193135A Withdrawn EP2458181A1 (de) 2010-11-30 2010-11-30 Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine und Kraftwerk

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20130247578A1 (de)
EP (2) EP2458181A1 (de)
JP (1) JP5808819B2 (de)
CN (1) CN103237971B (de)
RU (1) RU2602214C2 (de)
WO (1) WO2012072614A1 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015123820A1 (zh) 2014-02-19 2015-08-27 西门子公司 用于燃气轮机的燃料供应管线系统
DE102014216014A1 (de) 2014-08-13 2016-02-18 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerksanlage mit Notbrennstoffsystem
US11459959B2 (en) * 2016-09-16 2022-10-04 General Electric Company Method for starting a gas turbine
EP3301268A1 (de) * 2016-09-29 2018-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerksteuerungssystem in koordination mit weiteren energiequellen wie etwa erneuerbaren energien
JP6963512B2 (ja) 2018-01-12 2021-11-10 三菱パワー株式会社 燃料供給システム、ガスタービン、発電プラント、制御方法及びプログラム
CN111855221A (zh) * 2020-07-28 2020-10-30 青岛中科国晟动力科技有限公司 一种燃气轮机燃烧状态监测方法及系统
CN114320493B (zh) * 2022-01-14 2023-11-03 中国能源建设集团浙江省电力设计院有限公司 一种9h级联合循环机组增压机组间的无扰切换方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090299609A1 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 General Electric Company Locomotive engine multi-fuel control system and method

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1559828A (en) * 1975-09-12 1980-01-30 Rolls Royce Fuel system for gas turbine engines
US4033115A (en) * 1976-06-02 1977-07-05 Sundstrand Corporation Emergency hydraulic power system (start bottle)
US4270345A (en) * 1978-09-15 1981-06-02 General Electric Company Integrated control system for a gas turbine engine
JPS5573530U (de) * 1978-11-17 1980-05-21
JPS56118533A (en) * 1980-02-21 1981-09-17 Toshiba Corp Fuel supply controlling method for digestion gas power generation installation
JPS6317839U (de) * 1986-07-17 1988-02-05
US4837697A (en) * 1987-07-31 1989-06-06 Allied-Signal Inc. Overspeed governor for an electronic controlled fuel system
JPH0278737A (ja) * 1989-08-04 1990-03-19 Hitachi Ltd 石炭ガス化発電方法
JPH06323165A (ja) * 1993-05-17 1994-11-22 Hitachi Ltd ガスタービン用制御装置及び制御方法
US5490379A (en) * 1993-12-20 1996-02-13 Woodward Governor Company Fuel metering unit
JPH07233734A (ja) * 1994-02-23 1995-09-05 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスタービンの燃料圧保持装置
JPH08128635A (ja) * 1994-10-31 1996-05-21 Yanmar Diesel Engine Co Ltd ガスタービン
US5896736A (en) * 1997-03-06 1999-04-27 General Electric Company Load rejection rapid acting fuel-air controller for gas turbine
JP2886844B2 (ja) * 1997-05-01 1999-04-26 川崎重工業株式会社 予混合型燃焼器を備えたガスタービン
JP2940823B1 (ja) * 1998-09-25 1999-08-25 川崎重工業株式会社 ガス専焼ガスタービン発電装置とそのガス燃料供給方法
JP3623913B2 (ja) * 2000-07-31 2005-02-23 川崎重工業株式会社 ガス専焼ガスタービン発電装置
US6715278B2 (en) * 2001-10-02 2004-04-06 Dennis G. Demers Fail fixed fuel metering device for providing bumpless transfer to backup
FR2832458B1 (fr) * 2001-11-19 2004-07-09 Snecma Moteurs Systeme d'injection de carburant dans une turbomachine
JP2003286957A (ja) * 2002-03-28 2003-10-10 Sanyo Electric Co Ltd ガス充填装置
FR2846711B1 (fr) * 2002-10-30 2006-09-22 Hispano Suiza Sa Dispositif de dosage de carburant a soupape de regulation compensee, dans une turbomachine
DE10345566A1 (de) * 2003-09-29 2005-04-28 Alstom Technology Ltd Baden Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine sowie Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens
JP4326566B2 (ja) * 2004-12-27 2009-09-09 川崎重工業株式会社 ガスカロリ変動抑制装置、燃料ガス供給設備、ガスタービン設備およびボイラー設備
JP4884301B2 (ja) * 2007-05-28 2012-02-29 中国電力株式会社 発電プラント及び発電プラントの発電方法
EP2207951B1 (de) * 2007-09-25 2014-03-12 Airbus SAS Verfahren zum betrieb eines gasturbinentriebwerks und das verfahren nutzendes flugzeug
US8977469B2 (en) * 2008-05-28 2015-03-10 General Electric Company Multi-fuel control system and method

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090299609A1 (en) * 2008-05-28 2009-12-03 General Electric Company Locomotive engine multi-fuel control system and method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013129536A (ru) 2015-01-10
RU2602214C2 (ru) 2016-11-10
JP5808819B2 (ja) 2015-11-10
WO2012072614A1 (de) 2012-06-07
CN103237971B (zh) 2017-03-15
CN103237971A (zh) 2013-08-07
EP2458181A1 (de) 2012-05-30
US20130247578A1 (en) 2013-09-26
JP2013545022A (ja) 2013-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2646668A1 (de) Verfahren zum betreiben einer stationären gasturbine, vorrichtung zum regeln des betriebs einer gasturbine und kraftwerk
DE102007044729B4 (de) Verfahren und System für das Erkennen eines transienten Netzereignisses und den Übergang zum elektrischen Inselbetrieb
EP2118997B1 (de) Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage
EP2458180A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine bei Lastabwurf, Vorrichtung zum Regeln des Betriebs einer Gasturbine sowie Kraftwerk
EP1914407B1 (de) Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage
EP2115274B1 (de) Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage
DE112013005205B4 (de) Stromerzeugungssystem
EP2450535A1 (de) Verfahren zur Primärregelung einer kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage
EP0921292B1 (de) Verfahren zur Regelung einer Gasturbogruppe
DE10341758B4 (de) Gasturbinenkraftwerk-regelmechanismus
DE112013005226T5 (de) Stromerzeugungssystem und -Verfahren zum Aktivieren von Brennstoffzellen in Stromerzeugungssystemen
DE2524723A1 (de) Kombiniertes gas-dampf-kraftwerk mit druckgaserzeuger
DE112010003300T5 (de) Gasturbine und Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine
EP1752619A2 (de) Turbogruppe mit Anfahrvorrichtung
EP2318718B1 (de) Gasturbine
WO2003076780A1 (de) Verfahren zum betreiben einer turbine
WO2020126848A1 (de) Triebwerksbaugruppe und betriebsverfahren
EP1790834A1 (de) Turbogruppe mit Anfahrvorrichtung
EP2723993B1 (de) Verfahren zum hochfahren einer stationären gasturbine
CH683018A5 (de) Verfahren zur Erhöhung des verdichterbedingten Druckgefälles einer Gasturbine einer Kraftwerksanlage.
DE2728826C2 (de) Einrichtung zur Begrenzung der Menge des der Gasfackelanlage zugeführten Brenngases bei einer mit nachgeschaltetem Gas-Dampfturbinenkraftwerk versehenen Kohledruckver-
DE102012224009A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine
DE102021210854A1 (de) Gasturbine und Verfahren zum Einstellen einer Durchflussrate von ihr zugeführtem Brennstoff
EP3628845B1 (de) Verfahren zum betreiben einer gasturbinenanordnung und gasturbinenanordnung
EP0995891A2 (de) Turbomaschine und Verfahren zum Betrieb derselben

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20130517

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20170828

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20180109