EP3105508B1 - Verfahren zum regeln einer aufteilung von brennstoff auf verschiedene brennerstufen - Google Patents

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EP3105508B1
EP3105508B1 EP15710796.2A EP15710796A EP3105508B1 EP 3105508 B1 EP3105508 B1 EP 3105508B1 EP 15710796 A EP15710796 A EP 15710796A EP 3105508 B1 EP3105508 B1 EP 3105508B1
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EP
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burner
fuel volume
volume flow
fuel
carried out
Prior art date
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Dieter Simon
Eberhard Deuker
Boris Ferdinand Kock
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/002—Regulating fuel supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
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    • F23N2225/04—Measuring pressure
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    • F23N2241/20—Gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling a distribution of fuel to predetermined burner stages of at least one burner of a machine during a stationary engine operation, wherein the engine is in particular a gas turbine having a plurality of burners.
  • the maps can be supplemented by correction functions, such as an ambient temperature-dependent modulation of the guided to the individual burner stages fuel components.
  • a control is proposed according to the invention in which by gradual change of the fuel supply to the individual burner stages improved fuel allocation is determined by trial and error to keep the NOx content in the exhaust gas and the combustion stability below the predetermined limits.
  • An essential advantage of the method according to the invention is that an optimization of the fuel distribution always takes place automatically with changes in the ambient conditions or aging-related changes in the machine components, regardless of whether the influence of the changes on the combustion stability and / or on the NOx content in the exhaust gas are known or not.
  • the commissioning time of the machine can be carried out within a very short period of time thanks to the method according to the invention.
  • Conventional devices can be used as measuring devices. Measuring devices for determining the proportion of NOx in the exhaust gas are well known in the prior art. For example, sound sensors, pressure sensors or the like can serve as measuring devices for detecting the combustion stability. Whether the machine is in steady-state operation can be determined, for example, by monitoring the machine output.
  • step f if, after performing a fuel volume flow change in step d), no deterioration of a rating is detected in step f), the fuel flow rate in the re-performed step d) becomes equal by a predetermined value Direction as in the previous step d) changed. If the fuel volume flow has been increased in the previous step d), for example, it will be increased again in the step d) which has been carried out again. On the other hand, if the fuel volume flow was reduced in the previous step d), then it is also reduced in the renewed step d).
  • step d) even if, after performing a fuel volume flow change in step d), a deterioration of an evaluation variable is detected in step f), in step d) carried out again the fuel volume flow change carried out in the preceding step d) is reversed. This prevents further deterioration from taking place.
  • the fuel volume flow has been increased when step d) is carried out for the first time it will now be reduced on the basis of the initial variable. If it was reduced when the step d) was carried out for the first time, it is now increased on the basis of the starting variable.
  • step c) if in step c) both an exceedance of the limit value for the combustion stability as well as the exceeding of the limit value for the NO x fraction in the exhaust gas is determined, only an improvement in step f) the evaluation parameter for the combustion stability or only an improvement in the evaluation of the NOx component in the exhaust gas considered.
  • one of the controlled variables receives a priority.
  • the steps b) to g), after having been carried out in accordance with step h) for all of the predetermined burner stages, are carried out again for the first burner stage.
  • an execution of the complete process cycle is followed by another process cycle so that the control can respond to changing disturbances.
  • the portion of the fuel volume flow by which the fuel supply of a burner stage is increased or reduced in step d) is preferably subtracted from the fuel volume flow of at least one of the other burner stages or at least added to one of the other burner stages, so that the total fuel flow volume supplied to the burner stages is kept constant , Accordingly, the machine performance is influenced only slightly or not at all by the regulation according to the invention.
  • the splitting of that portion of the fuel volume flow by which the fuel supply of a burner stage in step d) is increased or reduced to the other burner stages can be effected, for example, in equal proportions, proportionally to the current fuel distribution or in another manner.
  • the method according to the invention is terminated when no exceeding of limit values is detected in step c) or the machine leaves the stationary mode.
  • the latter can be determined, for example, by monitoring the machine performance.
  • the settings of the fuel volume flows to the individual burner stages, which are carried out in the context of carrying out steps b) to h), are preferably stored in matrices clustered according to engine power and ambient temperature. A restart of the machine can then be carried out based on a stored matrix, which is used as a map.
  • the method described below is for controlling a distribution of fuel to different burner stages of a plurality of annularly arranged burners of a gas turbine during a stationary gas turbine operation.
  • Each burner includes a pilot burner and a plurality of premix burners.
  • the pilot burner defines a first burner stage of a burner.
  • the premix burners of each burner form a second and a third burner stage. All pilot burners are supplied with fuel via a common first loop.
  • all premix burners of the second burner stage and all premix burners of the third burner stage are each supplied with fuel via a common second or third ring line.
  • burner stages is basically variable, as far as at least two burner stages are provided, which are supplied with fuel separately from each other.
  • a limit value for an evaluation parameter for the combustion stability or the buzzing behavior is determined. Further, in step S1, a threshold value for a NOx amount evaluation quantity in the exhaust gas is defined.
  • the limit values each form upper limits which should not be exceeded during stationary gas turbine operation.
  • a second step S2 the evaluation parameter for the combustion stability and the evaluation quantity for the NOx content in the exhaust gas during stationary engine operation are detected using suitable measuring devices, and cached, wherein the amounts of fuel that are supplied to the individual firing stages during steady-state operation, are known.
  • the stationary gas turbine operation can be determined, for example, by monitoring the engine power.
  • sound sensors, pressure sensors or the like can serve as measuring devices for detecting the combustion stability.
  • devices based on various measuring principles are available, which directly determine the proportion of NOx.
  • step S3 the measurement results temporarily stored in step S2 are compared with the limit values defined in step S1. If it is found in the context of such a comparison that none of the limit values has been exceeded, then step S2 is carried out again. If, on the other hand, it is determined in step S3 that at least one of the limit values has been exceeded, the fuel supply to the first burner stage is changed by a predetermined value in a further step S4.1. In other words, the first burner stage is now supplied with a predetermined amount of more or less fuel.
  • step S5.1 the combustion stability evaluation amount and the NOx amount evaluation amount in the exhaust gas are newly detected and latched in step S5.1 using the aforementioned measuring devices.
  • step S6.1 it is then assessed whether at least one of the control variables buffered in step S5.1 represents an improvement over one of the control variables buffered in step S2. If it is determined in step S6.1 that the change in the fuel supply in step S4.1 did not result in a deterioration of an evaluation variable, the fuel supply to the first burner stage in step S4.2 again by a predetermined value in the same direction as in step S4 .1 changed. If the fuel supply was increased in step S4.1, then it is in Step S4.2 increased again. On the other hand, if the fuel supply was reduced in step S4.1, it is also reduced in step S4.2. Then, the control variables are detected again using the measuring devices in step S5.2 and buffered.
  • step S6.2 it is evaluated in step S6.2 whether at least one of the control variables buffered in step S5.2 represents an improvement compared to the control variables buffered in step S5.2. If it is again determined in step S6.2 that the fuel supply in step S4.2 did not result in a deterioration of an evaluation variable, in step S4.3 the fuel supply is again changed in the same direction by a predetermined value, whereupon steps S5.3 and S6.3 are carried out in an analogous manner.
  • step S6.n 2, 3
  • step S4.n-1 the fuel supply is reset to that of step S4.n-1. Thereafter, the above-described procedure is sequentially applied to the second and the third burner stage.
  • step S3 If both exceeding of the limit value for the combustion stability and the exceeding of the limit value for the NOx content in the exhaust gas are determined in step S3, then only an improvement in the evaluation parameter for the combustion stability or in step S4.1 Improvement of the evaluation parameter for the NOx content in the exhaust gas is taken into account. In other words, one of the scores is given priority.
  • the method is terminated as soon as the gas turbine leaves the stationary mode or if no exceeding of limit values is determined in step S3.
  • the settings of the fuel supply to the individual burner stages which were made in the context of carrying out the method according to the invention, are stored in matrices clustered according to machine performance and ambient temperature. A restart of the machine can then be based on a stored matrix, which is then used as a map. As soon as the machine returns to stationary machine operation after restarting, the method according to the invention is carried out again.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln einer Aufteilung von Brennstoff auf vorbestimmte Brennerstufen zumindest eines Brenners einer Maschine während eines stationären Maschinenbetriebs, wobei es sich bei der Maschine insbesondere um eine mehrere Brenner aufweisende Gasturbine handelt.
  • Ein solches Verfahren ist aus US 2010/0300108 A1 bekannt.
  • Bei Gasturbinen ist es bekannt, über die Aufteilung von Brennstoff auf verschiedene Brennerstufen Einfluss auf die Emissionen und die Verbrennungsstabilität bzw. das Brummverhalten zu nehmen, die minimiert oder zumindest unter vorbestimmten Grenzwerten gehalten werden müssen. Ein Problem besteht allerdings darin, dass sowohl die Emissionen als auch die Verbrennungsstabilität durch unterschiedlichste Störgrößen beeinflusst werden, wie beispielsweise durch den Umgebungszustand, durch Alterungseffekte, durch Verschmutzung, durch den Lastpunkt der Maschine oder dergleichen, und dass die genauen Wechselwirkungen zwischen Verbrennungsstabilität und Emissionen einerseits und den Störgrößen andererseits nur unzureichend bekannt sind. Eine unmittelbare Regelung der Bennstoffaufteilung wurde aus diesen Gründen bislang nicht eingesetzt. Eine im Stand der Technik bekannte Lösung des Problems sieht vor, in der Leittechnik auf Erfahrungswerten basierende Kennfelder zu hinterlegen, die der Brennstoffzufuhr bzw. deren Aufteilung auf die einzelnen Brennerstufen für jeden Betriebszustand der Gasturbine Werte zuordnen. Soweit bekannte Störgrößen messtechnisch erfasst werden, können die Kennfelder noch um Korrekturfunktionen ergänzt werden, wie beispielsweise eine umgebungstemperaturabhängige Modulation der zu den einzelnen Brennerstufen geleiteten Brennstoffanteile. Im Ergebnis ist jedoch festzustellen, dass es trotz einer solchen kennfeldbasierten Steuerung immer wieder zu erhöhten Emissionen oder unzulässig starkem Brummen kommt.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zu schaffen, mit dem über die Brennstoffzufuhr zu den einzelnen Brennerstufen Einfluss auf die Verbrennungsstabilität und die Emission genommen wird.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Regeln einer Aufteilung von Brennstoff auf vorbestimmte Brennerstufen zumindest eines Brenners einer Maschine während eines stationären Maschinenbetriebs, das die Schritte aufweist:
    1. a) Definieren von Grenzwerten verschiedener Regelgrößen, wobei die Regelgrößen zumindest eine Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität und eine Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas umfassen;
    2. b) Erfassen und Zwischenspeichern der Regelgrößen unter Verwendung geeigneter Messeinrichtungen während des stationären Maschinenbetriebs, wobei die den einzelnen Brennerstufen während des stationären Maschinenbetriebs zugeführten Brennstoffvolumenströme bekannte Ausgangsgrößen darstellen;
    3. c) Vergleichen der in Schritt b) zwischengespeicherten Regelgrößen mit den zugeordneten Grenzwerten und, wenn im Rahmen dieser Vergleiche eine Überschreitung zumindest eines Grenzwertes festgestellt wird,
    4. d) Verändern des Brennstoffvolumenstroms zu einer ersten Brennerstufe um einen vorbestimmten Wert;
    5. e) erneutes Erfassen und Zwischenspeichern der Regelgrößen unter Verwendung der Messeinrichtungen;
    6. f) Bewerten, ob zumindest eine der in Schritt e) zwischengespeicherten Regelgrößen eine Verbesserung oder eine Verschlechterung gegenüber einer der in Schritt b) zwischengespeicherten Regelgrößen darstellt;
    7. g) Wiederholen der Schritte d) bis f), bis in Schritt f) eine Verbesserung zumindest einer Bewertungsgröße erfasst wird; und
    8. h) Durchführen der Schritte b) bis g) für weitere vorbestimmte Brennerstufen des Brenners, insbesondere für sämtliche Brennerstufen des Brenners.
  • Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß eine Regelung vorgeschlagen, bei der durch schrittweises Verändern der Brennstoffzufuhr zu den einzelnen Brennerstufen eine verbesserte Brennstoffaufteilung durch Ausprobieren ermittelt wird, um den NOx-Anteil im Abgas sowie die Verbrennungsstabilität unterhalb der vorbestimmten Grenzwerte zu halten. Indem man die einzelnen Stellgrößen in Form der den einzelnen Brennerstufen zugeführten Brennstoffvolumenströme leicht variiert und die Auswirkung auf die Verbrennungsstabilität sowie den NOx-Anteil im Abgas beobachtet, kann ermittelt werden, ob die neue Einstellung eine Verbesserung darstellt oder nicht. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass eine Optimierung der Brennstoffaufteilung bei Änderungen der Umgebungsbedingungen oder alterungsbedingten Änderungen der Maschinenkomponenten stets automatisch erfolgt, und zwar unabhängig davon, ob der Einfluss der Änderungen auf die Verbrennungsstabilität und/oder auf den NOx-Anteil im Abgas bekannt sind oder nicht. Ferner kann die Inbetriebnahmezeit der Maschine Dank des erfindungsgemäßen Verfahrens innerhalb einer sehr kurzen Zeitdauer durchgeführt werden. Als Messeinrichtungen können herkömmliche Einrichtungen zum Einsatz kommen. Messeinrichtungen zur Bestimmung des NOx-Anteils im Abgas sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Als Messeinrichtungen zur Erfassung der Verbrennungsstabilität können beispielsweise Schallsensoren, Druckaufnehmer oder dergleichen dienen. Ob sich die Maschine im stationären Betrieb befindet, kann beispielsweise mittels einer Überwachung der Maschinenleistung festgestellt werden.
  • Gemäß der Erfindung wird, wenn nach Durchführung einer Brennstoffvolumenstromänderung in Schritt d) keine Verschlechterung einer Bewertungsgröße in Schritt f) erfasst wird, der Brennstoffvolumenstrom im erneut durchgeführten Schritt d) um einen vorbestimmten Wert in gleicher Richtung wie beim vorangegangenen Schritt d) verändert. Wurde der Brennstoffvolumenstromim vorangegangenen Schritt d) beispielsweise erhöht, so wird er im erneut durchgeführten Schritt d) wieder erhöht. Wurde der Brennstoffvolumenstrom im vorangegangenen Schritt d) hingegen verringert, so wird er auch im erneut durchgeführten Schritt d) verringert.
  • Gemäß der Erfindung wird auch, wenn nach Durchführung einer Brennstoffvolumenstromänderung in Schritt d) eine Verschlechterung einer Bewertungsgröße in Schritt f) erfasst wird, im erneut durchgeführten Schritt d) die im vorangegangenen Schritt d) durchgeführte Brennstoffvolumenstromänderung rückgängig gemacht. Auf diese Weise wird verhindert, dass eine weitere Verschlechterung stattfindet.
  • Vorteilhaft wird, wenn nach einer Rückgängigmachung einer vorangegangenen Brennstoffvolumenstromänderung der Brennstoffvolumenstrom wieder der Ausgangsgröße entspricht, der Brennstoffvolumenstrom im erneut durchgeführten Schritt d) um einen vorbestimmten Wert entgegen der ursprünglichen Richtung verändert. Wurde also der Brennstoffvolumenstrom bei erstmaliger Durchführung des Schrittes d) erhöht, so wird er nunmehr ausgehend von der Ausgangsgröße verringert. Wurde er bei erstmaliger Durchführung des Schrittes d) verringert, so wird er ausgehend von der Ausgangsgröße nunmehr erhöht.
  • Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird, wenn in Schritt c) sowohl eine Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität als auch die Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas festgestellt wird, in Schritt f) nur eine Verbesserung der Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität oder nur eine Verbesserung der Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas berücksichtigt. Mit anderen Worten erhält eine der Regelgrößen eine Priorität.
  • Bevorzugt werden die Schritte b) bis g), nachdem diese gemäß Schritt h) für sämtliche der vorbestimmten Brennerstufen durchgeführt wurden, erneut für die erste Brennerstufe durchgeführt. Mit anderen Worten schließt sich an eine Durchführung des vollständigen Verfahrenszyklus ein weiterer Verfahrenszyklus an, damit die Regelung auf sich ändernde Störgrößen reagieren kann.
  • Bevorzugt wird derjenige Anteil des Brennstoffvolumenstroms, um den die Brennstoffzufuhr einer Brennerstufe in Schritt d) erhöht oder verringert wird, von dem Brennstoffvolumenstrom zumindest einer der anderen Brennerstufen abgezogen oder zumindest einer der anderen Brennerstufen hinzugefügt, so dass der den Brennerstufen insgesamt zugeführte Brennstoffgesamtvolumenstrom konstant gehalten wird. Entsprechend wird die Maschinenleistung durch die erfindungsgemäße Regelung nur wenig oder gar nicht beeinflusst. Das Aufteilen desjenigen Anteils des Brennstoffvolumenstroms, um den die Brennstoffzufuhr einer Brennerstufe in Schritt d) erhöht oder verringert wird, auf die anderen Brennerstufen kann dabei beispielsweise zu gleichen Teilen, proportional zur aktuellen Brennstoffaufteilung oder in anderer Weise erfolgen.
  • Vorteilhaft wird das erfindungsgemäße Verfahren beendet, wenn in Schritt c) kein Überschreiten von Grenzwerten festgestellt wird oder die Maschine den stationären Betrieb verlässt. Letzteres kann beispielsweise mittels einer Überwachung der Maschinenleistung festgestellt werden.
  • Bevorzugt werden die Einstellungen der Brennstoffvolumenströme zu den einzelnen Brennerstufen, die im Rahmen der Durchführung der Schritte b) bis h) vorgenommenen werden, in nach Maschinenleistung und Umgebungstemperatur geclusterten Matrizen gespeichert. Ein erneutes Anfahren der Maschine kann dann basierend auf einer gespeicherten Matrize erfolgen, die als Kennfeld verwendet wird.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme der beiliegenden Zeichnung deutlich, die ein schematisches Ablaufdiagramm zeigt.
  • Das nachfolgend beschriebene Verfahren dient zum Regeln einer Aufteilung von Brennstoff auf verschiedene Brennerstufen mehrerer ringförmig angeordneter Brenner einer Gasturbine während eines stationären Gasturbinenbetriebs. Jeder Brenner umfasst einen Pilotbrenner und eine Vielzahl von Vormisch- bzw. Hauptbrennern. Der Pilotbrenner definiert eine erste Brennerstufe eines Brenners. Die Vormischbrenner jedes Brenners bilden eine zweite und eine dritte Brennerstufe. Sämtliche Pilotbrenner werden über eine gemeinsame erste Ringleitung mit Bennstoff versorgt. Ebenso werden sämtliche Vormischbrenner der zweiten Brennerstufe und sämtliche Vormischbrenner der dritten Brennerstufe jeweils über eine gemeinsame zweite bzw. dritte Ringleitung mit Brennstoff versorgt.
  • An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl von Brennerstufen grundsätzlich variabel ist, soweit zumindest zwei Brennerstufen vorgesehen sind, die getrennt voneinander mit Brennstoff versorgt werden.
  • Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem ersten Schritt S1 ein Grenzwert für eine Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität bzw. das Brummverhalten festgelegt. Ferner wird in Schritt S1 ein Grenzwert für eine Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas definiert. Die Grenzwerte bilden jeweils obere Schranken, die während des stationären Gasturbinenbetriebs nicht überschritten werden sollen.
  • In einem zweiten Schritt S2 werden die Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität und die Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas während des stationären Maschinenbetriebs unter Verwendung geeigneter Messeinrichtungen erfasst und zwischengespeichert, wobei die Brennstoffmengen, die den einzelnen Brennstufen während des stationären Betriebs zugeführt werden, bekannt sind. Der stationäre Gasturbinenbetrieb kann beispielsweise mittels einer Überwachung der Maschinenleistung festgestellt werden. Als Messeinrichtungen zur Erfassung der Verbrennungsstabilität können beispielsweise Schallsensoren, Druckaufnehmer oder dergleichen dienen. Als Messeinrichtung zur Bestimmung des NOx-Anteils im Abgas stehen Geräte basierend auf verschiedenen Messprinzipien zur Verfügung, die den NOx-Anteil direkt ermitteln.
  • In einem sich anschließenden Schritt S3 werden die in Schritt S2 zwischengespeicherten Messergebnisse mit den in Schritt S1 definierten Grenzwerten verglichen. Wird im Rahmen eines solchen Vergleichs festgestellt, dass keiner der Grenzwerte überschritten wurde, so wird Schritt S2 erneut durchgeführt. Wird in Schritt S3 hingegen festgestellt, dass zumindest einer der Grenzwerte überschritten wurde, so wird in einem weiteren Schritt S4.1 die Brennstoffzufuhr zu der ersten Brennerstufe um einen vorbestimmten Wert geändert. Mit anderen Worten wird der ersten Brennerstufe nun eine vorbestimmte Menge mehr oder weniger Brennstoff zugeführt.
  • Daraufhin werden die Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität und die Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas in Schritt S5.1 unter Verwendung der zuvor genannten Messeinrichtungen erneut erfasst und zwischengespeichert.
  • In Schritt S6.1 wird nunmehr bewertet, ob zumindest eine der in Schritt S5.1 zwischengespeicherten Regelgrößen eine Verbesserung gegenüber einer der in Schritt S2 zwischengespeicherten Regelgrößen darstellt. Wird in Schritt S6.1 festgestellt, dass die Veränderung der Brennstoffzufuhr in Schritt S4.1 keine Verschlechterung einer Bewertungsgröße zur Folge hatte, so wird die Brennstoffzufuhr zur ersten Brennerstufe in Schritt S4.2 erneut um einen vorbestimmten Wert in gleicher Richtung wie in Schritt S4.1 geändert. Wurde die Brennstoffzufuhr in Schritt S4.1 also erhöht, so wird sie in Schritt S4.2 wieder erhöht. Wurde die Brennstoffzufuhr in Schritt S4.1 hingegen verringert, so wird sie auch in Schritt S4.2 verringert. Daraufhin werden die Regelgrößen unter Verwendung der Messeinrichtungen im Schritt S5.2 wieder erfasst und zwischengespeichert. Anschließend wird in Schritt S6.2 bewertet, ob zumindest eine der in Schritt S5.2 zwischengespeicherten Regelgrößen eine Verbesserung gegenüber der in Schritt S5.1 zwischengespeicherten Regelgrößen darstellt. Wird in Schritt S6.2 erneut festgestellt, dass die Brennstoffzufuhr in Schritt S4.2 keine Verschlechterung einer Bewertungsgröße zur Folge hatte, so wird in Schritt S4.3 die Brennstoffzufuhr wieder in gleicher Richtung um einen vorbestimmten Wert geändert, woraufhin die Schritte S5.3 und S6.3 in analoger Weise durchgeführt werden.
  • Wird in Schritt S6.n (n = 2, 3...) festgestellt, dass eine Verschlechterung zumindest einer Bewertungsgröße stattgefunden hat, so wird die Brennstoffzufuhr auf diejenige des Schrittes S4.n-1 zurückgesetzt. Daraufhin wird der zuvor beschriebene Verfahrensablauf nacheinander auf die zweite und die dritte Brennerstufe angewendet.
  • Wird in Schritt S6.1 festgestellt, dass eine Verschlechterung zumindest einer Bewertungsgröße gegenüber den in Schritt S2 erfassten und zwischengespeicherten Bewertungsgrößen stattgefunden hat, so wird in Schritt S4.2 zumindest ein weiterer Veränderungsschritt entgegen der in Schritt S4.1 gewählten Richtung ausgehend vom Ausgangspunkt durchgeführt. Wurde also die Brennstoffzufuhr der ersten Brennerstufe in Schritt S4.1 gegenüber der Brennstoffzufuhr der ersten Brennerstufe in Schritt S2 erhöht, so wird sie in Schritt S4.2 ausgehend vom Ausgangspunkt verringert. Wurde sie in Schritt S4.1 verringert, so wird sie in Schritt S4.2 nunmehr erhöht. Daraufhin werden die Schritte S5.2 und S6.2 durchgeführt. Wird in Schritt S6.n (n = 2, 3...) festgestellt, dass eine Verschlechterung zumindest einer Bewertungsgröße stattgefunden hat, so wird die Brennstoffzufuhr auf diejenige des Schrittes S4.n-1 zurückgesetzt. Daraufhin wird der zuvor beschriebene Verfahrensablauf nacheinander auf die zweite und die dritte Brennerstufe angewendet.
  • Wird in Schritt S3 sowohl eine Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität als auch die Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas festgestellt, so wird in Schritt S4.1 nur eine Verbesserung der Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität oder eine Verbesserung der Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas berücksichtigt. Mit anderen Worten wird einer der Bewertungsgrößen eine Priorität eingeräumt.
  • Wurde die Aufteilung des Brennstoffs im Rahmen der zuvor beschriebenen Schritte für sämtliche Brennerstufen geregelt, so wird das zuvor beschriebene Verfahren wieder auf die erste Brennerstufe angewendet. Mit anderen Worten beginnt das Verfahren dann wieder von vorne.
  • Das Verfahren wird beendet, sobald die Gasturbine den stationären Betrieb verlässt oder wenn in Schritt S3 keine Überschreitung von Grenzwerten ermittelt wird.
  • Die Einstellungen der Brennstoffzufuhr zu den einzelnen Brennerstufen, die im Rahmen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen wurden, werden in nach Maschinenleistung und Umgebungstemperatur geclusterten Matrizen gespeichert. Ein erneutes Anfahren der Maschine kann dann basierend auf einer gespeicherten Matrize erfolgen, die dann als Kennfeld verwendet wird. Sobald die Maschine nach ihrem erneuten Anfahren wieder den stationären Maschinenbetrieb erreicht, wird das erfindungsgemäße Verfahren erneut durchgeführt.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Regeln einer Aufteilung von Brennstoff auf vorbestimmte Brennerstufen zumindest eines Brenners einer Maschine während eines stationären Maschinenbetriebs, das die Schritte aufweist:
    a) Definieren von Grenzwerten verschiedener Regelgrößen, wobei die Regelgrößen zumindest eine Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität und eine Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas umfassen;
    b) Erfassen und Zwischenspeichern der Regelgrößen unter Verwendung geeigneter Messeinrichtungen während des stationären Maschinenbetriebs, wobei die den einzelnen Brennerstufen während des stationären Maschinenbetriebs zugeführten Brennstoffvolumenströme bekannte Ausgangsgrößen darstellen;
    c) Vergleichen der in Schritt b) zwischengespeicherten Regelgrößen mit den zugeordneten Grenzwerten und, wenn im Rahmen dieser Vergleiche eine Überschreitung zumindest eines Grenzwertes festgestellt wird,
    d) Verändern des Brennstoffvolumenstroms zu einer ersten Brennerstufe um einen vorbestimmten Wert;
    e) erneutes Erfassen und Zwischenspeichern der Regelgrößen unter Verwendung der Messeinrichtungen;
    f) Bewerten, ob zumindest eine der in Schritt e) zwischengespeicherten Regelgrößen eine Verbesserung oder eine Verschlechterung gegenüber einer der in Schritt b) zwischengespeicherten Regelgrößen darstellt;
    g) Wiederholen der Schritte d) bis f), bis in Schritt f) eine Verbesserung zumindest einer Bewertungsgröße erfasst wird; und
    h) Durchführen der Schritte b) bis g) für weitere vorbestimmte Brennerstufen des Brenners, insbesondere für sämtliche Brennerstufen des Brenners,
    wobei entweder, wenn nach Durchführung einer Brennstoffvolumenstromänderung in Schritt d) keine Verschlechterung einer Bewertungsgröße in Schritt f) erfasst wird, der Brennstoffvolumenstrom im erneut durchgeführten Schritt d) um einen vorbestimmten Wert in gleicher Richtung wie beim vorangegangenen Schritt d) verändert wird,
    oder, wenn nach Durchführung einer Brennstoffvolumenstromänderung in Schritt d) eine Verschlechterung einer Bewertungsgröße in Schritt f) erfasst wird, im erneut durchgeführten Schritt d) die im vorangegangenen Schritt d) durchgeführte Brennstoffvolumenstromänderung rückgängig gemacht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem, wenn nach einer Rückgängigmachung einer vorangegangenen Brennstoffvolumenstromänderung der Brennstoffvolumenstrom wieder der Ausgangsgröße entspricht, der Brennstoffvolumenstrom im erneut durchgeführten Schritt d) um einen vorbestimmten Wert entgegen der ursprünglichen Richtung verändert wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem, wenn in Schritt c) sowohl eine Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität als auch die Überschreitung des Grenzwertes für die Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas festgestellt wird, in Schritt f) nur eine Verbesserung der Bewertungsgröße für die Verbrennungsstabilität oder nur eine Verbesserung der Bewertungsgröße für den NOx-Anteil im Abgas berücksichtigt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Schritte b) bis g), nachdem diese gemäß Schritt h) für sämtliche der vorbestimmten Brennerstufen durchgeführt wurden, erneut für die erste Brennerstufe durchgeführt werden.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem derjenige Anteil des Brennstoffvolumenstroms, um den die Brennstoffzufuhr einer Brennerstufe in Schritt d) erhöht oder verringert wird, von dem Brennstoffvolumenstrom zumindest einer der anderen Brennerstufen abgezogen oder zumindest einer der anderen Brennerstufen hinzugefügt wird, so dass der den Brennerstufen insgesamt zugeführte Brennstoffgesamtvolumenstrom konstant gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses beendet wird, wenn in Schritt c) kein Überschreiten von Grenzwerten festgestellt wird oder die Maschine den stationären Betrieb verlässt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Einstellungen der Brennstoffvolumenströme zu den einzelnen Brennerstufen, die im Rahmen der Durchführung der Schritte b) bis h) vorgenommenen werden, in nach Maschinenleistung und Umgebungstemperatur geclusterten Matrizen gespeichert werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem ein Anfahren der Maschine basierend auf einer gespeicherten Matrize erfolgt.
EP15710796.2A 2014-03-31 2015-03-19 Verfahren zum regeln einer aufteilung von brennstoff auf verschiedene brennerstufen Active EP3105508B1 (de)

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