WO2006069906A1 - Verfahren zum betrieb einer gasturbogruppe - Google Patents

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WO2006069906A1
WO2006069906A1 PCT/EP2005/056675 EP2005056675W WO2006069906A1 WO 2006069906 A1 WO2006069906 A1 WO 2006069906A1 EP 2005056675 W EP2005056675 W EP 2005056675W WO 2006069906 A1 WO2006069906 A1 WO 2006069906A1
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WO
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mass flow
fuel
combustion chamber
fuel mass
gas
Prior art date
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PCT/EP2005/056675
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Brautsch
Martin Zajadatz
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
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Priority to US11/812,792 priority patent/US7584616B2/en

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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
    • F02C7/228—Dividing fuel between various burners
    • 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
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F02C6/003—Gas-turbine plants with heaters between turbine stages

Definitions

  • the invention relates to a method for Betheb a gas turbine group according to the preamble of claim 1. It further relates to a configured for controlling a gas turbine group according to an inventive method control module of a power plant, and a digital code through which a control module of a power plant configured and is caused to operate the power plant according to a method of the invention.
  • the operation of a gas turbine with gaseous fuel requires an at least fuel gas inlet pressure, which must be at least as high as the pressure in the combustion chamber plus the pressure gradient across the fuel system.
  • the pressure gradient is highly dependent on the fuel flow, that is, in otherwise constant conditions of the fuel mass flow dependent.
  • Combustion chambers with premix burners of the types which have become known, inter alia, from EP 321 809, EP 780 629, WO 01/96785, WO 92/19913, WO 93/17279, require a comparatively high fuel gas pressure gradient, so that the fuel gas for the premix combustion with a high pulse and finely distributed through the relatively small fuel outlet openings can escape.
  • a method of the type mentioned is to be specified so that the disadvantages of the prior art are avoided.
  • the method should be specified in particular so that at reduced fuel gas pressure, the gas turbine group can continue to operate with the highest possible power output without having to operate an additional gas compressor station.
  • the proposed method is based on the working process of a gas turbine group with sequential combustion, as has become known for example from EP 620 362; This document makes an integral part of the present invention with regard to the relevant disclosure content.
  • the method proposed here on the one hand makes use of the fact that a lower pressure is present in the second combustion chamber than in the first combustion chamber. Therefore, the fuel that is reacted in the second combustion chamber, must flow against a lower back pressure, so that even under the condition of equal pressure loss coefficients of the fuel distribution systems to promote a certain fuel mass flow a lower fuel gas pressure or fuel gas supply pressure sufficient.
  • the second combustion chamber which, for example, as auto-igniting combustion chamber of the type known, for example, from EP 620 403 or EP 669 500
  • the second combustion chamber which, for example, as auto-igniting combustion chamber of the type known, for example, from EP 620 403 or EP 669 500
  • the second combustion chamber which, for example, as auto-igniting combustion chamber of the type known, for example, from EP 620 403 or EP 669 500
  • the second combustion chamber which, for example, as auto-igniting combustion chamber of the type known, for example, from EP 620 403 or EP 669 500
  • the method described herein comprises feeding a cumulative mass flow of a fuel in a common supply line at a fuel supply pressure to a gas turbine group with sequential combustion, such as known from EP 620 362, and at sufficient fuel supply pressure according to a normal operating concept to a first fuel mass flow for the first combustion chamber or high-pressure combustion chamber and a second fuel mass flow for the second combustion chamber or low-pressure combustion chamber split.
  • the use of a common supply line is preferred but not mandatory, it is also possible to provide two individual supply systems for the two combustion chambers and to supply the fuel via this in each case with an optionally individually different or preferably substantially the same fuel supply pressure.
  • the sum mass flow is in this case the simple sum of the mass flows in these two supply lines and the normal operating concept is to control the two supply systems such that this sum mass flow to a first fuel mass flow for the first combustion chamber or high-pressure combustion chamber and a second fuel mass flow for the second combustion chamber or low-pressure combustion chamber to some extent divided according to the concept.
  • the sum mass flow is determined, for example, by regulating the gas turbine group to a specific useful power, that is, such that the useful power output of the gas turbine group corresponds to a desired value.
  • the normal operating concept includes, for example, the Division of the sum of the mass flow to the first and second combustion chamber to specify as a function of the net power output of the gas turbine group, the Nutz orientalsabgabe is used as absolute or relative, related to a maximum power size; It is familiar to the person skilled in the art that the maximum output of an air-breathing gas turbine group varies greatly with the ambient conditions and in particular the temperature and the pressure at the compressor inlet.
  • the normal operating concept comprises determining the inlet temperature of the hot gas when entering the first turbine in a suitable manner known per se, and dimensioning the first fuel mass flow in such a way that the inlet temperature reaches a permissible upper limit value; the exceeding proportion of the sum mass flow is then attributed to the second combustion chamber.
  • a common supply line for the first and the second combustion chamber is normal Operation deviated if the fuel supply pressure falls below a limit in this common supply line.
  • Fuel supply pressure measured directly, for example by means of a pressure sensor. In other embodiments of the invention, the fuel supply pressure is determined in other suitable ways.
  • the pressure limit can be fixed, or predetermined depending on the fuel mass flow and / or dynamically determined, such that the limit is higher, the greater the total fuel mass flow or the fuel mass flow of the first combustion chamber.
  • the limit value of the fuel supply pressure which triggers a shift in the fuel distribution to the two combustion chambers and a deviation from the normal operating concept, is predetermined depending on the useful power output of the gas turbine group.
  • the difference mass flow by which the fuel mass flow of the first combustion chamber is reduced determined in dependence on the difference between the pressure limit and the actual actual supply pressure, the difference mass flow is greater, the smaller the Is supply pressure is.
  • Gas turbine combustors it is also known to divide the fuel mass flow according to an example load-dependent distribution scheme to different burners and / or groups of burners. In this way, in particular with reduced fuel mass flows, the combustion stability is increased by selectively operating individual burners and / or burner groups with respect to the total stoichiometry fuel-rich mixture. It may prove to be very useful on a case by case basis when the fuel mass flow of the first combustion chamber is changed and the internal fuel distribution of the first combustion chamber is adapted to different burners and / or groups of burners.
  • the fuel mass flow of the first combustion chamber is reduced by a differential mass flow
  • the second fuel mass flow to the second combustion chamber is increased by at least the differential mass flow.
  • the fuel mass flow of the first combustion chamber is reduced by a difference mass flow
  • the increase in the fuel mass flow of the second combustion chamber is controlled so that the net power of the gas turbine group remains constant.
  • the increase of the fuel mass flow of the second combustion chamber is then slightly higher than the reduction of the fuel mass flow of the first combustion chamber.
  • the total fuel mass flow thus increases for constant power, however, the likewise power-consuming operation of a gas compressor station is avoided, which outweighs this loss of efficiency in the bottom line.
  • the net power is measured, for example, as the terminal power of a generator driven by the gas turbine group.
  • the invention therefore also includes a control module of a power plant, which is configured to operate a gas turbine group according to a method described above.
  • the control module is configured in an exemplary embodiment of the invention by loading and executing a digital code in the control module, which digital code causes the control module to operate a power plant according to a method as described above. For example, input signals which provide information about the operating state and different operating parameters of the gas turbine group are detected, processed and on the basis of which output and control signals are formed. The generation of the output signals from input signals, for example, by a processor that is programmed according to the digital code.
  • the invention also includes a digital code which is adapted to configure the control module such that it causes a gas turbine group to carry out a method described above.
  • the invention comprises a data carrier on which the digital code and / or the source code of the digital code is stored.
  • data carrier is to be understood in the broadest sense, such that it includes, for example, magnetic and optical storage media or memory chips.
  • the term explicitly also includes nonvolatile memory modules and logic modules or systems of logic modules, in particular programmable logic modules, which are suitable and programmed to be installed in a control module and to configure it in the above-mentioned sense.
  • the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.
  • the single figure shows a schematic representation of a gas turbine group with sequential combustion, as has become known for example from EP 620 362, together with a schematic representation of the supply of fuel gas and the control of the fuel gas supply.
  • the illustration is highly schematic; details not necessary for understanding the invention have been omitted.
  • the embodiment and the drawing are intended to provide a better understanding of the invention, and are not to be used to limit the invention described in the claims.
  • a gas turbine group 1 is shown schematically, as it has become known for example from EP 620 362.
  • an air mass flow in the compressor 11 is compressed and introduced into a first combustion chamber or high-pressure combustion chamber 12.
  • a first fuel mass flow is supplied to the compressed air mass flow and burnt.
  • the resulting hot gas is partially relaxed in a first turbine or high-pressure turbine 13, wherein the pressure ratio in the first turbine is, for example, 2.
  • the partially expanded hot gas exits the first turbine 13 with a still high temperature and a residual oxygen content of usually more than 15 percent.
  • This partially expanded hot gas flows into a second combustion chamber or low-pressure combustion chamber 14, where a second fuel mass flow is supplied to the hot gas.
  • the second fuel mass flow ignites spontaneously and heats the partially expanded hot gas.
  • This reheated hot gas is further expanded in the turbine 15, also referred to as a low-pressure turbine, for example, approximately to atmospheric pressure.
  • the shaft power delivered in the turbines during the expansion of the hot gases serves on the one hand to drive the compressor; the remaining part of the shaft power is used as useful power to drive a generator 16, which outputs electrical power to an unillustrated electricity grid.
  • the waste heat potential of the effluent flue gas can be used, for example, to generate steam.
  • the finely distributed injection of the fuel gas in conjunction with an intensive premixing of fuel and combustion air allows the realization of lean combustion and very low nitrogen oxide emissions at the same time good burnout, but requires, as shown, a high fuel gas inlet pressure to flow through a certain mass flow.
  • the burners which are otherwise arranged, for example, in an annular arrangement about the axis of the machine, are combined into two separately controllable groups of burners.
  • the burners 20 of a first group are connected to a first annular duct 21, to which a fuel mass flow is metered via an actuator 22.
  • the burners 30 of a second group are connected to a second annular duct 31; The metering of the fuel takes place via an actuator 32.
  • a burner group such as the burner 20, acted upon with so much fuel that these burners always in a stable, that is operate sufficiently fuel-rich operating range.
  • An excess amount of fuel is metered to the burners 30. Due to the support of the stable burner 20 of the first burner group, the burner 30 can be operated with very low fuel mixture, which would not guarantee stable combustion itself.
  • the Metering of fuel to the burners 30 avoided excessive accumulation of the fuel-air mixture of the burners 20, which would lead to increased nitrogen oxide emissions and potentially harmful overheating of the burners.
  • this fuel mass flow is distributed to the two burner groups, which is at least approximately dependent on the fuel mass flow of the first combustion chamber 12; In practice, this division often takes place as a function of the net power or a relative power, for the formation of which the actual power is related to a full load power of the gas turbo group.
  • the second combustion chamber 14 which is referred to as a low-pressure combustion chamber, in contrast to the first combustion chamber 12, also referred to as a high-pressure combustion chamber, is designed as a self-igniting combustion chamber, in a design which is known, for example, from EP 669,500.
  • the oxygen-containing hot gas flows at a high temperature via non-illustrated, but from the cited prior art known per se vortex-generating elements.
  • fuel lances 40 are arranged which inject a second fuel mass flow into the hot gas flow. In a manner not shown is located in a flow channel downstream of the lances 40, a cross-sectional jump at which stabilizes a flame zone.
  • the temperature of the hot gas on entry into the second combustion chamber is typically around 850 0 C. and above, while the temperature of the hot gas entering the second turbine or low-pressure turbine 15 is in a range of about 1200 to 1300 0 C. Due to the significantly lower compared to the first combustion chamber firing capacity and the short residence time of the combustion products in this high-speed combustion chamber and the already good mixing of the fuel in the flowing at high speed hot gas vortex flow fuel introduction in the second combustion chamber can be done with a much lower pressure drop or the fuel lances 40 can be designed with a significantly lower pressure loss coefficient for the fuel gas than the burners 20 and 30 of the high-pressure combustion chamber 12.
  • the pressure in the second combustion chamber is well below the pressure in the first combustion chamber; With the numerical values given above by way of example, there is still a pressure of around 15 bar, which means that the back pressure, against which the fuel gas must flow, is 15 bar below that in the first combustion chamber. Thus, the requirements of the fuel gas inlet pressure for throughput of the same fuel mass flow are significantly lower than in the first combustion chamber.
  • the fuel gas is introduced via a main line 50, which is part of a parent distribution network, for example.
  • the gas turbine group is connected to the main line 50 via an only schematically indicated transfer station 51.
  • the total fuel mass flow is distributed via actuators 121 and 141 to the two combustion chambers of the gas turbine group.
  • the entire control and regulation of the gas turbine group is taken over by the control module 60.
  • the control module 60 receives input values 61, which include, for example, information about the operating state of the gas turbo group. Belongs to these input values for example, the current net power P ac t.
  • output values 62 are formed, which are forwarded as control signals to the actuators of the gas turbine group. This also includes the control commands for the fuel mass flow actuators 22, 32, 121, and 141.
  • a control module for example, a digital arithmetic unit is used, which is programmed by a stored on a disk 63 computer program and thus configured to control and control the gas turbine group.
  • a fuel gas supply pressure is measured at the transfer station 51 and also evaluated in the control module 60.
  • a fuel gas pressure is specified, which must be provided by the distribution network. It is known in cases where this pressure can not be guaranteed under all circumstances, to arrange a gas compressor stations, which compresses the fuel gas from the main line 50 to the required form.
  • the actuator 121 is closed by an amount and thus the fuel partial mass flow, which is passed to the first combustion chamber 12, reduced by a differential mass flow.
  • the actuator 141 is opened so far that at least the differential mass flow additionally directed to the second combustion chamber 14 becomes. That is, a portion of the total fuel mass flow of the gas turbine group is redeployed from the high-pressure combustion chamber 12 into the low-pressure combustion chamber 14, where on the one hand a lower back pressure exists, and on the other hand, in an exemplary embodiment of the invention for flow of a given mass flow, a lower pressure gradient must be present.
  • the distribution of the fuel to the burners 20 of the first group and the burners 30 of the second group are adapted to the lower fuel mass flow. This ensures the stability of the combustion in the first combustion chamber.
  • the combustion of a certain fuel mass flow in the second combustion chamber 14 generally results in a slightly reduced net power compared to the implementation in the high-pressure combustion chamber 12.
  • the actuator 141 is opened so far that the useful power of the generator is maintained, ie compared to the original operating state a higher total fuel mass flow is burned.
  • FIG. 14 second combustion chamber, low-pressure combustion chamber 15 second turbine, low pressure turbine

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Abstract

Ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe (1) umfasst, einen Luftmassenstrom in einem Verdichter (11) zu verdichten, den verdichteten Luftmassenstrom in eine erste Brennkammer (12) einzuleiten, einen ersten Brennstoffmassenstrom in der ersten Brennkammer in dem verdichteten Luftmassenstrom zu verbrennen, das entstehende Heissgas in einer ersten Turbine (13) zu entspannen, das teilentspannte Heissgas in eine zweite Brennkammer (14) einzuleiten, und einen zweiten Brennstoffmassenstrom in der zweiten Brennkammer in dem teilentspannten Heissgas zu verbrennen. Das Verfahren umfasst weiterhin, der Gasturbogruppe den ersten Brennstoffmassenstrom und den zweiten Brennstoffmassenstrom bevorzugt in einer gemeinsamen Versorgungsleitung (50) mit einem Brennstoffversorgungsdruck zuzuführen und die Aufteilung eines Summenmassenstroms in den ersten und den zweiten Brennstoffmassenstrom gemäss einem Normal-Betriebskonzept vorzugeben. Beim Unterschreiten eines Grenzwertes des Brennstoffversorgungsdrucks beispielsweise in der bevorzugt gemeinsamen Versorgungsleitung wird von der Aufteilung gemäss dem Normal- Betriebkonzept abgewichen. Gegenüber dem Normal-Betriebskonzept wird der erste Brennstoffmassenstrom um einen Differenzmassenstrom verringert und der zweite Brennstoffmassenstrom wenigstens um den Differenzmassenstrom erhöht.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betheb einer Gasturbogruppe gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein zur Steuerung einer Gasturbogruppe gemäss einem erfindungsgemässen Verfahren konfiguriertes Steuermodul einer Kraftwerksanlage, sowie einen digitalen Code, durch welchen ein Steuermodul einer Kraftwerksanlage dazu konfiguriert und veranlasst wird, die Kraftwerksanlage gemäss einem erfindungsgemässen Verfahren zu betreiben.
Stand der Technik
[0002] Der Betrieb einer Gasturbine mit gasförmigem Brennstoff erfordert einen mindestens Brenngasvordruck, der wenigstens so hoch sein muss, wie der Druck in der Brennkammer zuzüglich des Druckgefälles über das Brennstoffsystem. Das Druckgefälle ist dabei in hohem Ausmasse vom Brennstoffvolumenstrom, das heisst, bei ansonsten konstanten Bedingungen vom Brennstoffmassenstrom, abhängig. Brennkammern mit Vormischbrennern der Bauarten, wie sie unter Anderem aus EP 321 809, EP 780 629, WO 01/96785, WO 92/19913, WO 93/17279 bekannt geworden sind, benötigen ein vergleichsweise hohes Brenngasdruckgefälle, damit das Brenngas für die Vormischverbrennung mit einem hohen Impuls und fein verteilt durch die vergleichsweise kleinen Brennstoffaustrittsöffnungen austreten kann. Bei einer modernen Gasturbogruppe, welche beispielsweise in einer Hochdruckbrennkammer mit einem Brennkammerdruck von 30 bar arbeitet, werden für den Volllastbetrieb durchaus Brennstoffdrücke im Bereich von 40 bis 50 oder gar 60 bar und darüber benötigt. Der erforderliche Brenngasvordruck wird üblicherweise in der Projektierungsphase spezifiziert und muss entweder vom Gasverteilnetz garantiert werden, oder es sind teure und aufwändige Gasverdichterstationen notwendig, deren Betrieb weiterhin einen Teil der von der Gasturbogruppe erzeugten Leistung, beispielsweise eine Leistung im Bereich von 2 bis 5 MW, konsumiert. Wenn der notwendige Brenngasvordruck nicht bereitgestellt werden kann, so kann die Gasturbogruppe nach dem Stand der Technik nur mit verminderter Leistung betrieben werden. Daher werden die Gasverdichterstationen häufig sogar redundant ausgeführt, was einen hohen zusätzlichen Kapitalaufwand bedeutet.
Darstellung der Erfindung
[0003] Gemäss einem beispielhaften Aspekt der Erfindung soll ein Verfahren der eingangs genannten Art so angegeben werden, dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden. Gemäss einem spezifischen Aspekt der Erfindung soll das Verfahren insbesondere so angegeben werden, dass bei vermindertem Brenngasvordruck die Gasturbogruppe auch weiterhin mit einer möglichst hohen Leistungsabgabe betrieben werden kann, ohne eine zusätzliche Gasverdichterstation betreiben zu müssen.
[0004] Dies, neben einer Anzahl weiterer vorteilhafter Wirkungen, wird mit dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren erreicht.
[0005] Das vorgeschlagene Verfahren geht vom Arbeitsprozess einer Gasturbogruppe mit sequenzieller Verbrennung aus, wie sie beispielsweise aus EP 620 362 bekannt geworden ist; diese Druckschrift stellt hinsichtlich des diesbezüglichen Offenbarungsgehaltes einen integrierenden Bestandteil der vorliegenden Erfindung dar. Das hier vorgeschlagene Verfahren macht einerseits davon Gebrauch, dass in der zweiten Brennkammer ein geringerer Druck vorliegt als in der ersten Brennkammer. Daher muss der Brennstoff, der in der zweiten Brennkammer umgesetzt wird, gegen einen geringeren Gegendruck strömen, so, dass schon unter der Voraussetzung gleicher Druckverlustbeiwerte der Brennstoffverteilungssysteme zur Förderung eines bestimmten Brennstoffmassenstroms ein geringerer Brenngasvordruck oder Brenngasversorgungsdruck genügt. Hinzu kommt fallweise, dass die zweite Brennkammer, welche beispielsweise als selbstzündende Brennkammer in der Art ausgeführt ist, wie sie beispielsweise aus der EP 620 403 oder EP 669 500 bekannt ist, in beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung mit Brennstofflanzen ausgerüstet ist, die geringere Druckverlustbeiwerte aufweisen als die oben genannten Vormischbrenner, welche in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in der ersten Brennkammer Anwendung finden. Das hier beschriebene Verfahren umfasst, einer Gasturbogruppe mit sequenzieller Verbrennung, wie sie zum Beispiel aus EP 620 362 bekannt ist, einen Summenmassenstrom eines Brennstoffs in einer gemeinsamen Versorgungsleitung mit einem Brennstoffversorgungsdruck zuzuführen, und diesen bei ausreichendem Brennstoffversorgungsdruck gemäss einem Normal-Betriebskonzept auf einen ersten Brennstoffmassenstrom für die erste Brennkammer oder Hochdruck- Brennkammer und einen zweiten Brennstoffmassenstrom für die zweite Brennkammer oder Niederdruck-Brennkammer aufzuteilen. Die Verwendung einer gemeinsamen Versorgungsleitung ist dabei bevorzugt nicht aber zwingend, es ist auch möglich, zwei individuelle Zuleitungssysteme für die beiden Brennkammern vorzusehen und den Brennstoff über diese jeweils mit einem gegebenenfalls individuell unterschiedlichen oder bevorzugt im wesentlichen gleichen Brennstoffversorgungsdruck zuzuführen. Der Summenmassenstrom ist in diesem Fall die einfache Summe der Massenströme in diesen beiden Zuleitungen und das Normal-Betriebskonzept besteht darin, die beiden Zuleitungssysteme derart anzusteuern, dass dieser Summenmassenstrom auf einen ersten Brennstoffmassenstrom für die erste Brennkammer oder Hochdruck-Brennkammer und einen zweiten Brennstoffmassenstrom für die zweite Brennkammer oder Niederdruck-Brennkammer gewissermassen nach dem Konzept aufgeteilt wird. Der Summenmassenstrom wird zum Beispiel bestimmt, indem die Gasturbogruppe auf eine bestimmte Nutzleistung eingeregelt wird, also derart, dass die Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe einem Sollwert entspricht. Das Normal-Betriebkonzept umfasst beispielsweise, die Aufteilung des Summenmassenstroms auf die erste und zweite Brennkammer als Funktion der Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe vorzugeben, wobei die Nutzleistungsabgabe als absolute oder als relative, auf eine Maximalleistung bezogene Grosse herangezogen wird; dem Fachmann ist dabei geläufig, dass die Maximalleistung einer luftatmenden Gasturbogruppe mit den Umgebungszuständen und insbesondere der Temperatur und dem Druck am Verdichtereinlass stark variiert. In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Normal- Betriebskonzept, die Eintrittstemperatur des Heissgases beim Eintritt in die erste Turbine auf geeignete und an sich bekannte Weise zu ermitteln, und den ersten Brennstoffmassenstrom derart zu bemessen, dass die Eintrittstemperatur einen zulässigen oberen Grenzwert erreicht; der überschreitende Anteil des Summenmassenstroms wird dann der zweiten Brennkammer zugemessen. Diese beiden beispielhaften Ausführungsformen können sich ergänzend Verwendung finden, wobei bei geringen Leistungen die erste beispielhafte Art der Brennstoffaufteilung Anwendung findet, und die zweite als Temperaturbegrenzer für die Eintrittstemperatur der ersten Turbine bei hohen Leistungen Anwendung findet. Wenn der Brennstoffversorgungsdruck einen Grenzwert unterschreitet, wird von dem Normal-Betriebskonzept abgewichen. Gegenüber dem Normal-Betriebskonzept wird der erste Brennstoffmassenstrom um einen Differenzmassenstrom verringert und der zweite Brennstoffmassenstrom wird wenigstens um den Differenzmassenstrom erhöht. Im Fall von zwei individuellen Zuleitungssystemen für die beiden Brennkammern kann dabei vom Normal-Betriebskonzept abgewichen werden, wenn der Brennstoffversorgungsdruck in nur einem oder auch in beiden Zuleitungssystemen einen Grenzwert unterschreitet, im bevorzugten Fall einer gemeinsamen Versorgungsleitung für die erste und die zweite Brennkammer wird vom Normal-Betriebskonzept abgewichen, wenn der Brennstoffversorgungsdruck einen Grenzwert in dieser gemeinsamen Versorgungsleitung unterschreitet. [0006] In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird der
Brennstoffversorgungsdruck unmittelbar gemessen, beispielsweise mittels eines Drucksensors. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung wird der Brennstoffversorgungsdruck auf andere geeignete Weise bestimmt.
[0007] Der Druckgrenzwert kann fest vorgegeben werden, oder in Abhängigkeit vom Brennstoffmassenstrom vorgegeben und/oder dynamisch bestimmt werden, derart, dass der Grenzwert um so höher liegt, je grösser der Gesamtbrennstoffmassenstrom oder der Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer ist. In einer anderen Weiterbildung des Verfahrens wird der Grenzwert des Brennstoffversorgungsdruckes, der eine Verschiebung der Brennstoffaufteilung auf die beiden Brennkammern und eine Abweichung vom Normal-Betriebskonzept auslöst, abhängig von der Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe vorgegeben.
[0008] In einer beispielhaften Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens wird der Differenzmassenstrom, um den der Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer verringert wird, in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Druckgrenzwert und dem tatsächlichen Ist- Versorgungsdruck festgelegt, wobei der Differenzmassenstrom umso grösser ist, je kleiner der Ist- Versorgungsdruck ist.
[0009] Beim Einsatz von mager betriebenen Vormischbrennern in
Gasturbinenbrennkammern ist es darüber hinaus bekannt, den Brennstoffmassenstrom gemäss einem beispielsweise lastabhängigen Verteilschema auf unterschiedliche Brenner und/oder Gruppen von Brennern aufzuteilen. Auf diese Weise wird insbesondere bei verringerten Brennstoffmassenströmen die Verbrennungsstabilität erhöht, indem selektiv einzelne Brenner und/oder Brennergruppen mit gegenüber der Gesamtstöchiomethe brennstoffreicherem Gemisch betrieben werden. Es kann sich fallweise als sehr zweckmässig erweisen, wenn bei der Veränderung des Brennstoffmassenstroms der ersten Brennkammer auch die interne Brennstoffverteilung der ersten Brennkammer auf unterschiedliche Brenner und/oder Gruppen von Brennern angepasst wird. [0010] In einer Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Verfahrens wird dann, wenn der Brennstoffversorgungsdruck einen Grenzwert unterschreitet, der Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer um einen Differenzmassenstrom verringert, und der zweite Brennstoffmassenstrom zur zweiten Brennkammer wird wenigstens um den Differenzmassenstrom erhöht. Gemäss einer beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird dabei der Gesamtbrennstoffmassenstrom konstant gehalten, derart, dass der Brennstoffmassenstrom zur zweiten Brennkammer genau um den Betrag erhöht wird, um den der Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer vermindert wird. In einer anderen beispielhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer um einen Differenzmassenstrom verringert, und die Erhöhung des Brennstoffmassenstroms der zweiten Brennkammer wird so geregelt, dass die Nutzleistung der Gasturbogruppe konstant bleibt. Im Allgemeinen liegt die Erhöhung des Brennstoffmassenstroms der zweiten Brennkammer dann etwas höher als die Verminderung des Brennstoffmassenstroms der ersten Brennkammer. Der gesamte Brennstoffmassenstrom steigt also für gleichbleibende Leistung an, jedoch wird der ebenfalls leistungskonsumierende Betrieb einer Gasverdichterstation vermieden, was diesen Effizienzverlust unter dem Strich aufwiegt. Die Nutzleistung wird beispielsweise als die Klemmenleistung eines von der Gasturbogruppe angetriebenen Generators gemessen.
[0011] Die im vorstehenden Absatz beschriebenen Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens finden insbesondere Anwendung, wenn die Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe im Wesentlichen konstant ist, und der Brennstoffversorgungsdruck absinkt. Eine andere Ausführungsform der Erfindung kommt insbesondere dann zum Tragen, wenn die Gasturbogruppe mit einer bestimmten Nutzleistungsabgabe im Teillastbetrieb betrieben wird, wobei der Brennstoffversorgungsdruck ausreichend ist, um den hierfür erforderlichen Summenmassenstrom gemäss dem Normal-Betriebskonzept auf den ersten Brennstoffmassenstrom zur ersten Brennkammer und den zweiten Brennstoffmassenstrom zur zweiten Brennkammer aufzuteilen. Bei einer Erhöhung der Nutzleistung steigen auch der Summenmassenstrom und der erforderliche Brennstoffversorgungsdruck. Bei einem ausreichenden Brennstoffversorgungsdruck wird der Summenmassenstrom weiterhin gemäss dem Normal-Betriebskonzept auf die beiden Brennkammern aufgeteilt. Beim Unterschreiten des Grenzwertes des Brennstoffversorgungsdrucks wird der erste Brennstoffmassenstrom nicht weiter erhöht, und die zur Erhöhung der Nutzleistungsabgabe notwendige Erhöhung des Summenmassenstroms wird vollumfänglich dem zweiten Brennstoffmassenstrom zugeschlagen. Insbesondere dann, wenn der Druck in der ersten Brennkammer aufgrund der steigenden Leistung weiter ansteigt, wird es auch notwendig sein, bei weiterer Erhöhung der Nutzleistungsabgabe den ersten Brennstoffmassenstrom zu verringern, wodurch die Erhöhung des zweiten Brennstoffmassenstroms nochmals stärker ausfällt. Beim Betrieb einer Kraftwerksanlage gemäss einem hier vorgeschlagenen Verfahren wird diese beispielsweise durch ein Steuermodul gesteuert. Die Erfindung umfasst daher auch ein Steuermodul einer Kraftwerksanlage, welches konfiguriert ist um eine Gasturbogruppe gemäss einem oben beschriebenen Verfahren zu betreiben. Das Steuermodul wird in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung konfiguriert, indem ein digitaler Code in dem Steuermodul geladen und ausgeführt wird, welcher digitale Code das Steuermodul dazu veranlasst, eine Kraftwerksanlage gemäss einem oben beschriebenen Verfahren zu betreiben. Es werden zum Beispiel Eingangssignale, welche Aufschluss über den Betriebszustand und unterschiedliche Betriebsparameter der Gasturbogruppe geben, erfasst, verarbeitet und auf deren Grundlage Ausgangs- und Steuersignale gebildet. Die Generierung der Ausgangssignale aus Eingangssignalen erfolgt beispielsweise durch einen Prozessor, der von dem digitalen Code entsprechend programmiert ist. Diesbezüglich umfasst die Erfindung auch einen digitalen Code, welcher geeignet ist, das Steuermodul derart zu konfigurieren, dass es eine Gasturbogruppe zur Ausführung eines oben beschriebenen Verfahrens veranlasst. Weiterhin umfasst die Erfindung einen Datenträger, auf welchem der digitale Code und/oder der Quellcode des digitalen Codes gespeichert ist. Der Begriff Datenträger ist dabei im weitesten Sinne zu verstehen, derart, dass darunter beispielsweise magnetische und optische Speichermedien oder Speicherchips zu subsumieren sind. Der Begriff umfasst explizit auch nichtflüchtige Speicherbausteine sowie Logikbausteine oder Systeme von Logikbausteinen, insbesondere programmierbare Logikbausteine, welche dazu geeignet und programmiert sind, in einem Steuermodul eingebaut zu werden und dieses im oben genannten Sinne zu konfigurieren.
[0013] Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung erschliessen sich dem Fachmann anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels und der Unteransprüche.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Gasturbogruppe mit sequenzieller Verbrennung, wie sie beispielsweise aus der EP 620 362 bekannt geworden ist, nebst einer schematischen Darstellung der Versorgung mit Brenngas und der Steuerung der Brenngasversorgung. Im Sinne einer besseren Übersichtlichkeit ist die Darstellung stark schematisiert; nicht zum Verständnis der Erfindung notwendige Einzelheiten sind weggelassen worden. Das Ausführungsbeispiel und die Zeichnung sollen dem besseren Verständnis der Erfindung dienen, und sollen nicht zur Einschränkung der in den Ansprüchen beschriebenen Erfindung herangezogen werden.
Wege zur Ausführung der Erfindung In der Figur ist eine Gasturbogruppe 1 schematisch dargestellt, wie sie beispielsweise aus der EP 620 362 bekannt geworden ist. Beim Betrieb dieser Gasturbogruppe wird ein Luftmassenstrom im Verdichter 11 verdichtet und in eine erste Brennkammer oder Hochdruckbrennkammer 12 eingeleitet. In der ersten Brennkammer wird ein erster Brennstoffmassenstrom dem verdichteten Luftmassenstrom zugeführt und verbrannt. Das entstehende Heissgas wird in einer ersten Turbine oder Hochdruckturbine 13 teilentspannt, wobei das Druckverhältnis in der ersten Turbine beispielsweise um 2 liegt . Das teilentspannte Heissgas tritt aus der ersten Turbine 13 mit noch hoher Temperatur und einem Restsauerstoffgehalt von üblicherweise mehr als 15 Prozent aus. Dieses teilentspannte Heissgas strömt in eine zweite Brennkammer oder Niederdruckbrennkammer 14 ein, wo dem Heissgas ein zweiter Brennstoffmassenstrom zugeführt wird. Aufgrund der noch hohen Temperatur des teilentspannten Heissgases entzündet sich der zweite Brennstoffmassenstrom spontan und erhitzt das teilentspannte Heissgas. Dieses nacherhitzte Heissgas wird in der Turbine 15, auch als Niederdruckturbine bezeichnet, weiter entspannt, beispielsweise in etwa bis auf Atmosphärendruck. Die bei der Entspannung der Heissgase in den Turbinen abgegebene Wellenleistung dient einerseits zum Antrieb des Verdichters; der verbleibende Teil der Wellenleistung wird als Nutzleistung zum Antrieb eines Generators 16 verwendet, der elektrische Nutzleistung an ein nicht dargestelltes Elektrizitätsnetz abgibt. Auf nicht dargestellte, dem Fachmann aber ohne weiteres geläufige Weise kann das Abwärmepotenzial des abströmenden Rauchgases beispielsweise zur Dampferzeugung genutzt werden. Die Zufuhr von Brennstoff zur ersten Brennkammer 12 erfolgt über Brenner 20, 30. Diese sind als Brenner der beispielsweise aus EP 321 809 bekannten Bauart angedeutet. In diesen Brennern wird eine verdrahte Strömung der Verbrennungsluft erzeugt, in welche über feine Brenngasöffnungen gasförmiger Brennstoff fein verteilt eingedüst wird. Aufgrund der fein verteilten Eindüsung des Brennstoffs liegt in diesen Brennern ein hoher Druckverlustbeiwert in der Brenngaszuführung vor. Das heisst, zur Eindüsung eines bestimmten Brennstoffmassenstroms wird ein vergleichsweise hohes Druckgefälle des Brenngases benötigt. Darüber hinaus liegt in der Brennkammer 12 der höchste Druck des gesamten Arbeitsprozesses vor, welcher beispielsweise bei rund 30 bar und auch darüber liegen kann. Damit ist ein sehr hoher Brenngasversorgungsdruck notwendig, wobei der notwendige Druck durchaus eine Grössenordnung von zum Beispiel 50 bis 60 bar, bezogen auf einen Brennkammerdruck von 30 bar, erreichen kann. Die fein verteilte Eindüsung des Brenngases in Verbindung mit einer intensiven Vormischung von Brennstoff und Brennluft ermöglicht die Realisierung einer mageren Verbrennung und sehr niedriger Stickoxidemissionen bei gleichzeitig gutem Ausbrand, benötigt aber, wie dargestellt, einen hohen Brenngasvordruck zum Durchsatz eines bestimmten Massenstroms. In der ersten Brennkammer 12 der beispielhaft dargestellten Gasturbogruppe 1 sind die Brenner, welche im Übrigen beispielsweise in einer ringförmigen Anordnung um die Achse der Maschine angeordnet sind, in zwei getrennt ansteuerbaren Gruppen von Brennern zusammengefasst. Die Brenner 20 einer ersten Gruppe sind an einer ersten ringförmigen Leitung 21 angeschlossen, welcher ein Brennstoffmassenstrom über ein Stellorgan 22 zugemessen wird. Die Brenner 30 einer zweiten Gruppe sind an einer zweiten ringförmigen Leitung 31 angeschlossen; die Zumessung des Brennstoffs erfolgt über ein Stellorgan 32. Gemäss einer an sich aus dem Stand der Technik bekannten Betriebsweise der ersten Brennkammer 12 wird eine Brennergruppe, beispielsweise die Brenner 20, mit so viel Brennstoff beaufschlagt, dass diese Brenner immer in einem stabilen, das heisst hinreichend brennstoffreichen Betriebsbereich arbeiten. Eine übersteigende Brennstoffmenge wird den Brennern 30 zugemessen. Aufgrund der Stützung durch die stabilen Brenner 20 der ersten Brennergruppe können die Brenner 30 auch mit sehr brennstoffarmem Gemisch betrieben werden, welches an sich noch keine stabile Verbrennung gewährleisten würde. Auf der anderen Seite wird durch die Zumessung von Brennstoff zu den Brennern 30 eine übermässige Anreicherung des Brennstoff-Luft-Gemisches der Brenner 20 vermieden, welche zu erhöhten Stickoxidemissionen und potenziell zu einer schädlichen Überhitzung der Brenner führen würde. Auf diese Weise erfolgt eine Aufteilung dieses Brennstoffmassenstroms auf die beiden Brennergruppen, welche wenigstens näherungsweise vom Brennstoffmassenstrom der ersten Brennkammer 12 abhängig ist; in der Praxis erfolgt diese Aufteilung häufig als Funktion der Nutzleistung oder einer relativen Leistung, zur deren Bildung die aktuelle Leistung auf eine Volllastleistung der Gasturbogruppe bezogen wird. Dabei besteht selbstverständlich keine Beschränkung auf zwei Brennergruppen; in der Praxis sind auch Anordnungen mit mehr als zwei Brennergruppen bekannt, oder die Schaltung von Einzelbrennern. Es sind ebenfalls Anordnungen bekannt, bei denen leistungsabhängig Einzelbrenner zu- und abgeschaltet werden, und eine Brennergruppe kontinuierlich geregelt wird. Es ist an dieser Stelle aber nicht notwendig, derartige Brennerschaltungen und -bethebskonzepte im Detail und abschliessend zu diskutieren, weil dies nicht primär erfindungswesentlich ist. Die zweite Brennkammer 14, welche im Unterschied zur auch als Hochdruckbrennkammer bezeichneten ersten Brennkammer 12 als Niederdruckbrennkammer bezeichnet wird, ist in einer beispielhaften Ausführungsform als selbstzündende Brennkammer ausgeführt, in einer Bauart, die beispielsweise aus der EP 669 500 bekannt ist. In einer solchen Brennkammer strömt das sauerstoffhaltige Heissgas mit einer hohen Temperatur über nicht dargestellte, aus dem zitierten Stand der Technik aber an sich bekannte wirbelerzeugende Elemente. Stromab der wirbelerzeugenden Elemente sind Brennstofflanzen 40 angeordnet, welche einen zweiten Brennstoffmassenstrom in die Heissgasströmung eindüsen. Auf nicht dargestellte Weise befindet sich in einem Strömungskanal stromab der Lanzen 40 ein Querschnittsprung, an dem sich eine Flammenzone stabilisiert. Die Temperatur des Heissgases beim Eintritt in die zweite Brennkammer liegt typischerweise bei rund 850 0C und darüber, während die Temperatur des Heissgases beim Eintritt in die zweite Turbine oder Niederdruckturbine 15 in einem Bereich von rund 1200 bis 1300 0C liegt. Aufgrund der im Vergleich zur ersten Brennkammer deutlich niedrigeren Feuerungsleistung und der kurzen Verweilzeiten der Verbrennungsprodukte in dieser Hochgeschwindigkeitsbrennkammer sowie der an sich schon guten Vermischung des Brennstoffs in der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Heissgas-Wirbelströmung kann die Brennstoffeinbringung in der zweiten Brennkammer mit einem deutlich geringeren Druckgefälle erfolgen, beziehungsweise die Brennstofflanzen 40 können mit einem deutlich geringeren Druckverlustbeiwert für das Brenngas ausgeführt sein als die Brenner 20 und 30 der Hochdruckbrennkammer 12. Darüber hinaus liegt der Druck in der zweiten Brennkammer deutlich unterhalb des Druckes in der ersten Brennkammer; mit den oben beispielhaft angegebenen Zahlenwerten liegt hier noch ein Druck von rund 15 bar vor, das heisst, der Gegendruck, gegen den das Brenngas anströmen muss, liegt um 15 bar unter dem in der ersten Brennkammer. Damit sind die Anforderungen an den Brenngasvordruck zum Durchsatz des gleichen Brennstoffmassenstroms deutlich geringer als in der ersten Brennkammer. Diese Tatsache macht sich die Erfindung wie nachfolgend dargestellt zu Nutze. Das Brenngas wird über eine Hauptleitung 50 herangeführt, welche beispielsweise Teil eines übergeordneten Verteilnetzes ist. Die Gasturbogruppe ist über eine nur schematisch angedeutete Übergabestation 51 an der Hauptleitung 50 angeschlossen. Der Gesamtbrennstoffmassenstrom wird über Stellorgane 121 und 141 auf die zwei Brennkammern der Gasturbogruppe aufgeteilt. Diese Aufteilung erfolgt anhand eines vorgegebenen Schemas, welches an anderen Orten beschrieben ist, beispielsweise leistungsabhängig. Die gesamte Steuerung und Regelung der Gasturbogruppe wird von dem Steuermodul 60 übernommen. Das Steuermodul 60 erhält Eingabewerte 61 , welche beispielsweise Informationen über den Betriebszustand der Gasturbogruppe umfassen. Zu diesen Eingabewerten gehört beispielsweise auch die aktuelle Nutzleistung Pact. Als Funktion dieser Eingabewerte werden Ausgabewerte 62 gebildet, welche als Steuersignale an die Stellorgane der Gasturbogruppe weitergeleitet werden. Hierzu gehören auch die Steuerbefehle für die Brennstoffmassenstrom-Stellorgane 22, 32, 121 , und 141. Als Steuermodul kommt beispielsweise eine digitale Recheneinheit zum Einsatz, welche durch ein auf einem Datenträger 63 gespeichertes Computerprogramm programmiert und somit zur Steuerung und Regelung der Gasturbogruppe konfiguriert ist. In dem dargestellten Beispiel wird an der Übergabestation 51 ein Brenngas-Versorgungsdruck gemessen und ebenfalls im Steuermodul 60 ausgewertet. Üblicherweise wird bei der Projektierung einer Kraftwerksanlage ein Brenngasvordruck spezifiziert, welcher vom Verteilnetz bereitgestellt werden muss. Es ist bekannt, in Fällen, in denen dieser Druck nicht unter allen Umständen garantiert werden kann, eine Gasverdichterstationen anzuordnen, welche das Brenngas aus der Hauptleitung 50 auf den notwendigen Vordruck verdichtet. Wenn der Brenngas- Versorgungsdruck einen Wert unterschreitet, der noch ausreichend ist, um einen bestimmten Brennstoffmassenstrom zur ersten Brennkammer 12 zu leiten, wird nach dem Stand der Technik eine Gasverdichterstation in Betrieb genommen, welche den erforderlichen Brenngasvordruck herstellt. Deren Betrieb verbraucht allerdings eine erhebliche Leistung. Darüber hinaus ist die Installation und Vorhaltung einer Gasverdichterstation der erforderlichen Grosse sehr kapitalintensiv. Gemäss der Erfindung kann nunmehr auf die Installation und den Betrieb einer Gasverdichterstation verzichtet werden. Wenn das Steuermodul 60 ein Absinken des
Brenngasversorgungsdruckes unter einen Mindestwert registriert, wird das Stellorgan 121 um einen Betrag geschlossen und somit der Brennstoffteilmassenstrom, der zur ersten Brennkammer 12 geleitet wird, um einen Differenzmassenstrom vermindert. Gleichzeitig wird das Stellorgan 141 so weit geöffnet, dass wenigstens der Differenzmassenstrom zusätzlich zur zweiten Brennkammer 14 geleitet wird. Das heisst, ein Teil des Gesamtbrennstoffmassenstroms der Gasturbogruppe wird von der Hochdruckbrennkammer 12 in die Niederdruckbrennkammer 14 umgeschichtet, wo einerseits ein geringerer Gegendruck vorliegt, und andererseits in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zum Durchsatz eines bestimmten Massenstroms ein geringeres Druckgefälle vorliegen muss. In einer Ausführungsform der Erfindung wird in der ersten Brennkammer 12 die Aufteilung des Brennstoffs auf die Brenner 20 der ersten Gruppe und die Brenner 30 der zweiten Gruppe an den geringeren Brennstoffmassenstrom angepasst. Damit wird die Stabilität der Verbrennung in der ersten Brennkammer gewährleistet. Die Verbrennung eines bestimmten Brennstoffmassenstroms in der zweiten Brennkammer 14 resultiert im Allgemeinen in einer gering verminderten Nutzleistung gegenüber der Umsetzung in der Hochdruckbrennkammer 12. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Stellorgan 141 so weit geöffnet, dass die Nutzleistung des Generators aufrechterhalten wird, also gegenüber dem ursprünglichen Betriebszustand ein höherer Gesamtbrennstoffmassenstrom verfeuert wird. Das heisst, gegenüber dem ursprünglichen Betriebszustand der Gasturbogruppe sinkt zwar vorderhand der Wirkungsgrad; da jedoch keine Leistung für den Betrieb der Gasverdichterstation verbraucht wird, wird dieser Effizienzverlust gegenüber dem Stand der Technik wenigstens relativiert oder ganz ausgeglichen, wenn nicht überkompensiert.
[0016] Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung eröffnen sich dem Fachmann anhand dieser Ausführungen vollkommen zwanglos.
Bezugszeichenliste
[0017] 1 Gasturbogruppe
[0018] 11 Verdichter
[0019] 12 erste Brennkammer, Hochdruckbrennkammer
[0020] 13 erste Turbine, Hochdruckturbine
[0021] 14 zweite Brennkammer, Niederdruckbrennkammer [0022] 15 zweite Turbine, Niederdruckturbine
[0023] 16 Generator
[0024] 20 Brenner
[0025] 21 Ringleitung
[0026] 22 Stellorgan
[0027] 30 Brenner
[0028] 31 Ringleitung
[0029] 32 Stellorgan
[0030] 40 Brennstofflanze
[0031] 50 Brenngashauptleitung
[0032] 51 Übergabestation
[0033] 60 Steuermodul
[0034] 61 Eingabesignale
[0035] 62 Ausgabesignale, Stellsignale
[0036] 63 Datenträger
[0037] 121 Stellorgan
[0038] 141 Stellorgan
[0039] Pact Nutzleistung der Gasturbogruppe

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe (1), umfassend, einen Luftmassenstrom in einem Verdichter (11) zu verdichten, den verdichteten Luftmassenstrom in eine erste Brennkammer (12) einzuleiten, einen ersten Brennstoffmassenstrom in der ersten Brennkammer in dem verdichteten Luftmassenstrom zu verbrennen, das entstehende Heissgas in einer ersten Turbine (13) zu entspannen, das teilentspannte Heissgas in eine zweite Brennkammer (14) einzuleiten, und einen zweiten Brennstoffmassenstrom in der zweiten Brennkammer in dem teilentspannten Heissgas zu verbrennen, welches Verfahren weiterhin umfasst, der Gasturbogruppe den ersten Brennstoffmassenstrom und den zweiten Brennstoffmassenstrom mit einem Brennstoffversorgungsdruck zuzuführen und die Aufteilung eines Summenmassenstroms in den ersten und den zweiten Brennstoffmassenstrom gemäss einem Normal-Betriebskonzept vorzugeben, gekennzeichnet dadurch, beim Unterschreiten eines Grenzwertes wenigstens eines der Brennstoffversorgungsdrücke von der Aufteilung gemäss dem Normal- Betriebkonzept abzuweichen, und gegenüber dem Normal-Betriebskonzept den ersten Brennstoffmassenstrom um einen Differenzmassenstrom zu verringern und den zweiten Brennstoffmassenstrom wenigstens um den Differenzmassenstrom zu erhöhen.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin umfasst, der Gasturbogruppe den ersten Brennstoffmassenstrom und den zweiten Brennstoffmassenstrom in einer gemeinsamen Versorgungsleitung (50) mit einem Brennstoffversorgungsdruck zuzuführen, beim Unterschreiten eines Grenzwertes des Brennstoffversorgungsdrucks in der gemeinsamen Versorgungsleitung von der Aufteilung gemäss dem Normal-Betriebkonzept abzuweichen, und gegenüber dem Normal- Betriebskonzept den ersten Brennstoffmassenstrom um einen Differenzmassenstrom zu verringern und den zweiten Brennstoffmassenstrom wenigstens um den Differenzmassenstrom zu erhöhen.
3. Verfahren gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei das Normal-Betriebskonzept umfasst, die Aufteilung des Summenmassenstroms als Funktion der Nutzleistungsabgabe (Pact) der Gasturbogruppe vorzugeben.
4. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 , 2 oder 3, umfassend, zur Aufteilung des Summenmassenstroms die Eintrittstemperatur des Heissgases beim Eintritt in die erste Turbine (13) zu bestimmen, der ersten Brennkammer (12) den ersten Brennstoffmassenstrom derart zuzumessen, dass die Eintrittstemperatur einen zulässigen oberen Grenzwert erreicht, und den überschreitenden Anteil des Summenmassenstroms der zweiten Brennkammer (14) als zweiten Brennstoffmassenstrom zuzumessen.
5. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, den Summenmassenstrom derart einzustellen, dass die Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe einem Sollwert entspricht.
6. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend, den Grenzwert des Brennstoffversorgungsdruckes abhängig von der Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe festzulegen.
7. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, den Brennstoffversorgungsdruck unmittelbar zu messen.
8. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, den Differenzmassenstrom in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Druckgrenzwert und dem Ist-Versorgungsdruck festzulegen, wobei der Differenzmassenstrom um so grösser ist, je kleiner der effektive Versorgungsdruck ist.
9. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, in Abhängigkeit von der Veränderung des ersten Brennstoffmassenstroms die interne Brennstoffverteilung der ersten Brennkammer anzupassen.
10. Verfahren gemäss einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, den Summenmassenstrom konstant zu halten, den ersten Brennstoffmassenstrom um den Differenzmassenstrom zu verringern, und den zweiten Brennstoffmassenstrom um den Differenzmassenstrom zu erhöhen.
11. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, den ersten Brennstoffmassenstrom um den Differenzmassenstrom zu vermindern, den zweiten Brennstoffmassenstrom um den Differenzmassenstrom zu erhöhen, und darüber hinaus den zweiten Brennstoffmassenstrom um einen weiteren Massenstrom derart zu erhöhen, dass die Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe konstantgehalten wird.
12. Verfahren gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend, die Nutzleistungsabgabe der Gasturbogruppe zu erhöhen, den Summenmassenstrom zu erhöhen, den Summenmassenstrom gemäss einem Normal-Betriebskonzept auf den ersten Brennstoffmassenstrom und den zweiten Brennstoffmassenstrom aufzuteilen, und beim Unterschreiten des Grenzwertes des Brennstoffversorgungsdrucks den ersten Brennstoffmassenstrom nicht weiter zu erhöhen und die zur Erhöhung der Nutzleistungsabgabe notwendige Erhöhung des Summenmassenstroms vollumfänglich dem zweiten Brennstoffmassenstrom zuzumessen.
13. Steuermodul (60) einer Kraftwerksanlage, welches zur Durchführung eines Verfahrens gemäss einem der vorstehenden Ansprüche konfiguriert ist.
14. Digitaler Code, welcher geeignet ist, in einem Steuermodul (60) einer Kraftwerksanlage ausgeführt zu werden und, wenn er im Steuermodul einer Kraftwerksanlage ausgeführt wird, das Steuermodul dazu zu veranlassen, die Kraftwerksanlage gemäss einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zu betreiben.
15. Datenträger (63), auf welchem ein digitaler Code gemäss Anspruch 14 und/oder dessen Quellcode gespeichert ist.
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