WO2017108253A1 - Total sulfur measurement - Google Patents

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WO2017108253A1
WO2017108253A1 PCT/EP2016/077052 EP2016077052W WO2017108253A1 WO 2017108253 A1 WO2017108253 A1 WO 2017108253A1 EP 2016077052 W EP2016077052 W EP 2016077052W WO 2017108253 A1 WO2017108253 A1 WO 2017108253A1
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sulfur
power plant
combustion air
measuring
fuel
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PCT/EP2016/077052
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Ralf Sigling
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • 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
    • F02C9/40—Control of fuel supply specially adapted to the use of a special fuel or a plurality of fuels
    • 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
    • F02C7/30—Preventing corrosion or unwanted deposits in gas-swept spaces
    • 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
    • F05D2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303—Temperature

Definitions

  • the invention relates to a power plant and a method for their operation.
  • Sulfur and sulfur compounds in fuel gases and in the combustion air of gas and steam turbine plants lead to the formation of sulfur dioxide (S0 2 ) and sulfur trioxide (S0 3 ) in the gas turbine and in the gas turbine downstream components.
  • S0 3 can form after condensation sulfuric acid, which is corrosive.
  • corresponding components are operated at a temperature which is above the so-called sulfuric acid dew point temperature.
  • This dew point temperature depends inter alia on the S0 3 concentration, which in turn depends on the total sulfur concentration.
  • the knowledge of the total sulfur concentration is thus of particular importance with regard to trouble-free plant operation. Ignorance of the amount of sulfur introduced can lead to corrosion and thus damage to certain parts of the system, resulting in power loss. The problem of unfavorable operation thus always exists latently. Due to the very low to be determined
  • Sulfur concentrations are currently only very few online measuring methods such as gas chromatography (flame photometry, chemiluminescence, electrochemistry) and the lead acetate method.
  • determination limits are relatively high in the chromatographic methods and, on the other, the cost of care is relatively high, so that these devices are more suitable for laboratory use.
  • the lead acetate method in which sulfur compounds are first converted to H 2 S, which then reacts to lead sulfate on an impregnated paper strip and thereby discolors the paper strip, is maintenance-intensive and has a relatively high measurement uncertainty at very low sulfur contents.
  • a plant operating mode is set in which corresponding components are operated significantly above the sulfuric acid dew point temperature.
  • the determination of the temperature is currently based on maximum values (sulfur concentration in the fuel gas) and relies on the information provided by the fuel suppliers. Taking into account a maximum value, one behaves conservatively, which means that the system is not optimally operated in terms of performance and efficiency. However, there is still the problem of demonstrating compliance with specified sulfur contents, should such a "maximum value" be exceeded, so that in the case of damage occurred no attribution to a cause is possible.
  • the object of the invention is to provide a power plant, with A further object of the invention is to provide a corresponding method for operating such a power plant.
  • the generic power plant comprises a compressor for compressing combustion air, a combustion device in which compressed combustion air and a fuel burn with each other, and a turbine, are relaxed in the resulting gases during combustion.
  • the power plant according to the invention is characterized in that it further comprises a first measuring device for measuring sulfur in the combustion air and a second measuring device for measuring sulfur in the fuel.
  • the measuring devices are suitable for carrying out continuous measurements.
  • the measuring devices are suitable for carrying out online measurements, i.
  • the measurements are made while the air / fuel is being fed into the system.
  • the measuring devices each comprise a converter for the preparation of
  • Sulfur compounds as sulfur dioxide and sulfur trioxide and a device for measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide. Since sulfur compounds present in the fuel gases and the combustion air not only as S0 2 and S0 3 but also as H 2 S, COS and Merkaptanschwefel, it is required of the final sulfur measurement connected upstream a corresponding gas treatment containing sulfur components securely in S0 2 and S0 3 transforms.
  • the power plant further comprises an evaluation unit for determining the introduced via combustion air and fuel in the power plant sulfur amount.
  • the measured sulfur levels of air and fuel must be processed together for appropriate operation of the plant.
  • a power plant typically includes an intake passage for the combustion air having at least one filter disposed in the intake passage for purifying the combustion air flowable through the intake passage. Frequently, several filters are connected in series, which called the intake ambient air, also called intake air, initially of coarse dirt particles and then of smaller dirt particles. The cleaning of the intake air is required on the one hand to avoid deposition on the compressor blades and concomitant aging processes of the compressor, which would lead to a reduction in the compressor efficiency and thus to reduce the efficiency of the gas turbine.
  • the hot gas components used in the turbine that particularly pure cooling air is made available to them, since otherwise deposits there could also jeopardize reliable cooling of the components. Particles filtered out of the air can be released from the filter surface by an energy input, such as rising temperature, and released again.
  • the first measuring device for sulfur is arranged in the flow direction of the combustion air downstream of the filter. The object directed to a method is achieved by a method for operating a power plant, wherein continuously the amount of sulfur in the combustion air and in the fuel is determined and a mode of operation of the power plant is adjusted so that the power plant controlled along a dependent of the measured amount of sulfur
  • Dew point curve for sulfuric acid is driven so that it is not undershot.
  • the temperature of a condensate preheater is continuously regulated as a function of the specific amount of sulfur.
  • the condensate preheater is the cold part of the heat recovery steam generator and that is where the temperature can drop below the dew point of sulfuric acid.
  • the measuring instruments can not detect any type of sulfur compound when the sulfur components of a measurement are treated to sulfur dioxide or sulfur trioxide so that a total sulfur level can be determined by "simple" measurement of sulfur dioxide and sulfur - Feltrioxid can be determined.
  • the measuring devices according to the invention provide a continuous signal, the corresponding influence on the system operation can also take place continuously and directly.
  • the temperature of the condensate preheater can no longer be set to a fixed, conservatively high temperature, but can be regulated according to the measured values.
  • the measuring equipment enables a continuous measurement and recording of the sulfur contents in the fuel gas and in the combustion air to demonstrate compliance with specified limit values.
  • Figure 2 shows a method for operating a power plant.
  • the gas turbine 15 serves as a heat source for a downstream heat recovery steam generator 16, in which steam is generated for a steam turbine.
  • the gas comprises a compressor 2, a combustion device 4 and a turbine 6.
  • the compressor 2 is preceded by an intake manifold 17 with an intake passage 12 which connects ports 18 of the intake manifold 17 to the inlet 19 of the compressor 2.
  • a filter 13 is provided in the intake passage 12. But it can also be provided several filters. The filter 13 is used to clean the sucked ambient air contained therein suspended particles and particles in order to supply them as combustion air 3 to the compressor 2 and the combustion device 4 can.
  • the combustion device 4 the compressed combustion air 3 and fuel 5 are burned together.
  • the resulting hot gases are expanded via the turbine 6 and fed to the heat recovery steam generator 16 for the production of steam for the operation of a steam turbine, not shown in FIG.
  • the heat recovery steam generator 16 typically comprises several
  • the power plant equipment 1 comprises measuring devices 7, 8 for measuring sulfur.
  • a first measuring device 7 is used to measure the sulfur content in the combustion air 3 and with a second measuring device 8, the sulfur content in the fuel 5 is measured.
  • the measuring means 7, 8 are not only suitable for carrying out continuous measurements, but also that these measurements are made online, i. that there is a usable result at any point in time and that the concentration of sulfur is not first determined by means of possibly lengthy, external procedures.
  • the sulfur measuring devices used are not necessarily capable of detecting sulfur in all its variants (H2S, COS, mercaptan sulfur).
  • the devices 10 for measuring sulfur can detect sulfur dioxide and sulfur trioxide and that these devices 10 are preceded by suitable converters 9 for the treatment of sulfur compounds in which the various sulfur compounds are converted to sulfur dioxide or sulfur trioxide ,
  • the power plant 1 comprises an intake passage 12 for the combustion air 3 with at least one filter 13 arranged in the intake passage 12 for purifying the combustion air 3 which can be flowed through the intake passage 12. As stated above, it makes sense in view of the actual sulfur input into the power plant 1 when the first measuring device 7 is arranged in the flow direction of the combustion air 3 after the filter 13.
  • FIG. 2 shows the sequence of a method for operating a gas turbine installation 1.
  • the sulfur quantity in the combustion air 7 is measured in the direction of flow of the combustion air downstream of a filter 13 in an intake duct 12 to a compressor 2 for combustion air 3.
  • the sulfur constituents of a measurement is determined 23 by measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide.
  • the amount of sulfur in the fuel is measured 24.
  • the sulfur fractions are also processed in the fuel to sulfur dioxide and sulfur trioxide 25 and then measured 26.
  • the determined data are evaluated 27 and used to adjust a mode of operation of the power plant 1 28 so that the power plant 1 controlled along a dependent of the measured amount of sulfur dew point curve for sulfuric acid is driven so that it is not undershot.
  • the temperature of a condensate preheater 14 is continuously regulated 29 depending on the particular amount of sulfur.
  • the measurements 23, 26 take place continuously and online.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

The invention relates to a power plant (1), comprising a compressor (2) for compressing combustion air (3), a combustion device (4), in which compressed combustion air (3) and a fuel (5) burn with each other, and a turbine (6), in which gases arising in the combustion process are expanded, wherein the power plant (1) also comprises a first measuring device (7) for measuring sulfur in the combustion air (3) and a second measuring device (8) for measuring sulfur in the fuel (5). The invention further relates to a method for operating a power plant (1).

Description

Beschreibung description
Gesamtschwefe1messung Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. Gesamtschwefe1messung The invention relates to a power plant and a method for their operation.
Schwefel und Schwefelverbindungen in Brenngasen und in der Verbrennungsluft von Gas-und-Dampfturbinen-Anlagen führen zur Bildung von Schwefeldioxid (S02) und Schwefeltrioxid (S03) in der Gasturbine und in den der Gasturbine nachgeschalten Komponenten. S03 kann dabei nach Kondensation Schwefelsäure bilden, welche korrosiv ist. Um eine unerwünschte Korrosion zu vermeiden werden entsprechende Komponenten bei einer Tempera- tur betrieben, welche oberhalb der sogenannten Schwefelsäuretaupunkttemperatur liegt. Diese Taupunkttemperatur ist u.a. abhängig von der S03-Konzentration, welche wiederum von der Gesamtschwefelkonzentration abhängig ist. Der Kenntnis der Gesamtschwefelkonzentration kommt somit eine besondere Bedeu- tung im Hinblick auf einen störungsfreien Anlagenbetrieb zu. Aufgrund der Unkenntnis der Menge an eingetragenem Schwefel kann es zu Korrosion und damit Schäden in bestimmten Teilen der Anlage, und dadurch zu Leistungsverlust kommen. Das Problem einer ungünstigen Betriebsweise besteht somit latent immer. Aufgrund der sehr niedrigen zu bestimmenden Sulfur and sulfur compounds in fuel gases and in the combustion air of gas and steam turbine plants lead to the formation of sulfur dioxide (S0 2 ) and sulfur trioxide (S0 3 ) in the gas turbine and in the gas turbine downstream components. S0 3 can form after condensation sulfuric acid, which is corrosive. In order to avoid undesired corrosion, corresponding components are operated at a temperature which is above the so-called sulfuric acid dew point temperature. This dew point temperature depends inter alia on the S0 3 concentration, which in turn depends on the total sulfur concentration. The knowledge of the total sulfur concentration is thus of particular importance with regard to trouble-free plant operation. Ignorance of the amount of sulfur introduced can lead to corrosion and thus damage to certain parts of the system, resulting in power loss. The problem of unfavorable operation thus always exists latently. Due to the very low to be determined
Schwefelkonzentrationen gibt es derzeit nur sehr wenige Online-Messverfahren wie z.B. Gaschromatographie (Flammenphoto- metrie, Chemilumineszenz , Elektrochemie) und die Bleiacetat- methode . Bei den Chromatographieverfahren sind zum einen Bestimmungsgrenzen relativ hoch, zum anderen ist der Betreuungsaufwand relativ hoch, sodass diese Geräte eher für einen Laboreinsatz geeignet sind. Die Bleiacetatmethode, bei der Schwefelverbindungen erst zu H2S umgesetzt werden, wel- ches dann an einem imprägnierten Papierstreifen zu Bleisulfat reagiert und den Papierstreifen damit verfärbt, ist wartungsaufwendig und hat bei sehr geringen Schwefelgehalten eine relativ hohe Messunsicherheit. Als derzeitige Gegenmaßnahme wird eine Anlagenfahrweise eingestellt, bei der entsprechende Bauteile deutlich oberhalb der Schwefelsäuretaupunkttemperatur betrieben werden. Die Ermittlung der Temperatur basiert derzeit auf Maximalwerten (Schwefelkonzentration im Brenngas) und verlässt sich dabei auf die Angaben der Brennstofflieferanten . Bei Berücksichtigung eines Maximalwertes verfährt man konservativ, was dazu führt, dass die Anlage nicht optimal in Bezug auf Leistung und Wirkungsgrad betrieben wird. Es besteht aber weiterhin das Problem des Nachweises der Einhaltung von spezifizierten Schwefelgehalten, sollte ein solcher „Maximalwert" doch einmal überschritten werden, sodass im Fall von aufgetretenen Schäden keine Zuordnung zu einer Ursache möglich ist. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftwerksanlage bereitzustellen, mit der ein im Vergleich zu konservativer Fahrweise verbesserter Wirkungsgrad erzielbar ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein entsprechendes Verfahren zum Betrieb einer solchen Kraftwerksanlage anzugeben. Sulfur concentrations are currently only very few online measuring methods such as gas chromatography (flame photometry, chemiluminescence, electrochemistry) and the lead acetate method. On the one hand, determination limits are relatively high in the chromatographic methods and, on the other, the cost of care is relatively high, so that these devices are more suitable for laboratory use. The lead acetate method, in which sulfur compounds are first converted to H 2 S, which then reacts to lead sulfate on an impregnated paper strip and thereby discolors the paper strip, is maintenance-intensive and has a relatively high measurement uncertainty at very low sulfur contents. As a current countermeasure, a plant operating mode is set in which corresponding components are operated significantly above the sulfuric acid dew point temperature. The determination of the temperature is currently based on maximum values (sulfur concentration in the fuel gas) and relies on the information provided by the fuel suppliers. Taking into account a maximum value, one behaves conservatively, which means that the system is not optimally operated in terms of performance and efficiency. However, there is still the problem of demonstrating compliance with specified sulfur contents, should such a "maximum value" be exceeded, so that in the case of damage occurred no attribution to a cause is possible.The object of the invention is to provide a power plant, with A further object of the invention is to provide a corresponding method for operating such a power plant.
Die gestellte Aufgabe wird durch eine erfinderische Ausführungsform einer Kraftwerksanlage nach der Lehre das Anspruchs 1 gelöst. Ein Verfahren zum Betrieb einer entsprechenden Kraftwerksanlage ist im Anspruch 7 angegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche. The stated object is achieved by an inventive embodiment of a power plant according to the teaching of claim 1. A method for operating a corresponding power plant is specified in claim 7. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die gattungsgemäße Kraftwerksanlage umfasst einen Verdichter zum Verdichten von Verbrennungsluft, eine Verbrennungseinrichtung, in der verdichtete Verbrennungsluft und ein Brenn- Stoff miteinander verbrennen, und eine Turbine, in der bei der Verbrennung entstehende Gase entspannt werden. Die Kraft- Werksanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine erste Messeinrichtung zur Messung von Schwefel in der Verbrennungsluft und eine zweite Messeinrich- tung zur Messung von Schwefel im Brennstoff umfasst. The generic power plant comprises a compressor for compressing combustion air, a combustion device in which compressed combustion air and a fuel burn with each other, and a turbine, are relaxed in the resulting gases during combustion. The power plant according to the invention is characterized in that it further comprises a first measuring device for measuring sulfur in the combustion air and a second measuring device for measuring sulfur in the fuel.
Mit den Messeinrichtungen für Brennstoff und Luft kann eine Aussage über den Schwefeleintrag in eine Kraftwerksanlage ge- macht werden. Damit lässt sich die Anlagenfahrweise optimieren, d.h. Korrosion, verursacht durch Schwefelsäure kann vermieden werden, bei gleichzeitiger Optimierung des Anlagenbetriebes . With the measuring equipment for fuel and air, a statement about the sulfur input into a power plant can be made. to be done. This can be used to optimize the system operation, ie corrosion caused by sulfuric acid can be avoided while optimizing plant operation.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Messeinrichtungen geeignet kontinuierliche Messungen durchzuführen. In an advantageous embodiment, the measuring devices are suitable for carrying out continuous measurements.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Messeinrichtungen ge- eignet sind, online-Messungen durchzuführen, d.h. die Messungen werden durchgeführt, während die Luft/der Brennstoff in die Anlage geführt werden. It is furthermore advantageous if the measuring devices are suitable for carrying out online measurements, i. The measurements are made while the air / fuel is being fed into the system.
Mit kontinuierlichen Online-Messungen besteht die Möglichkeit eine Echtzeit-Auswertung der in die Anlage zugeführten Schwefelmengen durchzuführen und die Kraftwerksanlage möglichst verlässlich dicht oberhalb der Taupunktkurve von Schwefelsäure zu fahren. In einer vorteilhaften Ausführungsform umfassen die Messeinrichtungen jeweils einen Konverter zur Aufbereitung von With continuous online measurements it is possible to carry out a real-time evaluation of the sulfur quantities fed into the plant and to drive the power plant as reliably as possible close to the dew point curve of sulfuric acid. In an advantageous embodiment, the measuring devices each comprise a converter for the preparation of
Schwefelverbindungen als Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid sowie eine Vorrichtung zur Messung von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid. Da Schwefelverbindungen in Brenngasen und in der Verbrennungsluft nicht nur als S02 und S03 vorliegen, sondern auch als H2S, COS und Merkaptanschwefel , ist es erforderlich der abschließenden Schwefelmessung eine entsprechende Messgasaufbereitung vorzuschalten, welche die Schwefelbestandteile sicher in S02 und S03 umwandelt. Sulfur compounds as sulfur dioxide and sulfur trioxide and a device for measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide. Since sulfur compounds present in the fuel gases and the combustion air not only as S0 2 and S0 3 but also as H 2 S, COS and Merkaptanschwefel, it is required of the final sulfur measurement connected upstream a corresponding gas treatment containing sulfur components securely in S0 2 and S0 3 transforms.
Es ist zweckmäßig, wenn die Kraftwerksanlage weiter eine Auswerteeinheit zur Bestimmung der über Verbrennungsluft und Brennstoff in die Kraftwerksanlage eingebrachten Schwefelmenge umfasst. Die gemessenen Schwefelmengen von Luft und Brenn- Stoff müssen schließlich gemeinsam für einen entsprechenden Betrieb der Anlage verarbeitet werden. Eine Kraftwerksanlage umfasst typischerweise einen Ansaugkanal für die Verbrennungsluft mit zumindest einem im Ansaugkanal angeordneten Filter zum Reinigen der durch den Ansaugkanal strömbaren Verbrennungsluft. Häufig sind dabei mehrere Filter hintereinander geschaltet, die die angesaugte Umgebungsluft, auch Ansaugluft genannt, anfänglich von gröberen Schmutzpartikeln und danach von kleineren Schmutzpartikeln befreit. Die Reinigung der Ansaugluft ist einerseits erforderlich, um Ablagerung an den Verdichterschaufeln und damit einhergehende Alterungsprozesse des Verdichters zu vermeiden, welche zur Verringerung des Verdichterwirkungsgrades und somit zur Verringerung des Wirkungsgrades der Gasturbine führen würden. Gleichfalls ist es für die in der Turbine eingesetzten Heißgasbauteile erforderlich, dass besonders reine Kühl- luft diesen zur Verfügung gestellt wird, da ansonsten auch dort Ablagerungen eine zuverlässige Kühlung der Bauteile gefährden könnten. Aus der Luft herausgefilterte Partikel können durch eine Energiezufuhr, wie z.B. ansteigende Temperatur, von der Filteroberfläche gelöst und wieder freigesetzt werden. Um nun den tatsächlichen aktuellen Schwefeleintrag in die Kraftwerksanlage bestimmen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die erste Messeinrichtung für Schwefel in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach dem Filter angeordnet ist. Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage, wobei kontinuierlich die Schwefelmenge in der Verbrennungsluft und im Brennstoff bestimmt wird und eine Fahrweise der Kraftwerksanlage so angepasst wird, dass die Kraftwerksanlage geregelt entlang einer von der gemessenen Schwefelmenge abhängigenIt is expedient if the power plant further comprises an evaluation unit for determining the introduced via combustion air and fuel in the power plant sulfur amount. Finally, the measured sulfur levels of air and fuel must be processed together for appropriate operation of the plant. A power plant typically includes an intake passage for the combustion air having at least one filter disposed in the intake passage for purifying the combustion air flowable through the intake passage. Frequently, several filters are connected in series, which called the intake ambient air, also called intake air, initially of coarse dirt particles and then of smaller dirt particles. The cleaning of the intake air is required on the one hand to avoid deposition on the compressor blades and concomitant aging processes of the compressor, which would lead to a reduction in the compressor efficiency and thus to reduce the efficiency of the gas turbine. Likewise, it is necessary for the hot gas components used in the turbine that particularly pure cooling air is made available to them, since otherwise deposits there could also jeopardize reliable cooling of the components. Particles filtered out of the air can be released from the filter surface by an energy input, such as rising temperature, and released again. In order to be able to determine the actual current sulfur input into the power plant, it is advantageous if the first measuring device for sulfur is arranged in the flow direction of the combustion air downstream of the filter. The object directed to a method is achieved by a method for operating a power plant, wherein continuously the amount of sulfur in the combustion air and in the fuel is determined and a mode of operation of the power plant is adjusted so that the power plant controlled along a dependent of the measured amount of sulfur
Taupunktkurve für Schwefelsäure so gefahren wird, dass diese nicht unterschritten wird. Dew point curve for sulfuric acid is driven so that it is not undershot.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Temperatur eines Kondensatvorwärmers kontinuierlich in Abhängigkeit der bestimmten Schwefelmenge geregelt wird. Schließlich ist der Kondensatvorwärmer der kalte Teil des Abhitzedampferzeugers und genau dort kann die Temperatur unter den Taupunkt von Schwefelsäure sinken. In particular, it is advantageous if the temperature of a condensate preheater is continuously regulated as a function of the specific amount of sulfur. Finally, the condensate preheater is the cold part of the heat recovery steam generator and that is where the temperature can drop below the dew point of sulfuric acid.
Um möglichst verlässliche Werte über den Gesamtschwefelgehalt zu erlangen, ist es zweckmäßig, da die Messgeräte nicht jede Art von Schwefelverbindung erfassen können, wenn die Schwefelbestandteile einer Messung zu Schwefeldioxid oder Schwefeltrioxid aufbereitet werden, so dass eine Gesamtschwefelmenge durch „einfaches" Messen von Schwefeldioxid und Schwe- feltrioxid bestimmt werden kann. In order to obtain as reliable a value as possible about the total sulfur content, it is appropriate that the measuring instruments can not detect any type of sulfur compound when the sulfur components of a measurement are treated to sulfur dioxide or sulfur trioxide so that a total sulfur level can be determined by "simple" measurement of sulfur dioxide and sulfur - Feltrioxid can be determined.
Wie oben ausgeführt, ist es weiterhin zweckmäßig, wenn eine Schwefelmenge in der Verbrennungsluft in Strömungsrichtung nach einem Filter in einem Ansaugkanal zu einem Verdichter für die Verbrennungsluft gemessen wird. As stated above, it is further useful if an amount of sulfur in the combustion air downstream of a filter in an intake passage to a compressor for the combustion air is measured.
Da die Messeinrichtungen gemäß der Erfindung ein kontinuierliches Signal liefern, kann der entsprechende Einfluss auf den Anlagenbetrieb ebenfalls kontinuierlich und direkt erfol- gen. So muss z.B. die Temperatur des Kondensatvorwärmers nicht mehr auf eine fest eingestellte konservativ hohe Temperatur eingestellt werden, sondern kann entsprechend der Messwerte geregelt werden. Die Messeinrichtungen ermöglichen eine kontinuierliche Messung und Aufzeichnung der Schwefelgehalte im Brenngas und in der Verbrennungsluft zum Nachweis der Einhaltung von spezifizierten Grenzwerten. Since the measuring devices according to the invention provide a continuous signal, the corresponding influence on the system operation can also take place continuously and directly. the temperature of the condensate preheater can no longer be set to a fixed, conservatively high temperature, but can be regulated according to the measured values. The measuring equipment enables a continuous measurement and recording of the sulfur contents in the fuel gas and in the combustion air to demonstrate compliance with specified limit values.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Shown schematically and not to scale:
Figur 1 eine Kraftwerksanlage mit Abhitzedampferzeuger und 1 shows a power plant with heat recovery steam generator and
Figur 2 ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage. In einer Kraftwerksanlage 1, wie der in der Figur 1 gezeigten Gas- und Dampfturbinenanlage , dient die Gasturbine 15 als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger 16, in dem Dampf für eine Dampfturbine erzeugt wird. Die Gas- turbine 15 umfasst dabei einen Verdichter 2, eine Verbrennungseinrichtung 4 und eine Turbine 6. Dem Verdichter 2 ist ein Ansaughaus 17 mit einem Ansaugkanal 12 vorgeschaltet, welcher Öffnungen 18 des Ansaughauses 17 mit dem Eingang 19 des Verdichters 2 verbindet. Gemäß dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Ansaugkanal 12 ein Filter 13 vorgesehen. Es können aber auch mehrere Filter vorgesehen sein. Der Filter 13 dient der Säuberung der angesaugten Umgebungsluft von darin enthaltenen Schwebeteilchen und Partikeln, um sie als Verbrennungsluft 3 dem Verdichter 2 bzw. der Verbrennungseinrichtung 4 zuführen zu können. Figure 2 shows a method for operating a power plant. In a power plant 1, such as the gas and steam turbine shown in Figure 1, the gas turbine 15 serves as a heat source for a downstream heat recovery steam generator 16, in which steam is generated for a steam turbine. The gas In this case, the turbine 15 comprises a compressor 2, a combustion device 4 and a turbine 6. The compressor 2 is preceded by an intake manifold 17 with an intake passage 12 which connects ports 18 of the intake manifold 17 to the inlet 19 of the compressor 2. According to the embodiment shown, a filter 13 is provided in the intake passage 12. But it can also be provided several filters. The filter 13 is used to clean the sucked ambient air contained therein suspended particles and particles in order to supply them as combustion air 3 to the compressor 2 and the combustion device 4 can.
In der Verbrennungseinrichtung 4 werden die verdichtete Verbrennungsluft 3 und Brennstoff 5 gemeinsam verbrannt. Die da- bei entstehenden Heißgase werden über die Turbine 6 entspannt und dem Abhitzedampferzeuger 16 zur Erzeugung von Dampf zum Betrieb einer in der Figur 1 nicht gezeigten Dampfturbine zugeführt . Der Abhitzedampferzeuger 16 umfasst typischerweise mehrereIn the combustion device 4, the compressed combustion air 3 and fuel 5 are burned together. The resulting hot gases are expanded via the turbine 6 and fed to the heat recovery steam generator 16 for the production of steam for the operation of a steam turbine, not shown in FIG. The heat recovery steam generator 16 typically comprises several
Druckstufen mit Vorwärmer, Verdampfer und Überhitzer, an die die Heißgase ihre Wärmeenergie beim Durchströmen des Abhitzedampferzeugers 16 abgeben. Am sogenannten „kalten Ende" des Abhitzedampferzeugers 16, d.h. kurz bevor die Abgase aus der Gasturbine 15 den Abhitzedampferzeuger 16 durch den Kamin 20 verlassen, ist ein Kondensatvorwärmer 14 angeordnet. Je nach Fahrweise und Zusammensetzung der Abgase kann es im Bereich des Kondensatvorwärmers 14 zur Taupunktunterschreitung von Schwefelsäure kommen, so dass sich an den Einbauten im Abhit- zedampferzeuger 16 in diesem Bereich Schwefelsäure niederschlägt. Dies führt zu Korrosion an den Einbauten und soll im Interesse einer möglichst langen Standzeit der Anlage vermieden werden. Hierzu wird typischerweise die Kraftwerksanlage 1 so gefahren, dass nahezu immer genügend Temperatur-Abstand zum Schwefelsäure-Taupunkt eingehalten wird. Der Schwefelgehalt des Brennstoffs 5 wird dabei nicht im Betrieb gemessen, sondern die Berechnungen stützen sich auf die vom Brennstofflieferanten gemachten Angaben. Leistung und Wirkungsgrad der Kraftwerksanlage 1 sind bei einem solchen Betrieb nicht optimal, da Wärme ungenutzt bleibt. Pressure stages with preheater, evaporator and superheater, to which the hot gases give off their heat energy when flowing through the heat recovery steam generator 16. At the so-called "cold end" of the heat recovery steam generator 16, ie shortly before the exhaust gases leave the waste heat steam generator 16 through the chimney 20 from the gas turbine 15, a condensate preheater 14 is arranged Sulfuric acid precipitates on the internals in the waste heat steam generator 16. This leads to corrosion of the internals and is to be avoided in order to maximize the service life of the plant. The sulfur content of fuel 5 is not measured during operation, but the calculations are based on the information provided by the fuel supplier Power plant 1 are not optimal for such operation, since heat remains unused.
Gemäß der Erfindung ist nun vorgesehen, dass die Kraftwerks- anläge 1 Messeinrichtungen 7,8 zur Messung von Schwefel um- fasst. Eine erste Messeinrichtung 7 dient der Messung des Schwefelgehalts in der Verbrennungsluft 3 und mit einer zweiten Messeinrichtung 8 wird der Schwefelgehalt im Brennstoff 5 gemessen . According to the invention, it is now provided that the power plant equipment 1 comprises measuring devices 7, 8 for measuring sulfur. A first measuring device 7 is used to measure the sulfur content in the combustion air 3 and with a second measuring device 8, the sulfur content in the fuel 5 is measured.
Damit die Kraftwerksanlage 1 in Echtzeit entsprechend der in die Kraftwerksanlage 1 zugeführten Schwefelkonzentrationen gefahren werden kann, ist es notwendig, dass die Messeinrichtungen 7,8 nicht nur geeignet sind kontinuierliche Messungen durchzuführen, sondern auch, dass diese Messungen online erfolgen, d.h. dass zu jedem Zeitpunkt ein verwertbares Ergebnis vorliegt und nicht erst über evtl. langwierige, externe Verfahren die Schwefelkonzentration bestimmt wird. Die eingesetzten Vorrichtungen 10 zur Messung von Schwefel sind nicht unbedingt in der Lage, Schwefel in all seinen Erscheinungsvarianten (H2S, COS, Merkaptanschwefel ) nachzuweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Vorrichtungen 10 zur Messung von Schwefel Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid nachweisen können und dass diesen Vorrichtungen 10 geeignete Konverter 9 zur Aufbereitung von Schwefelverbindungen vorgeschaltet sind, in denen die verschiedenen Schwefelverbindungen zu Schwefeldioxid bzw. Schwefeltrioxid umgewandelt werden. So that the power plant 1 can be driven in real time in accordance with the sulfur concentrations supplied to the power plant 1, it is necessary that the measuring means 7, 8 are not only suitable for carrying out continuous measurements, but also that these measurements are made online, i. that there is a usable result at any point in time and that the concentration of sulfur is not first determined by means of possibly lengthy, external procedures. The sulfur measuring devices used are not necessarily capable of detecting sulfur in all its variants (H2S, COS, mercaptan sulfur). In a preferred embodiment of the invention it is therefore provided that the devices 10 for measuring sulfur can detect sulfur dioxide and sulfur trioxide and that these devices 10 are preceded by suitable converters 9 for the treatment of sulfur compounds in which the various sulfur compounds are converted to sulfur dioxide or sulfur trioxide ,
Die in den ersten und zweiten Messeinrichtungen 7,8 ermittelten Daten werden in einer Auswerteeinheit 11 verarbeitet, um einen Gesamtschwefeleintrag in die Kraftwerksanlage 1 zu bestimmen und eine entsprechende Fahrweise im Hinblick auf ei- nen optimierten Wirkungsgrad für die Kraftwerkanlage 1 ableiten zu können. Im Hinblick auf die Genauigkeit der Messwerte ist insbesondere bei der Verbrennungsluft 3 auf den Messort zu achten. Die Kraftwerksanlage 1 umfasst nämlich einen Ansaugkanal 12 für die Verbrennungsluft 3 mit zumindest einem im Ansaugkanal 12 angeordneten Filter 13 zum Reinigen der durch den Ansaugkanal 12 strömbaren Verbrennungsluft 3. Wie weiter oben ausgeführt, ist es im Hinblick auf den tatsächlichen Schwefeleintrag in die Kraftwerksanlage 1 sinnvoll, wenn die erste Messeinrichtung 7 in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft 3 nach dem Filter 13 angeordnet ist. The data determined in the first and second measuring devices 7, 8 are processed in an evaluation unit 11 in order to determine a total sulfur input into the power plant 1 and to be able to derive a corresponding driving style with regard to an optimized efficiency for the power plant 1. With regard to the accuracy of the measured values, attention must be paid to the measuring location, in particular with regard to the combustion air 3. Namely, the power plant 1 comprises an intake passage 12 for the combustion air 3 with at least one filter 13 arranged in the intake passage 12 for purifying the combustion air 3 which can be flowed through the intake passage 12. As stated above, it makes sense in view of the actual sulfur input into the power plant 1 when the first measuring device 7 is arranged in the flow direction of the combustion air 3 after the filter 13.
Figur 2 zeigt den Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb einer Gasturbinenanlage 1. Die Schwefelmenge in der Verbrennungsluft 7 wird in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft nach einem Filter 13 in einem Ansaugkanal 12 zu einem Verdichter 2 für Verbrennungsluft 3 gemessen 21. Zu diesem Zweck werden die Schwefelbestandteile einer Messung der Verbrennungsluft zu Schwefeldio- xid oder Schwefeltrioxid aufbereitet 22. Anschließend wird eine Gesamtschwefelmenge der Verbrennungsluft 3 durch Messen von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid bestimmt 23. FIG. 2 shows the sequence of a method for operating a gas turbine installation 1. The sulfur quantity in the combustion air 7 is measured in the direction of flow of the combustion air downstream of a filter 13 in an intake duct 12 to a compressor 2 for combustion air 3. For this purpose, the sulfur constituents of a measurement Then, a total sulfur amount of the combustion air 3 is determined 23 by measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide.
Parallel dazu wird die Schwefelmenge im Brennstoff gemessen 24. Hierzu werden auch im Brennstoff die Schweielanteile zu Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid aufbereitet 25 und anschließend gemessen 26. In parallel, the amount of sulfur in the fuel is measured 24. For this purpose, the sulfur fractions are also processed in the fuel to sulfur dioxide and sulfur trioxide 25 and then measured 26.
Die ermittelten Daten werden ausgewertet 27 und dazu verwen- det, eine Fahrweise der Kraftwerksanlage 1 so anzupassen 28, dass die Kraftwerksanlage 1 geregelt entlang einer von der gemessenen Schwefelmenge abhängigen Taupunktkurve für Schwefelsäure so gefahren wird, dass diese nicht unterschritten wird . The determined data are evaluated 27 and used to adjust a mode of operation of the power plant 1 28 so that the power plant 1 controlled along a dependent of the measured amount of sulfur dew point curve for sulfuric acid is driven so that it is not undershot.
Insbesondere wird die Temperatur eines Kondensatvorwärmers 14 kontinuierlich in Abhängigkeit der bestimmten Schwefelmenge geregelt 29. Dabei erfolgen die Messungen 23, 26 kontinuierlich und online . In particular, the temperature of a condensate preheater 14 is continuously regulated 29 depending on the particular amount of sulfur. The measurements 23, 26 take place continuously and online.

Claims

Kraftwerksanlage (1) umfassend einen Verdichter Power plant (1) comprising a compressor
(2) zum Verdichten von Verbrennungsluft (2) for compressing combustion air
(3), eine Verbrennungseinrichtung (3), a combustion device
(4), in der verdichtete Verbrennungsluft (3) und ein Brennstoff (4), in which compressed combustion air (3) and a fuel
(5) miteinander verbrennen, und eine Turbine (5) burn together, and a turbine
(6), in der bei der Verbrennung entstehende Gase entspannt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftwerksanlage (1) ferner eine erste Messeinrichtung (7) zur Messung von Schwefel in der Verbrennungsluft (3) und eine zweite Messeinrichtung (8) zur Messung von Schwefel im Brennstoff (5) umfasst. (6), in which gases produced during combustion are expanded, characterized in that the power plant (1) also has a first measuring device (7) for measuring sulfur in the combustion air (3) and a second measuring device (8) for measuring Sulfur in the fuel (5) includes.
Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wobei die Messeinrichtungen (7,8) geeignet sind kontinuierliche Messungen durchzuführen . Power plant (1) according to claim 1, wherein the measuring devices (7,8) are suitable for carrying out continuous measurements.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Messeinrichtungen (7,8) geeignet sind, online- Messungen durchzuführen. Power plant (1) according to one of claims 1 or 2, wherein the measuring devices (7,8) are suitable for carrying out online measurements.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtungen (7,8) jeweils einen Konverter (9) zur Aufbereitung von Schwefelverbindungen als Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid sowie eine Vorrichtung (10) zur Messung von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid umfassen. Power plant (1) according to one of the preceding claims, wherein the measuring devices (7, 8) each comprise a converter (9) for processing sulfur compounds as sulfur dioxide and sulfur trioxide and a device (10) for measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine Auswerteeinheit (11) zur Bestimmung der über Verbrennungsluft (3) und Brennstoff (5) in die Kraftwerksanlage (1) eingebrachten Schwefel - menge . Power plant (1) according to one of the preceding claims, further comprising an evaluation unit (11) for determining the amount of sulfur introduced into the power plant (1) via combustion air (3) and fuel (5).
Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend einen Ansaugkanal (12) für die Verbrennungsluft (3) mit zumindest einem im Ansaugkanal (12) angeordneten Filter (13) zum Reinigen der durch den Ansaugkanal (12) strömbaren Verbrennungsluft (3), wobei die erste Messeinrichtung (7) in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft (3) nach dem Filter (13) angeordnet ist. Power plant (1) according to one of the preceding claims, further comprising an intake duct (12) for the combustion air (3) with at least one filter (13) arranged in the intake duct (12) for cleaning the through the Intake channel (12) flowable combustion air (3), the first measuring device (7) being arranged after the filter (13) in the flow direction of the combustion air (3).
7. Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage (1), dadurch gekennzeichnet, dass kontinuierlich die Schwefelmenge in der Verbrennungsluft (3) und im Brennstoff (5) bestimmt wird (21, 24) und eine Fahrweise der Kraftwerksanlage (1) so angepasst wird (28) , dass die Kraftwerksanlage geregelt entlang einer von der gemessenen Schwefelmenge abhängigen Taupunktkurve für Schwefelsäure so gefahren wird, dass diese nicht unterschritten wird. 7. Method for operating a power plant (1), characterized in that the amount of sulfur in the combustion air (3) and in the fuel (5) is continuously determined (21, 24) and a driving style of the power plant (1) is adjusted (28 ) that the power plant is operated in a controlled manner along a dew point curve for sulfuric acid that depends on the measured amount of sulfur so that it does not fall below this.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Temperatur eines 8. The method according to claim 7, wherein the temperature is one
Kondensatvorwärmers (14) kontinuierlich in Abhängigkeit der bestimmten Schwefelmenge geregelt wird (29) . Condensate preheater (14) is continuously regulated depending on the specific amount of sulfur (29).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die Schwefelbestandteile einer Messung zu Schwefeldioxid oder Schwefeltrioxid aufbereitet werden (22, 25), und eine Gesamtschwefelmenge durch Messen von Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid bestimmt wird (23, 26) . 9. The method according to any one of claims 7 or 8, wherein the sulfur components of a measurement are processed into sulfur dioxide or sulfur trioxide (22, 25), and a total amount of sulfur is determined by measuring sulfur dioxide and sulfur trioxide (23, 26).
10.Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei eine Schwefelmenge in der Verbrennungsluft (7) in Strömungs- richtung nach einem Filter (13) in einem Ansaugkanal (12) zu einem Verdichter (2) für Verbrennungsluft (3) gemessen wird . 10.The method according to any one of claims 7 to 9, wherein an amount of sulfur in the combustion air (7) is measured in the flow direction after a filter (13) in an intake duct (12) to a compressor (2) for combustion air (3).
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