Process for operating a gas turbine group

专利摘要:
Eine Gasturbogruppe weist eine Brennkammer auf, welche eine katalytische Brennerstufe (2), eine stromauf der katalytischen Brennerstufe angeordnete Vorbrennerstufe (1) sowie eine stromab der katalytischen Brennerstufe angeordnete nichtkatalytische Stufe (11, 5, 6) umfasst. Die Vorbrennerstufe dient dazu, beim Eintritt in die katalytische Stufe stets eine Temperatur (T¶1¶) aufrechzuerhalten, welche wenigstens einer zum Betrieb der katalytische Brennerstufe erforderlichen Mindesttemperatur (T¶MIN¶) entspricht. Gemäß der Erfindung wird die Gasturbogruppe so betrieben, dass die stromab der katalytischen Brennkammer angeordnete Brennerstufe erst dann in Betrieb genommen wird, wenn die Temperatur (T¶2¶) am Austritt aus der katalytischen Stufe bei maximalem Verbrennungsluftmassenstrom einen oberen Grenzwert erreicht hat.A gas turbine group has a combustion chamber which comprises a catalytic burner stage (2), a pre-burner stage (1) arranged upstream of the catalytic burner stage and a non-catalytic stage (11, 5, 6) arranged downstream of the catalytic burner stage. The pre-burner stage is used to always maintain a temperature (T¶1¶) when entering the catalytic stage, which corresponds to at least one minimum temperature (T¶MIN¶) required to operate the catalytic burner stage. According to the invention, the gas turbine group is operated such that the burner stage arranged downstream of the catalytic combustion chamber is only put into operation when the temperature (T¶2¶) at the outlet from the catalytic stage has reached an upper limit at maximum combustion air mass flow.
公开号:DE102004005476A1
申请号:DE102004005476
申请日:2004-02-04
公开日:2004-12-09
发明作者:Rolf Dr. Dittmann；Jaan Dr. Hellat；Stefan Tschirren
申请人:Alstom Technolgoy AG；
IPC主号:F02C7-26

专利说明:
[0001] Dievorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppegemässdem Oberbegriff des Anspruch 1.TheThe present invention relates to a method for operating a gas turbine groupaccording tothe preamble of claim 1.
[0002] Diekatalytische Umsetzung von Brennstoffen stellt eine Möglichkeitzur schadstoffarmen Wärmeerzeugungdar. Beim Einsatz in Gasturbogruppen ist aber die insbesondere ausLebensdauergründen erforderlicheBegrenzung der erreichbaren Temperaturen nachteilig. Das Erreichender heute im Interesse guter Wirkungsgrade und hoher Einheitenleistungenangestrebten Turbineneintrittstemperaturen ist mit katalytischenBrennkammern alleine nicht möglich:Währenddie Brennkammern moderner Gasturbinen beispielsweise Heissgastemperaturenum 1450°Cerzeugen, kann eine katalytische Brennkammer nur bis zu Temperaturenvon rund 1000°Cbetrieben werden. EP 694 740 gibtan, eine selbstzündendeBrennkammer des auch aus EP 669500 bekannten Typs stromab einer katalytischen Stufe anzuordnen.Die maximale Austrittstemperatur des Katalysators von rund 1000°C – es werdenin der EP 694 740 800°C bis 1100°C spezifiziert – passtbestens zu der fürdie stabile und sichere Funktion einer selbstzündenden Brennkammer notwendigenMindesttemperatur, die je nach Brennstoff beispielsweise bei 900–950°C liegt.Derartige selbstzündendeBrennkammern weisen aufgrund der vergleichsweise geringen thermischenBelastung – derzu bewältigende Temperaturunterschiedliegt im Allgemeinen bei weniger als 600°C – des Betriebes bei einer gutenVormischung von Brennstoff und Verbrennungsgas, sowie einer sehrbrennstoffarmen Verbrennung, was wiederum aufgrund der hohen Anströmtemperatur unproblematischist, einen sehr geringen Stickoxidausstoss und einen guten Ausbrandauf. EP 694 740 gibtan, einen Drallerzeuger eines aus EP321 809 bekannten Vormischbrenners zur Aufbereitung der Brennstoff- Luft-Mischung für den Katalyteneinzusetzen, betont jedoch, dass dort keine Flammenstabilisierungstattfinden dürfe.The catalytic conversion of fuels represents a possibility for low-pollutant heat generation. When used in gas turbo groups, however, the limitation of the temperatures that can be achieved, particularly for reasons of service life, is disadvantageous. It is not possible to achieve the turbine inlet temperatures that are sought today in the interest of good efficiency and high unit outputs with catalytic combustion chambers alone: While the combustion chambers of modern gas turbines generate hot gas temperatures of around 1450 ° C, for example, a catalytic combustion chamber can only be operated up to temperatures of around 1000 ° C. EP 694 740 states a self-igniting combustion chamber's too EP 669 500 known type to be arranged downstream of a catalytic stage. The maximum outlet temperature of the catalyst of around 1000 ° C - it will be in the EP 694 740 Specified 800 ° C to 1100 ° C - fits perfectly to the minimum temperature required for the stable and safe functioning of a self-igniting combustion chamber, which is, for example, 900–950 ° C depending on the fuel. Such self-igniting combustion chambers have due to the comparatively low thermal load - the temperature difference to be managed is generally less than 600 ° C - the operation with a good premixing of fuel and combustion gas, as well as a very low-fuel combustion, which in turn is unproblematic due to the high inflow temperature , a very low nitrogen oxide emission and a good burnout. EP 694 740 indicates a swirl generator issues one EP 321 809 use known premix burner for the preparation of the fuel-air mixture for the catalyzer, but emphasizes that flame stabilization must not take place there.
[0003] Ausder EP 767 345 ist eineGasturbogruppe mit einem mehrstufigen Brennersystem bekannt, das auseiner katalytischen ersten Brennerstufe, einer nichtkatalytischenzweiten Brennerstufe sowie einem zwischengeschalteten Anfahrbrennerbesteht. Für diekatalytische Brennerstufe ist eine separate Aufbereitung des Brennstoff/Luftgemischesvorgesehen, um eine Optimierung dieses Gemisches durchführen zukönnen.Die Vorwärmungdes der katalytischen Brennerstufe zugeführten Gemisches wird durcheinen Wärmereaktormit einer nicht näherspezifizierten Wärmequellerealisiert. Die katalytische Brennerstufe arbeitet bei Austrittstemperaturenvon ca. 950°C,so dass in der zweiten Brennerstufe selbstzündende Brenner eingesetzt werdenkönnen,wie sie aus EP 694 740 oder EP 669 500 bekannt sind. Mitdiesem in der Druckschrift vorgeschlagenen Brennersystem soll vermiedenwerden, dass die katalytische Brennerstufe mit Heißgasen oderAbgasen aus einer vorgeschalteten Verbrennung beaufschlagt wird.Beim Anfahren einer Gasturbogruppe wird diese zunächst mitdem Anfahrbrenner zunächstauf rund 20% relative Leistung hochgefahren bevor die katalytischeBrennerstufe in Betrieb genommen wird. Zur Anschließend wirddie zweite Brennerstufe zugeschaltet, die stromab des Anfahrbrennerswirkt. Die in dieser Druckschrift eingesetzte Aufbereitung des Brennstoff-Luft-Gemischesfür diekatalytische Brennerstufe ist jedoch sehr aufwendig und kostspielig. DieAufbereitungsstufe soll zudem bei Vollast abgeschaltet sein, sodass nicht ausreichend auf schnelle Laständerungen reagiert werden kann.Der Anfahrbrenner ist ebenfalls nur bis rund 20% relativer Leistungder Gasturbogruppe in Betrieb. Auch hier ist die Leistungsabsenkungvon hoher Last auf unter 20% relative Leistung kritisch, da einspontanes und schnelles Zuschalten des Anfahrbrenners notwendig ist.Gerade bei hoch transienten Betriebszuständen wie einem Lastabwurf,englisch load rejection, wobei die Leistung durch Öffnen desGenerator- oder Netzschalters einer stationären zur Stromerzeugung eingesetztenGasturbogruppe sprunghaft auf Null oder nahe Null reduziert wird,oder beim Schutzentlasten, englisch protective load schedding, beidem die Leistung mit einem sehr hohen Gradienten von beispielsweiserund 50%/Minute verringert wird, kann ein rechtzeitiges Auffangender thermischen Leistung bei einem ab Stillstand zu betreibendenVorbrenner nicht zuverlässiggewährleistetwerden. Daneben verursacht ein intermitterender Betrieb der katalytischen Stufeunerwünschtebis schädlicheThermoschocks fürdas häufigkeramische Trägermaterialdes Katalyten.From the EP 767 345 a gas turbine group with a multi-stage burner system is known, which consists of a catalytic first burner stage, a non-catalytic second burner stage and an intermediate start-up burner. A separate preparation of the fuel / air mixture is provided for the catalytic burner stage in order to be able to optimize this mixture. The preheating of the mixture supplied to the catalytic burner stage is carried out by a heat reactor with a heat source which is not specified in more detail. The catalytic burner stage works at outlet temperatures of approx. 950 ° C, so that in the second burner stage, self-igniting burners can be used as they are EP 694 740 or EP 669 500 are known. This burner system proposed in the publication is intended to prevent the catalytic burner stage from being subjected to hot gases or exhaust gases from an upstream combustion. When starting up a gas turbine group, it is first started up to around 20% relative power with the start-up burner before the catalytic burner stage is put into operation. The second burner stage, which acts downstream of the start-up burner, is then switched on. However, the preparation of the fuel-air mixture for the catalytic burner stage used in this publication is very complex and costly. The processing stage should also be switched off at full load, so that it is not possible to react adequately to rapid load changes. The start-up burner is also only in operation up to around 20% relative output of the gas turbine group. Here, too, it is critical to reduce the power from a high load to less than 20% relative power, since the start-up burner must be switched on spontaneously and quickly. Especially in highly transient operating conditions such as load rejection, the power is suddenly reduced to zero or close to zero by opening the generator or mains switch of a stationary gas turbine group used for power generation, or in protective relief, protective load schedding, in which the If the output is reduced with a very high gradient of, for example, around 50% / minute, timely collection of the thermal output cannot be reliably guaranteed with a pre-burner to be operated from standstill. In addition, intermittent operation of the catalytic stage causes undesirable to harmful thermal shocks for the often ceramic carrier material of the catalyte.
[0004] NiedrigsteEmissionswerte werden erzielt, wenn ein möglichst geringer Teil des thermischen Leistungsumsatzesdurch eine nichtkatalytische Verbrennung erfolgt.lowestEmission values are achieved when the smallest possible part of the thermal power conversionby a non-catalytic combustion.
[0005] Aufgabeder vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genanntenArt anzugeben, welches die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.Insbesondere soll ein Betriebskonzept für eine Gasturbogruppe mit einerBrennkammer mit einer katalytischen Stufe derart angegeben werden, dassdas günstigeEmissionsverhalten der katalytischen Stufe über einen möglichst breiten Leistungsbereichzum Tragen kommt.taskThe present invention is a method of the aforementionedSpecify type that avoids the disadvantages of the prior art.In particular, an operating concept for a gas turbine group with aCombustion chamber with a catalytic stage can be specified such thatthe cheapEmission behavior of the catalytic stage over the widest possible performance rangecomes into play.
[0006] DieAufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. VorteilhafteAusgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oderlassen sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ausführungsbeispielenentnehmen.TheThe object is achieved with the method according to claim 1. advantageousRefinements of the method are the subject of the subclaims orcan be seen from the following description and the exemplary embodimentsremove.
[0007] Kernder Erfindung ist also, bei einer Gasturbogruppe, welche eine katalytischeStufe und eine nachgeordnete nichtkatalytische Stufe aufweist, den Verbrennungsluftmassenstromso zu variieren, dass bei einem veränderlichen Brennstoffmassenstrom dieTemperatur am Austritt aus der katalytischen Stufe möglichstkonstant bleibt, und erst dann weiteren Brennstoff stromab der katalytischenStufe gelegenen Brennerstufen und/oder Brennkammern zuzuleiten,wenn der Verbrennungsluftmassenstrom maximal ist.corethe invention is, in a gas turbine group, which is a catalyticStage and a subordinate non-catalytic stage, the combustion air mass flowto vary so that with a variable fuel mass flowTemperature at the exit from the catalytic stage if possibleremains constant, and only then further fuel downstream of the catalyticTo feed burner stages and / or combustion chamberswhen the combustion air mass flow is maximum.
[0008] DieVeränderungdes Verbrennungsluftmassenstroms erfolgt in einer Ausführungsformder Erfindung durch die Verstellung einer verstellbaren Verdichterleitreihe,insbesondere einer verstellbaren Vorleitreihe des Verdichters. Esist bekannt, beispielsweise eine verstellbare Vorleitreihe einesVerdichters zwischen einer am weitesten geschlossenen Position miteinem kleinsten Massenstrom und einer vollständig geöffneten Position mit einemmaximalen Massenstrom zu verstellen, wobei der Verdichtermassenstromsehr gut mit dem Verbrennungsluftmassenstrom korreliert.ThechangeThe combustion air mass flow takes place in one embodimentthe invention by adjusting an adjustable compressor guide row,in particular an adjustable pre-discharge row of the compressor. Itis known, for example, an adjustable pilot line of aCompressor between a most closed position witha minimum mass flow and a fully open position with oneto adjust the maximum mass flow, the compressor mass flowcorrelated very well with the combustion air mass flow.
[0009] Gemäss einerweiteren Ausführungsformder Erfindung wird der Verbrennungsluftmassenstrom erhöht, indemdie Ansaugluft stromauf des Verdichters gekühlt wird, und umgekehrt vermindert,indem die zur Kühlungaufgebrachte Kühlungsleistungverringert wird.According to oneanother embodimentthe invention, the combustion air mass flow is increased bythe intake air is cooled upstream of the compressor and vice versa,by the for coolingapplied cooling capacityis reduced.
[0010] BeideMethoden könnenselbstverständlich kombiniertund bevorzugt kaskadiert werden. In einer bevorzugten Ausführungsformwird bei einem steigenden Brennstoffmassenstrom zur Begrenzung der Temperaturam Verdichteraustritt zunächstdie Vorleitreihe geöffnet.Wenn diese vollständiggeöffnetist, wird bei steigendem Brennstoffmassenstrom die Kühlungsleistungfür dieAnsaugluft stromauf des Verdichters so erhöht, dass die Temperatur amAustritt aus der katalytischen Stufe konstant bleibt, obwohl derBrennstoffmassenstrom zur katalytischen Stufe steigt.BothMethods canof course combinedand preferably cascaded. In a preferred embodimentbecomes with a rising fuel mass flow to limit the temperatureat the compressor outlet firstthe preliminary series opened.If this is completeopenis, the cooling capacity increases with increasing fuel mass flowfor theIntake air upstream of the compressor is increased so that the temperature atExit from the catalytic stage remains constant, although theFuel mass flow to the catalytic stage increases.
[0011] Ineiner bevorzugten Ausführungsformder Erfindung wird die Vorleitreihe in der am weitesten geschlossenenPosition gehalten, solange die Temperatur am Katalysatoraustrittden Sollwert oder oberen Grenzwert nicht erreicht hat; zur Leistungssteigerungwird dann nur der Gesamtbrennstoffmassenstrom erhöht und denstromab der katalytischen Brennerstufe angeordneten Brennkammernoder Brennerstufen wird kein Brennstoff zugeführt.Ina preferred embodimentof the invention, the pilot series is in the most closedPosition held as long as the temperature at the catalyst outlethas not reached the setpoint or upper limit; to increase performancethen only the total fuel mass flow is increased and theCombustion chambers arranged downstream of the catalytic burner stageor burner stages, no fuel is supplied.
[0012] Vollkommenanalog sind bevorzugt alle anderen Massnahmen zur Erhöhung desVerbrennungsluftmassenstroms, insbesondere zur Kühlung der Verdichteransaugluft,solange deaktiviert, bis am Austritt der katalytischen Verbrennungsstufeein Temperatursollwert erreicht ist, der mit Vorteil im Wesentlichender maximalen dauerhaft zulässigenTemperatur des Katalysatormaterials entspricht.completelyall other measures to increase theCombustion air mass flow, in particular for cooling the compressor intake air,deactivated until the catalytic combustion stage emergesa temperature setpoint is reached, which is essentially advantageousthe maximum permissibleTemperature of the catalyst material corresponds.
[0013] Wennbei steigendem Brennstoffmassenstrom dieser Temperatursollwert erreichtist, werden die Massnahmen zur Erhöhung des Verbrennungsluftmassenstromsaktiviert. Selbstverständlichverhältes sich so, dass bei gleichbleibendem Brennstoffmassenstrom underhöhtemVerbrennungsluftmassenstrom die Temperatur am Austritt aus der katalytischenStufe sinkt. Die Erhöhungdes Verbrennungsluftmassenstroms wird, wie beschrieben, bevorzugtbewirkt, indem eine verstellbare Leitreihe des Verdichters entsprechendverstellt wird, insbesondere indem eine verstellbare Vorleitreihegeöffnetwird, und/oder indem bei Massnahmen zu Kühlung der Ansaugluft die massenstromspezifischeKühlungsleistungerhöhtwird. Umgekehrt steigt die Temperatur am Austritt aus der katalytischenStufe, wenn der Verbrennungsluftmassenstrom sinkt. Die Verminderungdes Verbrennungsluftmassenstroms wird, wie beschrieben, bevorzugtbewirkt, indem eine verstellbare Leitreihe des Verdichters entsprechendverstellt wird, insbesondere indem eine verstellbare Vorleitreiheein Stückgeschlossen wird, und/oder indem bei Massnahmen zu Kühlung derAnsaugluft die massenstromspezifische Kühlungsleistung vermindert wird.Auf diese Weise kann die Temperatur am Katalysatoraustritt auf denSollwert eingeregelt werden. Wenn nunmehr der Verbrennungsluftmassenstrom maximiertist, zur Erbringung einer Soll-Nutzleistung der Gasturbogruppe abereine weitere Erhöhungdes Gesamtbrennstoffmassenstroms notwendig ist, so wird der derkatalytischen Stufe zugemessene Brennstoffmassenstrom so eingestellt,dass die Temperatur am Katalysatoraustritt auf dem Sollwert verbleibt,und ein zweiter Brennstoffteilmassenstrom wird zu stromab der katalytischenStufe angeordneten Brennern oder Brennstufen, beispielsweise einer nachgeordnetennichtkatalytischen Stufe, geleitet und dort umgesetzt. Die Verteilungdes gesamten Brennstoffmassenstroms erfolgt erfindungsgemäss derart,dass immer ein möglichstgrosser Anteil in der katalytischen Stufe umgesetzt wird, im Allgemeinen, indemdie Temperatur am Katalysatoraustritt im Wesentlichen immer am oberendauerhaft zulässigen Grenzwertgehalten wird. Die Erfindung beruht darauf, erst dann, wenn es beieiner Leistungssteigerung anders nicht mehr möglich ist, Brennstoff einerstromab der katalytischen Stufe angeordneten nichtkatalytischenStufe zuzuführen.Ifthis temperature setpoint is reached with increasing fuel mass flowthe measures to increase the combustion air mass flowactivated. Of coursebehaveit is so that with a constant fuel mass flow andincreasedCombustion air mass flow the temperature at the exit from the catalyticLevel drops. The increaseof the combustion air mass flow, as described, is preferredcaused by an adjustable guide row of the compressor accordinglyis adjusted, in particular by an adjustable guide lineopenand / or by taking the mass flow-specific measures for cooling the intake aircooling powerelevatedbecomes. Conversely, the temperature at the outlet from the catalytic increasesStage when the combustion air mass flow drops. The diminutionof the combustion air mass flow, as described, is preferredcaused by an adjustable guide row of the compressor accordinglyis adjusted, in particular by an adjustable guide lineone pieceis closed, and / or by taking measures to cool theIntake air the mass flow specific cooling capacity is reduced.In this way, the temperature at the catalyst outlet can be reduced toSetpoint can be adjusted. If the combustion air mass flow is now maximizedis, however, to provide a target useful output of the gas turbine groupanother increaseof the total fuel mass flow is necessary, thecatalytic stage assigned fuel mass flow set sothat the temperature at the catalyst outlet remains at the setpoint,and a second partial fuel mass flow becomes too downstream of the catalytic oneStage arranged burners or firing stages, for example a downstream onenon-catalytic stage, directed and implemented there. The distributionof the entire fuel mass flow takes place according to the invention in such a way thatthat always a possiblelarge part is implemented in the catalytic stage, generally bythe temperature at the catalyst outlet essentially always at the toppermissible limitis held. The invention is based only when it isan increase in performance is no longer possible, fuel onenon-catalytic stages arranged downstream of the catalytic stageStage.
[0014] DieerfindungsgemässeGasturbogruppe gewährleistetweiterhin insbesondere dann einen besonders schadstoffarmen Betrieb,wenn eine der katalytischen Stufe nachgeordnete nichtkatalytische Stufenach dem Prinzip einer selbstzündenden Brennkammerarbeitet, weil dann ein sehr mageres vorgemischtes Brennstoff-Luft-Gemischumgesetzt werden kann. Eine derartige Brennkammer ist aus EP 674 740 bekannt. Die katalytischeBrennerstufe sowie die dieser Brennerstufe zugeführte Brennstoffmenge werdenbeispielsweise auf eine Austrittstemperatur von ca. 900°C bis 950°C oder darüber ausgelegt,wobei selbstverständlichdie dauerhaft zulässige Temperaturdes Katalysatormaterials zu beachten ist, welche letztlich den limitierendenFaktor darstellt.The gas turbine group according to the invention furthermore ensures particularly low-pollutant operation when a non-catalytic stage downstream of the catalytic stage operates on the principle of a self-igniting combustion chamber, because a very lean premixed fuel-air mixture can then be converted. Such a combustion chamber is out EP 674 740 known. The catalytic burner stage and the amount of fuel supplied to this burner stage are designed, for example, at an outlet temperature of approx. 900 ° C. to 950 ° C. or above, whereby of course the permanently permissible temperature of the catalyst material must be taken into account, which ultimately represents the limiting factor.
[0015] DieerfindungsgemässeBetriebsweise einer Gasturbogruppe mit einer beispielsweise aus EP 674 740 bekannten Brennkammerermöglichteinen schadstoffarmen Teillastbetrieb, weil ein möglichst grosserLeistungsbereich der Gasturbogruppe von der katalytischen Brennerstufeaufgebracht wird. Als tendenziell nachteilig bei einer derartigenBetriebsweise kann es sich erweisen, dass die Abgastemperatur derGasturbogruppe im Teillastbereich über einen weiten Leistungsbereichsehr niedrig ist. Im Kombibetrieb, mit einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger,dessen Dampf auf eine Dampfturbogruppe geleitet wird, werden dahererst bei hoher Last Frischdampfdaten erzeugt, welche einen problemlosenuneingeschränktenBetrieb des Wasser-Dampf-Kreislaufs ermöglichen. Zur Abwärmenutzungist daher bei der erfindungsgemässenBetriebsweise der Gasturbogruppe die Nutzung einer geschlossenenGasturbine im Niedertemperaturkreislauf möglich, wie sie in der WO 03/076781vorgeschlagen worden ist. Der diesbezügliche Offenbarungsgehalt derWO 03/076781 stellt einen integrierenden Bestandteil der vorliegendenSchrift dar.The method of operation according to the invention of a gas turbine group with one example EP 674 740 Known combustion chamber enables low-pollutant partial-load operation, because the largest possible power range of the gas turbine group is applied by the catalytic burner stage. It may prove to be disadvantageous in such an operating mode that the exhaust gas temperature of the gas turbine group is very low in the partial load range over a wide power range. In combination operation, with a downstream heat recovery steam generator, the steam of which is fed to a steam turbine group, fresh steam data are only generated at high load, which enables problem-free, unrestricted operation of the water-steam cycle. For the use of waste heat, it is therefore possible in the operation of the gas turbine group according to the invention to use a closed gas turbine in the low-temperature circuit, as has been proposed in WO 03/076781. The relevant disclosure content of WO 03/076781 is an integral part of the present document.
[0016] Beieinem Lastabwurf wird in einer bevorzugten und vorteilhaften Ausführungsformdes erfindungsgemässenVerfahrens zunächstdie zweite nichtkatalytische Brennerstufe unmittelbar abgeschaltet,so dass die Verdichteraustrittstemperatur auf Leerlaufniveau sinkt.Die Verdichtervorleitreihe bleibt für einige Sekunden offen stehen.Gleichzeitig oder unmittelbar nach dem Abschalten der zweiten Brennerstufewird der dem Vorbrenner zugeführte Brennstoffmassenstromstark erhöht,und bevorzugt wird die Vorbrennerstufe mit einem vorbestimmten, hohenBrennstoftmassenstrom betrieben, um das Verlöschen des Katalyten der katalytischenBrennerstufe zu verhindern; danach kann die Brennstoffmenge derVorbrennerstufe auf die Brennstoffmenge eingestellt werden die imLeerlauf der Gasturbogruppe notwendig ist. Die der katalytischenBrennerstufe zugeführteBrennstoffmenge wird dabei so geregelt, dass die Rotordrehzahl derGasturbine auf die Nenndrehzahl abgefangen wird. Bei einer anschließenden Lastzunahmewird dann die zweite Brennerstufe zur Regelung der Last wieder inBetrieb genommen.ata load shedding is in a preferred and advantageous embodimentof the inventionProcedure firstthe second non-catalytic burner stage is switched off immediately,so that the compressor outlet temperature drops to idle level.The compressor pre-row remains open for a few seconds.Simultaneously or immediately after the second burner stage has been switched offbecomes the fuel mass flow supplied to the pre-burnergreatly increasedand preferred is the pre-burner stage with a predetermined highFuel mass flow operated to quench the catalytic of the catalyticTo prevent burner stage; then the amount of fuelPre-burner stage can be set to the amount of fuel in theIdling of the gas turbine group is necessary. That of the catalyticBurner stage suppliedThe amount of fuel is regulated so that the rotor speed of theGas turbine is intercepted to the nominal speed. With a subsequent increase in loadthe second burner stage for regulating the load is then in againPut into operation.
[0017] DieErfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestelltenAusführungsbeispielennäher erläutert. ImEinzelnen zeigen:TheThe invention is illustrated below with reference to the drawingembodimentsexplained in more detail. in theShow individual:
[0018] 1 ein Beispiel für eine erfindungsgemäss betreibbareGasturbogruppe; 1 an example of a gas turbine group operable according to the invention;
[0019] 2 einen beispielhaften Verlaufder den unterschiedlichen Brennerstufen zugeführten Brennstoffmengen in Abhängigkeitvon der relativen Leistung der Gasturbogruppe; und 2 an exemplary course of the fuel quantities supplied to the different burner stages as a function of the relative power of the gas turbine group; and
[0020] 3 einen beispielhaften Verlaufverschiedener Maschinenparameter bei einem Lastabwurf. 3 an exemplary course of various machine parameters during load shedding.
[0021] In 1 ist eine zur Durchführung deserfindungsgemässenVerfahrens geeignete Gasturbogruppe dargestellt. Eine Turbine 4 undein Verdichter 12 sind auf einer gemeinsamen Welle 15 angeordnet. Aufdem gleichen Wellenstrang ist weiterhin ein Generator 13 angeordnet.Der Verdichter 12 saugt Luft 21 aus der Umgebungan und verdichtet diese. Der Verdichter 12 weist weiterhineine verstellbare Vorleitreihe 121 auf. Deren Positionbestimmt im Wesentlichen den Ansaugvolumenstrom und damit bei vorgegebenerUmgebungstemperatur und vorgegebenem Umgebungsdruck den Luftmassenstromder Gasturbogruppe. Verdichtete Luft 22 wird zu einer untennoch im Detail erläutertenBrennkammer geführt.Wie ersichtlich ist, wird die verdichtete Luft vorgängig derEinleitung in die Brennkammer im Gegenstrom zu dem Heissgas innerhalbder Brennkammer an deren Aussenwändenvorbeigeführt.Dabei wird die Brennkammerstruktur konvektiv gekühlt und die im Nachgang derVerbrennung zugeführteLuft wird vorgewärmt.In der Brennkammer wird, wie unten ausgeführt, wenigstens ein Brennstoffmassenstrom inder verdichteten Luft verbrannt. Heisses gespanntes Rauchgas 24 strömt aus derBrennkammer ab und tritt mit der Turbineneintrittstemperatur T₃ in die Turbine 4 ein, wo der Rauchgasmassenstromunter Abgabe einer Leistung entspannt wird. Das aus der TurbineabströmendeAbgas 25 weist noch eine hohe TurbinenaustrittstemperaturT₄ von beispielsweise 500°C und darüber auf.Dieses Abwärmepotenzial wirdbevorzugt auf an sich bekannte Weise genutzt, beispielsweise zurDampferzeugung in einem Abhitzedampferzeuger. Die bei der Entspannungdes Rauchgases erzeugte Leistung wird zum Antrieb des Verdichters 12 unddes Generators 13 verwendet. Der Generator erzeugt eineNutzleistung P_ACT. Ein entsprechendes Messsignalwird zu einem Regler 31 geführt, und dort mit der Soll-LeistungP_SET verglichen. Ausgehend von der Regelabweichungder Leistung, P_SET-P_ACT,wird eine Gesamtbrennstoffmengen-Stellgrösse Y_FUEL gebildet. Ein Weiterer Regler 35 erfasstverschiedene Temperaturmesswerte. Die dort erfassten Temperaturenwerden auf Sollwerte eingeregelt oder auf Maximalwerte begrenzt,indem übereine StellgrösseY_VIGV die Position der verstellbaren Vorleitreihe 121 gesteuertwird. Die Brennkammer umfasst einen Vorbrenner 1, welcherbevorzugt, aus Gründender Stabilitätdes Betriebs, als Diffusionsbrenner ausgeführt ist. Ein Teil des Verbrennungsluftstromswird überden Vorbrenner geführt. Esschliesst sich eine Mischsektion 14 an, welche vorliegendals Drallerzeuger in der Art des Drallerzeugers des aus EP 321 809 bekannten Brenners ausgeführt ist.Dabei besteht die Mischsektion aus wenigstens zwei Umfangssegmenteneines zylinderartigen und/oder kegelstumpfartigen Hohlkörpers, diemit ihren Längsachsenim wesentlichen parallel zur Durchströmungsrichtung der Brennkammerangeordnet sind, wobei die Längsachsender einzelnen Umfangssegmente quer zur Durchströmungsrichtung gegeneinanderversetzt sind, wodurch tangential-radial orientierte Einströmöffnungengebildet werden. Ein Brenner der Vorbrennerstufe steht mit einer stromaufwärtigen Stirnseiteder Mischvorrichtung in Fluidverbindung, die katalytische Brennerstufesteht mit einer stromabwärtigenStirnseite in Fluidverbindung, und die Einströmöffnungen stehen mit einem Zuströmbereichder Brennkammer in Fluidverbindung, derart, dass im Betrieb derGasturbogruppe die Mischvorrichtung im Wesentlichen axial mit einem ersten,von der Vorbrennerstufe kommenden Gasmassenstrom durchströmt wird,und ein Brennluftmassenstrom mit einer tangentialen Strömungskomponentein die Mischvorrichtung einströmt.Auf diese Weise wird der erste, überden Vorbrenner 1 geführte Luftstrom 26 mitder verdrallten weiteren Verbrennungsluft vermischt. Stromab derMischstrecke schliesst sich eine katalytische Brennerstufe 2 an.An die katalytische Stufe schliesst sich eine als selbstzündende Brennkammerder aus EP 669 500 bekanntenArt ausgeführtenichtkatalytische zweite Brennerstufe an. Aus der katalytischenStufe abströmendesFluid strömtmit hoher Geschwindigkeit in einen Strömungskanal ein, in dem Wirbelerzeuger 11, insbesondereder aus CH 688868 bekanntenArt, und eine Brennstofflanze 5 angeordnet sind. Der Kanal mündet miteiner sprunghaften Querschnittserweiterung in einem Brennraum 6,aus dem das Fluid 24 schliesslich zur Turbine 4 abströmt. ZurFunktion der katalytischen Brennkammer muss die Temperatur T₁ an deren Eintritt einen bestimmten Mindestwertvon beispielsweise 450°Cerreichen. Im Betrieb einer modernen Gasturbine liegt eine solcheTemperatur im Lastbetrieb häufigohnehin am Verdichteraustritt vor, wenn der Verdichter ohne Kühlung arbeitet.Die Umströmungder Brennkammer tut ein Übrigeszur Erwärmungder Verbrennungsluft vor dem Einströmen in die Brennkammer. Für einenzuverlässigenBetrieb muss aber die Einhaltung der Mindesttemperatur stromaufdes Katalysators unter allen Umständen gewährleistet werden. Ein Teilstrom ṁ_P des gesamten Brennstoffmassenstroms ṁ_FUEL wird daher über ein Stellorgan 16 demVorbrenner 1 zugemessen. Das Stellorgan 16 wirdin Abhängigkeitvon einer SteuergrösseY_P eingestellt. Die Temperatur T₁ am Eintritt in die katalytische Stufe wirdbestimmt und zu einem Regler 32 geführt. Der Regler 32 vergleichtden Temperatur-Istwert T₁ mit dem MindestwertT_MIN und bildet daraus die Stellgrösse Y_P. Es wird daher sichergestellt, dass stetseine mindest notwendige Eintrittstemperatur am Eintritt der katalytischenBrennkammer vorliegt. Die Regelung des Brennstoffmassenstroms zumVorbrenners erfolgt bevorzugt so, dass auch bei einer Eintrittstemperaturder Verbrennungsluft, welche an sich schon den notwendigen Mindestwert überschreitet,immer eine Mindestbrennstoffmenge zugeführt wird, derart, dass derVorbrenner 1 währenddes gesamten Betriebes der Gasturbogruppe im Betrieb ist, auch,wenn dies an sich nicht zwingend notwendig ist. Eine solche Betriebsweiseerhöhtzwar die Stickoxidemissionen der Gasturbogruppe. Dieser Nachteilwird aber durch betriebstechnische Vorteile wieder ausgeglichen.Wenn die Gasturbogruppe beispielsweise bei Volllast betrieben wird,ist der Betrieb des Vorbrenners 1 typischerweise nichtnotwendig. Bei einem schnellen Entlasten oder gar einem Lastabwurffällt dieTemperatur der zuströmendenVerbrennungsluft 23 sehr schnell unter den Mindestwert,und der Betrieb des Vorbrenners 1 wird wieder absolut notwendig.Hierbei ist es von Vorteil, wenn nur dessen thermische Leistungerhöhtwerden muss, anstatt die Flamme des Vorbrenners in einem ohnehintransienten Betriebszustand erst wieder zünden zu müssen. Das von dem Vorbrenner 1 erzeugteHeissgas 26 wird in der Mischsektion 14 mit derweiteren Verbrennungsluft vermischt. Ein weiterer Teil ṁ_C des Brennstoffmassenstroms wird der derarterhitzten Verbrennungsluft stromauf der katalytischen Brennkammer 2 zugemischt.Diese Zumischung muss einerseits so erfolgen, dass beim Eintrittin den Katalysator ein möglichsthomogenes Brennstoff-Luft-Gemisch vorliegt, und andererseits derart,dass es zu keiner Zündung undFlammenstabilisierung des Brennstoffs in dem heissen Gas kommt.Selbstverständlichkann in dem Katalysator nicht beliebig viel Brennstoff umgesetzt werden,da dessen maximal zulässigeTemperatur begrenzt ist. Zur Zumessung der Brennstoffmenge ṁ_C zum Katalysator dient ein Stellorgan 17,welches mit der StellgrösseY_C vom Regler 33 aus angesteuertwird. Der Regler 33 erhältals Eingangsgrösse eineauf geeignete Weise ermittelte Temperatur T₂ amAustritt des Katalysators. Dabei kann die Brennstoffmenge ṁ_C des Katalysators so eingeregelt werden,dass die Temperatur T₂ einen zulässigen MaximalwertT_MAX von zum Beispiel 1000°C zuverlässig nicht überschreitet,die vom Katalysator im Dauerbetrieb ertragen werden kann. DieseTemperatur muss zwangsläufiggrössersein als die zum Betrieb der selbstzündenden Brennkammer 6 notwendigeMindesttemperatur. Dieser Betrieb ist schadstoffarm, da eine maximalmöglicheBrennstoffmenge katalytisch umgesetzt wird. Eine von der Stellgrösse Y_FUEL angeforderte Soll-Gesamtbrennstoffmenge, welche den insgesamtvom Vorbrenner und vom Katalysator umsetzbaren Massenstrom überschreitet,wird vom Regler 34 erfasst, welcher daraus die Stellgrösse Y_SEV bildet. Diese wirkt wiederum auf dasStellorgan 18, und steuert damit den Brennstoffmassenstrom ṁ_SEV, welcher der selbstzündenden Brennkammer 6 über dieBrennstofflanze 5 zugeführtwird. Ganz entscheidend ist es im vorliegenden Beispiel, das Stellorgan 18 vollständig geschlossenzu halten, solange die fürden Betrieb einer selbstzündendenBrennkammer erforderliche Mindesttemperatur noch nicht erreichtist. In der Praxis liegen die beiden Temperaturen mit den heutzutageverwendeten Katalysatoren jedoch relativ nahe beieinander, so, dassnur in einem vergleichsweise kleinen Temperaturbereich für T₂ ein sicherer Betrieb sowohl der katalytischenBrennerstufe 2 als auch der selbstzündenden Brennkammer 6 möglich ist.Es ist daher von Vorteil, einen Sollwert für T₂ festzulegen,der einerseits um eine Sicherheitsmarge oberhalb der Mindest-Eintrittstemperatur derselbstzündendenBrennkammer 6 liegt, und andererseits um eine Sicherheitsmargeunterhalb der dauerhaft zulässigenTemperatur der katalytischen Stufe 2. Unter Zugrundelegungder oben angegebenen Temperaturen wäre hier ein Temperaturbereich vonbeispielsweise 950°Cbis 980°Cgünstig;abhängigvom verwendeten Katalysatormaterial und dem Brennstoff können sichauch abweichende Temperaturbereiche als günstig erweisen. Der Betrieberfolgt also im Zusammenspiel der Regler 31, 33 und 34 derart,dass bei einer Temperatur T₂ unterhalb eines Schwellenwerteszunächstnur der katalytischen Brennerstufe Brennstoff zugeführt wird.Bei Erreichen des Temperaturschwellenwertes regelt Regler 33 über dieStellgrösseY_C den der katalytischen Stufe zugeführten Brennstoftmassenstrom ṁ_C so, dass die Temperatur T₂ aufeinem Sollwert verharrt, und ein überschreitender Teil des Gesamtbrennstoffmassenstromswird vom Regler 34 registriert, welcher über dieStellgrösseY_SEV auf das Stellorgan 18 eingreiftund den weder im Vorbrenner noch in der katalytischen Stufe umsetzbarenBrennstoff der nichtkatalytischen Brennerstufe zuleitet. Die Austrittstemperaturaus der katalytischen Brennerstufe kann weiterhin auch im Vorleitreihenregler 35 ausgewertetund fürRegeleingriffe auf die Position der verstellbaren Vorleitreihe 121 verwendetwerden. Dabei kann zwischen zwei grundsätzlich unterschiedlichen Betriebsmodender Vorleitreihenregelung unterschieden werden, nämlich einemwirkungsgradoptimierten und einem erfindungsgemässen schadstoffoptimiertenBetriebsmodus. Der wirkungsgradoptimierte Betriebsmodus ist ausdem Stand der Technik an sich wohlbekannt und läuft folgendermassen ab: DerVorleitreihenregler 35 erfasst auf geeignete Weise dieTemperaturen T₃ vor und T₄ nachder Turbine. Im unteren Teillastbereich wird die verstellbare Vorleitreihegeschlossen gehalten. Auf diese Weise steigt die Temperatur T₄ nach der Turbine mit steigender Leistung derGasturbogruppe sehr schnell an, wodurch bereits bei vergleichsweisegeringer Leistung eine Temperatur erreicht wird, die es erlaubt,in einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger qualitativ hochwertigenFrischdampf eines bestimmten Druckes und einer bestimmten Überhitzungzu erzeugen, der beispielsweise den Betrieb einer Dampfturbine erlaubt. BeimErreichen eines Sollwertes der Turbinenaustrittstemperatur T₄ wird die Vorleitreihe geöffnet, und dieTemperatur wird konstantgehalten. Gleichzeitig wird die TurbineneintrittstemperaturT₃ überwacht. Wenndiese einen zulässigenMaximalwert erreicht, löstdie Turbineneintrittstemperatur T₃ die TurbinenaustrittstemperaturT₄ als Leitgrösse der Regelung ab, und wirdbis zum Erreichen der Volllast, bei maximaler Turbineneintrittstemperaturund vollständiggeöffneterVorleitreihe, konstantgehalten. Parallel, alternativ, oder bevorzugtkaskadierend zur Vorleitreihenverstellung können auch an sich bekannteMethoden zur Kühlungder Ansaugluft und/oder zur Kühlungder Luft im Verdichter Anwendung finden, um die Leistung weiterhinohne Steigerung der Prozesstemperaturen zu erhöhen. Bei einer Einspritzungvon Flüssigkeitstropfenstromauf des Verdichters, wie es aus FR1 563 749 bekanntgeworden ist, ergänzen sich die Effekte, weileinerseits stromauf des Verdichters verdampfendes Wasser eine Kühlung derAnsaugluft und damit eine Steigerung des Verbrennungsluftmassenstromsbewirkt, und weil andererseits die Verdampfung von Tropfen im Verdichterdie Leistungsaufnahme des Verdichters vermindert. Dieser Betriebgewährleisteteinen besten Wirkungsgrad, insbesondere beim Kombibetrieb, da über einenweiten Betriebsbereich der Gasturbogruppe günstige Frischdampfdaten einervon einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger angespiesenen Dampfturbinegewährleistetwerden. In einem erfindungsgemässenemissionsoptimierten Betrieb wird im Teillastbereich die Katalysator-Austrittstemperatur T₂ als Leitgrösse für die Vorleitreihenverstellungverwendet: Sobald diese den Sollwert erreicht, wird die Vorleitreihegeöffnet.Die dadurch bewirkte Steigerung des Verbrennungsluftmassenstromserlaubt eine Steigerung des Brennstoffmassenstroms ṁ_C der katalytischen Stufe, ohne dass einezulässigeMaximal-Austrittstemperatur T_MAX überschrittenwird. Es ist damit möglich,einen maximalen Brennstoffmassenstrom emissionsarm in der katalytischenStufe umzusetzen. Die Temperatur T₃ vorder Turbine 4 bleibt dabei fortwährend vergleichsweise gering,auf dem Wert T₂, da stromab der katalytischenStufe nicht mehr gefeuert wird. Parallel, alternativ, oder bevorzugtkaskadierend zur Vorleitreihenverstellung können auch an sich bekannteMethoden zur Kühlungder Ansaugluft und/oder zur Kühlungder Luft im Verdichter Anwendung finden, um die Leistung weiterhinohne Steigerung der Prozesstemperaturen zu erhöhen. Bei einer Einspritzungvon Flüssigkeitstropfenstromauf des Verdichters, wie es aus FR1 563 749 bekanntgeworden ist, ergänzen sich die Effekte, weileinerseits stromauf des Verdichters verdampfendes Wasser eine Kühlung derAnsaugluft und damit eine Steigerung des Verbrennungsluftmassenstroms bewirkt,und weil andererseits die Verdampfung von Tropfen im Verdichterdie Leistungsaufnahme des Verdichters vermindert. Erst wenn dieVorleitreihe 121 vollständiggeöffnetist, und/oder wenn gegebenenfalls andere Massnahmen zur Steigerungdes Verbrennungsluftmassenstroms, wie beispielsweise die Kühlung derAnsaugluft, und ganz besonders die Einspritzung von Flüssigkeitstropfenstromauf des Verdichters und/oder in den Verdichter ausgeschöpft wordensind, kann der Brennstoffmassenstrom der katalytischen Stufe nichtmehr weiter gesteigert werden, und die nachgeordnete nichtkatalytischeBrennerstufe wird zur weiteren Leistungssteigerung in Betrieb genommen,bis die Turbineneintrittstemperatur T₃ ihrenzulässigenMaximalwert erreicht, und damit die Maximalleistung der Gasturbogruppeerreicht wird. Dieser Betrieb zeichnet sich dadurch aus, dass über einenweiten Betriebsbereich im Wesentlichen der gesamte Brennstoffmassenstromnahezu emissionsfrei in der katalytischen Brennerstufe umgesetzt wird,und auch bis zum Vollastbetriebspunkt ein schadstoffärmerer Betriebgewährleistetist als im wirkungsgradoptimierten Betriebsmodus. Im Gegenzug bleibtdie Temperatur T₄ nach der Turbine über einenweiten Betriebsbereich niedrig, und zwar zu niedrig, um in einemder Turbine nachgeordneten Abhitzedampferzeuger Frischdampf für eineneffizienten Betrieb einer Dampfturbine im Kombibetrieb zu erzeugen.Wie oben bereits dargelegt, eignet sich eine nach dem erfindungsgemässen Konzeptbetriebene Gasturbogruppe daher zur Optimierung der Abwärmenutzunginsbesondere in Verbindung mit der in WO 03/076781 beschriebenenKraftwerksanlage. Dadurch, dass die Katalysatoraustrittstemperaturin keinem Betriebsmodus zur Leistungsregelung im oberen Lastbereichherangezogen werden muss, und unabhängig vom Maschinenbetriebspunktdie vorteilhafte Möglichkeitbesteht, den Katalysator stets etwas unterhalb der zulässigen Maximaltemperaturzu betreiben, besteht keine Gefahr eines Flammenrückschlags,und der Katalysator kann etwas längerausgeführtwerden, als dies an sich notwendig wäre. Dies resultiert in einerbesser kontrollierten Verbrennung, und in einem besseren Betriebsverhaltenabseits vom Auslegungspunkt. Weiterhin besteht eine grössere Freiheitbei der Wahl des Katalysatormaterials, was unter Anderem zu einemwesentlichen Kostenvorteil führenkann, und die Bandbreite der umsetzbaren Brennstoffe wird grösser, ohneein erhöhtesFlammenrückschlagsrisikoin Kauf nehmen zu müssen.In 1 A gas turbine group suitable for carrying out the method according to the invention is shown. A turbine 4 and a compressor 12 are on a common wave 15 arranged. There is still a generator on the same shaft line 13 arranged. The compressor 12 sucks air 21 from the environment and condenses it. The compressor 12 also has an adjustable guide rail 121 on. Their position essentially determines the intake volume flow and thus the air mass flow of the gas turbine group at a given ambient temperature and pressure. Compressed air 22 is led to a combustion chamber which is explained in detail below. As can be seen, the compressed air is led past the outer walls of the combustion chamber in counterflow to the hot gas within the combustion chamber prior to its introduction. The combustion chamber structure is cooled convectively and the air supplied after the combustion is preheated. As explained below, at least one fuel mass flow is burned in the compressed air in the combustion chamber. Hot strained flue gas 24 flows out of the combustion chamber and enters the turbine at the turbine inlet temperature T ₃ 4 a, where the flue gas mass flow is released with a power output. The exhaust gas flowing out of the turbine 25 still has a high turbine outlet temperature T ₄ of, for example, 500 ° C. and above. This waste heat potential is preferably used in a manner known per se, for example for steam generation in a waste heat steam generator. The power generated by the expansion of the flue gas drives the compressor 12 and the generator 13 used. The generator generates a net power P _ACT . On the corresponding measurement signal becomes a controller 31 performed, and compared there with the target power P _SET . Based on the control deviation of the power, P _SET -P _ACT , a total _{fuel quantity} manipulated variable Y _{FUEL is} formed. Another controller 35 records various temperature readings. The temperatures recorded there are adjusted to setpoints or limited to maximum values by using the manipulated variable Y _{VIGV to determine} the position of the adjustable pilot line 121 is controlled. The combustion chamber includes a pre-burner 1 , which is preferably designed as a diffusion burner for reasons of stability in operation. Part of the combustion air flow is routed through the pre-burner. A mixed section closes 14 which, in the present case, as a swirl generator in the manner of the swirl generator EP 321 809 known burner is executed. The mixing section consists of at least two circumferential segments of a cylindrical and / or frustoconical hollow body, which are arranged with their longitudinal axes essentially parallel to the flow direction of the combustion chamber, the longitudinal axes of the individual circumferential segments being offset from one another transversely to the flow direction, thereby forming tangentially-radially oriented inflow openings become. A burner of the pre-burner stage is in fluid connection with an upstream end face of the mixing device, the catalytic burner stage is in fluid connection with a downstream end face, and the inflow openings are in fluid connection with an inflow region of the combustion chamber, in such a way that the mixing device is essentially axially connected to the gas turbine group during operation a first gas mass flow coming from the pre-burner stage is flowed through, and a combustion air mass flow with a tangential flow component flows into the mixing device. In this way the first one is over the pre-burner 1 guided airflow 26 mixed with the swirled further combustion air. A catalytic burner stage closes downstream of the mixing section 2 on. At the catalytic stage there is a self-igniting combustion chamber EP 669 500 known type executed non-catalytic second burner stage. Fluid flowing out of the catalytic stage flows at high speed into a flow channel in the vortex generator 11 , especially the one from CH 688868 known type, and a fuel lance 5 are arranged. The channel opens into a combustion chamber with a sudden increase in cross-section 6 from which the fluid 24 finally to the turbine 4 flows. For the catalytic combustion chamber to function, the temperature T ₁ at its entry must reach a certain minimum value of, for example, 450 ° C. In the operation of a modern gas turbine, such a temperature is often already present at the compressor outlet in the load operation, if the compressor works without cooling. The flow around the combustion chamber does the rest for heating the combustion air before it flows into the combustion chamber. For reliable operation, however, compliance with the minimum temperature upstream of the catalytic converter must be ensured under all circumstances. A partial flow ṁ _{P of} the total fuel _{mass flow} ṁ _FUEL is therefore via an actuator 16 the pre-burner 1 meted out. The actuator 16 is set as a function of a control variable Y _P. The temperature T ₁ at the entry into the catalytic stage is determined and becomes a controller 32 guided. The regulator 32 compares the actual temperature value T ₁ with the minimum value T _MIN and forms the manipulated variable Y _{P from it} . It is therefore ensured that there is always a minimum necessary inlet temperature at the inlet of the catalytic combustion chamber. The control of the fuel mass flow to the pre-burner is preferably carried out in such a way that even at an inlet temperature of the combustion air, which already exceeds the necessary minimum value, a minimum amount of fuel is always supplied such that the pre-burner 1 is in operation during the entire operation of the gas turbine group, even if this is not absolutely necessary. Such an operating mode increases the nitrogen oxide emissions of the gas turbine group. This disadvantage is compensated for by operational advantages. For example, if the gas turbine group is operated at full load, the pre-burner is in operation 1 typically not necessary. When the load is relieved quickly or even shed, the temperature of the incoming combustion air drops 23 very quickly below the minimum value, and the operation of the pre-burner 1 becomes absolutely necessary again. It is advantageous here if only its thermal output has to be increased instead of having to ignite the flame of the pre-burner again in an already transient operating state. The pre-burner 1 generated hot gas 26 is in the mixing section 14 mixed with the other combustion air. Another part ṁ _{C of} the fuel mass flow is the combustion air heated in this way upstream of the catalytic combustion chamber 2 admixed. This admixture must be carried out on the one hand in such a way that the fuel / air mixture is as homogeneous as possible when entering the catalyst, and on the other hand in such a way that there is no ignition and flame stabilization of the fuel in the hot gas. Of course, it is not possible to convert as much fuel as desired into the catalyst, since its maximum permissible temperature is limited. An actuator is used to measure the amount of fuel ṁ _C to the catalytic converter 17 which with the manipulated variable Y _C from the controller 33 is controlled from. The regulator 33 receives as an input a suitably determined temperature T ₂ at the outlet of the catalyst. The amount of fuel ṁ _{C of} the catalytic converter can be adjusted so that the temperature T ₂ reliably exceeds a permissible maximum value T _MAX of, for example, 1000 ° C not exceed that can be endured by the catalytic converter in continuous operation. This temperature must inevitably be higher than that for operating the self-igniting combustion chamber 6 necessary minimum temperature. This operation is low in pollutants, since the maximum possible amount of fuel is converted catalytically. The _{controller issues a} target total _{fuel quantity} requested by the manipulated variable Y _FUEL , which exceeds the total mass flow that can be converted by the pre-burner and the catalytic converter 34 recorded which forms the manipulated variable Y _SEV . This in turn affects the actuator 18 , and thus controls the fuel mass flow ṁ _SEV , that of the self-igniting combustion chamber 6 over the fuel lance 5 is fed. It is very important in the present example, the actuator 18 to be kept completely closed as long as the minimum temperature required for the operation of a self-igniting combustion chamber has not yet been reached. In practice, however, the two temperatures are relatively close to one another with the catalysts used today, so that safe operation of both the catalytic burner stage is only possible in a comparatively small temperature range for T ₂ 2 as well as the self-igniting combustion chamber 6 is possible. It is therefore advantageous to set a target value for T ₂ , on the one hand, by a safety margin above the minimum inlet temperature of the self-igniting combustion chamber 6 lies, and on the other hand by a safety margin below the permanently permissible temperature of the catalytic stage 2 , On the basis of the temperatures given above, a temperature range of, for example, 950 ° C. to 980 ° C. would be favorable here; Depending on the catalyst material and the fuel used, deviating temperature ranges can also prove to be favorable. Operation therefore takes place in the interaction of the controllers 31 . 33 and 34 such that at a temperature T ₂ below a threshold value, only the catalytic burner stage is initially supplied with fuel. The controller controls when the temperature threshold is reached 33 Via the manipulated variable Y _C, the fuel mass flow ṁ _C fed to the catalytic stage is such that the temperature T ₂ remains at a setpoint, and an excessive portion of the total fuel mass flow is generated by the controller 34 registers which on the actuating variable Y _SEV on the actuator 18 intervenes and feeds the fuel, which cannot be converted in the pre-burner or in the catalytic stage, to the non-catalytic burner stage. The outlet temperature from the catalytic burner stage can also continue in the pilot series controller 35 evaluated and for rule interventions on the position of the adjustable pilot line 121 be used. A distinction can be made between two fundamentally different operating modes of the pilot control system, namely an efficiency-optimized and a pollutant-optimized operating mode according to the invention. The efficiency-optimized operating mode is well known per se from the prior art and runs as follows: the pilot series controller 35 appropriately detects the temperatures T ₃ before and T ₄ after the turbine. In the lower part of the load range, the adjustable guide rail is kept closed. In this way, the temperature T ₄ after the turbine rises very quickly with increasing power of the gas turbine group, whereby a temperature is reached even at a comparatively low power, which allows high-quality live steam of a certain pressure and a certain superheat to be added in a downstream heat recovery steam generator generate that allows, for example, the operation of a steam turbine. When a setpoint of the turbine outlet temperature T ₄ is reached, the preliminary row is opened and the temperature is kept constant. At the same time, the turbine inlet temperature T _{3 is} monitored. When this reaches a permissible maximum value, the turbine inlet temperature T ₃ replaces the turbine outlet temperature T ₄ as the control variable and is kept constant until full load is reached, with the maximum turbine inlet temperature and the fully open pre-discharge row. In parallel, alternatively, or preferably in a cascading manner for adjusting the guide series, methods known per se for cooling the intake air and / or for cooling the air in the compressor can also be used in order to further increase the output without increasing the process temperatures. When a drop of liquid is injected upstream of the compressor as it comes out FR 1 563 749 has become known, the effects complement each other because, on the one hand, water evaporating upstream of the compressor cools the intake air and thus increases the combustion air mass flow, and on the other hand, because the evaporation of drops in the compressor reduces the power consumption of the compressor. This operation ensures the best efficiency, especially in combination operation, since favorable live steam data of a steam turbine powered by a downstream heat recovery steam generator are guaranteed over a wide operating range of the gas turbine group. In an emission-optimized operation according to the invention, the catalytic converter outlet temperature T _{2 is used} as a guide variable for the advance row adjustment in the part-load range: as soon as it reaches the desired value, the advance row is opened. The resulting increase in the combustion air mass flow allows the fuel mass flow ṁ _{C of} the catalytic stage to be increased without a permissible maximum outlet temperature T _{MAX being} exceeded. It is thus possible to implement a maximum fuel mass flow with low emissions in the catalytic stage. The temperature T _{3 in} front of the turbine 4 remains comparatively low, at the value T ₂ , since there is no firing downstream of the catalytic stage. Parallel, alternative, or preferably cascading to the advance row adjustment Methods known per se for cooling the intake air and / or for cooling the air in the compressor can also be used in order to further increase the output without increasing the process temperatures. When a drop of liquid is injected upstream of the compressor as it comes out FR 1 563 749 has become known, the effects complement each other because, on the one hand, water evaporating upstream of the compressor cools the intake air and thus increases the combustion air mass flow, and on the other hand, because the evaporation of drops in the compressor reduces the power consumption of the compressor. Only when the preliminary series 121 is completely open, and / or if other measures to increase the combustion air mass flow, such as cooling the intake air, and especially the injection of liquid drops upstream of the compressor and / or into the compressor, have been exhausted, the fuel mass flow of the catalytic stage cannot be increased further, and the downstream non-catalytic burner stage is put into operation to further increase the output until the turbine inlet temperature T _{3 reaches} its permissible maximum value, and thus the maximum output of the gas turbine group is reached. This operation is characterized by the fact that the entire fuel mass flow is implemented in the catalytic burner stage almost emission-free over a wide operating range, and that low-pollution operation is guaranteed up to the full load operating point than in the efficiency-optimized operating mode. Conversely, the temperature T ₄ after the turbine remains low over a wide operating range, namely too low to generate live steam in an exhaust heat steam generator arranged downstream of the turbine for efficient operation of a steam turbine in combination operation. As already explained above, a gas turbine group operated according to the concept according to the invention is therefore suitable for optimizing the use of waste heat, in particular in connection with the power plant system described in WO 03/076781. The fact that the catalytic converter outlet temperature does not have to be used for power control in the upper load range in any operating mode, and regardless of the machine operating point, there is the advantageous possibility of always operating the catalytic converter somewhat below the permissible maximum temperature, there is no risk of a flashback, and the catalytic converter can run a little longer than would be necessary in itself. This results in better controlled combustion and better operating behavior away from the design point. Furthermore, there is greater freedom in the choice of the catalyst material, which can lead to a substantial cost advantage, among other things, and the range of combustible fuels becomes larger without having to accept an increased risk of flashback.
[0022] In 2 ist in einer qualitativenDarstellung ein beispielhafter Verlauf der Brennstoffmassenströme in denverschiedenen Brennerstufen der in 1 dargestelltenBrennkammer in Abhängigkeitvon der relativen Leistung P/P ^, mit der Volllastleistung P ^, gezeigt.Dabei handelt es sich um eine schematische Darstellung, bei dernicht alle möglichenDetails der Brennstoffmassenstromverläufe dargestellt sind, sonderndie auf die Details fokussiert, die für das Verständnis der Erfindung wesentlichsind. Die nach oben aufgetragenen Werte sind jeweils auf einen ReferenzwertY bezogen dargestellt. Auch handelt es sich nicht um Werte einerbestimmten Maschine, sondern um den Betrieb einer fiktiven, aberdurchaus repräsentativenGasturbogruppe. Im Leerlauf, bei Nenndrehzahl ohne Netto-Leistungsabgabe,ist in diesem Ausführungsbeispieldie katalytische Brennerstufe bereits in Betrieb. Bevorzugt wirddie katalytische Brennerstufe bereits während des Beschleunigens derGasturbogruppe auf Nenndrehzahl, beispielsweise bei 70 bis 80% derNenndrehzahl, in Betrieb genommen. Dies ermöglicht es, dass die katalytischeBrennerstufe währenddes gesamten Normalbetriebes der Gasturbogruppe, inklusive Unterdrehzahlbetrieb,im Betrieb bleiben kann, und Schalttransienten, welche sowohl dieVerbrennungsstabilität alsauch die mechanische Integritätdes Katalyten zu beeinträchtigenvermögen,werden vermieden. Der Brennstoffmassenstrom der katalytischen Stufeist in dem Diagramm in 2 als ṁ_C dargestellt. Gemäss dem Beispiel wird die katalytischeBrennerstufe im Leerlauf mit rund 30% eines maximalen Brennstoffmassenstromsversorgt. Der Brennstoftmassenstrom zur Vorbrennerstufe ist durchdie mit ṁ_P bezeichnete Linie dargestellt.In einem Lastbereich bis rund 25% Relativleistung erhält die Vorbrennerstufenahezu den maximal möglichenBrennstoffmassenstrom. Es wird somit sichergestellt, dass die Temperaturam Eintritt in die katalytische Brennerstufe immer über derzu deren Betrieb notwendigen Mindesttemperatur liegt. Bei Leistungssteigerungab Leerlauf steigt der Gesamtbrennstoffmassenstrom ṁ_FUEL, wobei die gesamte Massenstromerhöhung derkatalytischen Brennerstufe zugeleitet wird. Damit steigt die TemperaturT₂ am Austritt aus der katalytischen Stufean. Mit steigendem Verdichterdruckverhältnis steigt auch die Verdichterendtemperatur.Ab etwa 25% Relativleistung kann daher der Brennstoffmassenstromder Vorbrennerstufe zurückgenommenwerden. Diese Massenstromveränderungwird ebenfalls der katalytischen Stufe zugeführt, weshalb der Gradient von ṁ_C steigt. Dabei steigt T₂ weiteran. Die Vorleitreihe, deren Stellung durch die mit VIGV gekennzeichneteLinie wiedergegeben ist, ist dabei in der maximal geschlossenenPosition von beispielsweise –30°. Die Katalysator-AustrittstemperaturT₂ ist, wie bereits mehrfach dargelegt,durch die zulässigeMaterialtemperatur der kataytischen Stufe nach oben begrenzt. Eswurde beispielhaft angenommen, dass die maximal zulässige Temperatur80% der maximalen Prozesstemperatur beträgt. Wenn T₂ diesenWert erreicht, so wird erfindungsgemäss die Vorleitreihe geöffnet, umdie Temperatur am Austritt aus der katalytischen Stufe zu begrenzen.Dabei wird weiterhin der gesamte Brennstoffmassenstrom der Vorbrennerstufeund der katalytischen Stufe zugeführt. Mit einer weiteren Steigerungdes Gesamt-Brennstoffmassenstroms ṁ_FUEL wirddie Vorleitreihe weiter geöffnet,wodurch der Brennluftmassenstrom erhöht wird, wodurch die TemperaturT₂ auf einen konstanten Sollwert geregeltwird. Die Turbineneintrittstemperatur T₃ istgleich der Temperatur T₂, weil stromab derkatalytischen Brennerstufe keine weitere Wärmezufuhr erfolgt. Bei etwa70% Relativleistung ist die Vorleitreihe vollständig geöffnet. Bei weiterer Leistungssteigerungwird die Temperatur am Katalysatoraustritt durch die Zumessung desBrennstoffmassenstroms zur katalytischen Brennerstufe geregelt.Ein überschreitenderAnteil ṁ_SEV des Gesamtbrennstoffmassenstromswird der nachgeordneten nichtkatalytischen Brennkammer zugeordnet.Die Turbineneintrittstemperatur T₃ überschreitetdaher die Austrittstemperatur T₂ der katalytischenBrennerstufe. Mit weiter steigendem Druckverhältnis und Feuerungsleistungsteigt die Eintrittstemperatur der Verbrennungsluft in die Brennkammer.Daher wird der Brennstoffmassenstrom ṁ_P zurVorbrennerstufe weiter reduziert. Ab einem gewissen Punkt kann prinzipiellauf die Feuerung der Vorbrennerstufe verzichtet werden, da die Eintrittstemperaturder Verbrennungsluft bereits ausreicht, um eine stabile Reaktionin der katalytischen Brennerstufe zu gewährleisten. Gleichwohl wirddie Vorbrennerstufe nicht vollständigausser Betrieb genommen, sondern bis zur Volllast mit einem zurAufrechterhaltung einer stabilen Pilotflamme notwendigen Brennstoffmassenstromvon im Beispiel 10% versorgt. Dies hat betriebstechnische Vorteile, umbei schnellen negativen Leistungsgradienten, wie sie beim Schutz-oder Schnellentlasten und erst recht bei einem Lastabwurf auftreten,die Feuerungsleistung der Vorbrennerstufe schnell erhöhen zu können, anstattdie Vorbrennerstufe erst zündenzu müssen. Aufgrundder steigenden Temperatur am Eintritt in die katalytische Stufeund der begrenzten Austrittstemperatur T₂ sinktdie in der katalytischen Stufe umsetzbare thermische Leistung, undin der Folge sinkt auch der Brennstoffmassenstrom ṁ_C wieder etwas ab.In 2 is a qualitative representation of an exemplary course of the fuel mass flows in the various burner stages of the in 1 shown combustion chamber depending on the relative power P / P ^, with the full load power P ^ shown. This is a schematic representation, in which not all possible details of the fuel mass flow profiles are shown, but which focuses on the details that are essential for understanding the invention. The values plotted upwards are each related to a reference value Y. It is also not about values of a specific machine, but rather the operation of a fictitious, but definitely representative gas turbine group. In this exemplary embodiment, the catalytic burner stage is already in operation at idle, at nominal speed without net power output. The catalytic burner stage is preferably started up while the gas turbine group is accelerating to the nominal speed, for example at 70 to 80% of the nominal speed. This enables the catalytic burner stage to remain in operation during the entire normal operation of the gas turbine group, including underspeed operation, and switching transients, which can impair both the combustion stability and the mechanical integrity of the catalyzer, are avoided. The fuel mass flow of the catalytic stage is in the diagram in 2 shown as ṁ _C. According to the example, the catalytic burner stage is supplied with around 30% of a maximum fuel mass flow when idling. The fuel mass flow to the pre-burner stage is represented by the line labeled ṁ _P. In a load range of up to around 25% relative power, the pre-burner stage receives almost the maximum possible fuel mass flow. This ensures that the temperature at the entrance to the catalytic burner stage is always above the minimum temperature necessary for its operation. If the output increases from idle, the total _fuel mass flow ṁ _{FUEL increases} , with the entire mass flow increase being fed to the catalytic burner stage. The temperature T ₂ thus rises at the outlet from the catalytic stage. As the compressor pressure ratio increases, the compressor end temperature also increases. From around 25% relative power, the fuel mass flow of the pre-burner stage can therefore be reduced. This change in mass flow is also fed to the catalytic stage, which is why the gradient of ṁ _C increases. T ₂ continues to rise. The preliminary row, the position of which is shown by the line marked VIGV, is in the maximum closed position of, for example, -30 °. The catalyst outlet temperature T ₂ is, as already stated several times, limited by the permissible material temperature of the catalytic stage. It was assumed as an example that the maximum permissible temperature is 80% of the maximum process temperature. When T _{2 reaches} this value, the preliminary series is opened according to the invention in order to limit the temperature at the outlet from the catalytic stage. The entire fuel mass flow continues to be fed to the pre-burner stage and the catalytic stage. With a further increase in the total fuel _{mass flow} ṁ _FUEL , the preliminary series is opened further, whereby the combustion air _{mass flow} is increased, whereby the temperature T _{2 is} regulated to a constant setpoint. The turbine inlet temperature T ₃ is equal to the temperature T ₂ because no further heat is added downstream of the catalytic burner stage. At about 70% relative power, the pilot line is fully open. If the output increases further, the temperature at the catalyst outlet is regulated by metering the fuel mass flow to the catalytic burner stage. An exceeding share ṁ _{SEV of} the total fuel _mass flow is assigned to the downstream non-catalytic combustion chamber. The turbine inlet temperature T ₃ therefore exceeds the outlet temperature T _{2 of} the catalytic burner stage. The inlet temperature of the combustion air into the combustion chamber rises as the pressure ratio and combustion capacity continue to increase. The fuel mass flow ṁ _P is therefore further reduced to the pre-burner stage. At a certain point, the preburner stage can in principle be dispensed with, since the inlet temperature of the combustion air is already sufficient to ensure a stable reaction in the catalytic burner stage. Nonetheless, the pre-burner stage is not completely decommissioned, but is supplied up to full load with a fuel mass flow of 10%, which is necessary in order to maintain a stable pilot flame. This has operational advantages in order to be able to quickly increase the firing performance of the pre-burner stage in the case of rapid negative power gradients, such as occur during protective or rapid relief and especially when a load is shed, instead of having to ignite the pre-burner stage first. Due to the rising temperature at the entry into the catalytic stage and the limited exit temperature T ₂ , the thermal power that can be converted in the catalytic stage drops, and as a result the fuel mass flow ṁ _C also drops again somewhat.
[0023] Einsolcher schneller Leistungsabfall liegt bei einem Lastabwurf vor.Diese Vorgängesind in 3 qualitativdargestellt. Die Grössenordnungder nach oben aufgetragenen Werte ist nicht quantitativ mit denin 2 dargestellten Wertenvergleichbar. Der Lastabwurf erfolgt bei t = 5 Sekunden. In kürzester Zeitgeht die Drehzahl n auf eine Überdrehzahl,die durch eine Verminderung der thermischen Leistung abgefangenwerden muss, um eine kritische Überdrehzahlzu vermeiden. Währenddes Vorgangs soll die Gasturbogruppe im Betrieb bleiben. Die nichtkatalytischezweite Brennerstufe wird sofort abgeschaltet. Gleichzeitig wirdder Vorbrenner 1 mit einer erhöhten vorgesteuerten Brennstoffmengeversorgt, so dass die katalytische Brennerstufe 2 nichterlischt. Der Brennstoffmassenstrom ṁ_C zurkatalytischen Brennerstufe 2 wird dann so geregelt, dassdie Nenndrehzahl erreicht und nicht signifikant unterschritten wird.Die Vorleitreihe VIGV bleibt währenddes gesamten Vorgangs des Abfangens und Einregelns der Maschinendrehzahlvoll geöffnet,um nicht noch weitere variable Parameter in die Maschinenregelung einzubringen;erst nachdem die Maschinendrehzahl stabil auf Nenndrehzahl eingeregeltist, wird die Vorleitreihe langsam geschlossen.Such a rapid drop in performance occurs when a load is shed. These processes are in 3 represented qualitatively. The order of magnitude of the values plotted above is not quantitative with those in 2 represented values comparable. The load shedding takes place at t = 5 seconds. In the shortest possible time, the speed n goes to an overspeed, which has to be absorbed by a reduction in the thermal power in order to avoid a critical overspeed. The gas turbine group should remain in operation during the process. The non-catalytic second burner stage is switched off immediately. At the same time it becomes the pre-burner 1 supplied with an increased pilot controlled amount of fuel, so that the catalytic burner stage 2 does not go out. The fuel mass flow ṁ _C to the catalytic burner stage 2 is then regulated in such a way that the rated speed is reached and not significantly undercut. The preliminary series VIGV remains fully open during the entire process of intercepting and adjusting the machine speed in order not to introduce any further variable parameters into the machine control; Only after the machine speed has been stabilized to the nominal speed, the pilot line is slowly closed.
11 Vorbrenner,Vorbrennerstufepre-burner,Vorbrennerstufe 22 katalytischeBrennerstufecatalyticburner stage 33 Niederdruckbrennkammer,selbstzündende Brennkammer,Low-pressure combustion chamber,self-igniting combustion chamber,nichtkatalytischeBrennerstufenoncatalyticburner stage 44 Turbineturbine 55 Brennstofflanzefuel lance 66 Brennraumder selbstzündendenBrennkammercombustion chamberthe self-ignitingcombustion chamber 1111 Wirbelerzeugervortex generators 1212 Verdichtercompressor 1313 Generatorgenerator 1414 Mischsektionmixing section 1515 Wellewave 1616 Stellorganactuator 1717 Stellorganactuator 1818 Stellorganactuator 2121 Umgebungsluftambient air 2222 verdichteteLuftcompactedair 2323 Verbrennungsluftcombustion air 2424 gespanntesRauchgasstrainedflue gas 2525 entspanntesRauchgas, AbgasrelaxedFlue gas, exhaust gas 2626 Luftstromdes Vorbrennersairflowof the pre-burner 3131 Reglerregulator 3232 Reglerregulator 3333 Reglerregulator 3535 Reglerregulator 121121 verstellbareVorleitreiheadjustableguide row ṁ_FUEL ṁ _FUELGesamt-BrennstoffmassenstromTotal fuel mass flow ṁ_C ṁ _CBrennstoffmassenstromzur katalytischen BrennerstufeFuel mass flowto the catalytic burner stage ṁ_P ṁ _PBrennstoffmassenstromzum VorbrennerFuel mass flowto the pre-burner ṁ_SEV ṁ _SEVBrennstoffmassenstromzur nichtkatalytischen BrennkammerFuel mass flowto the non-catalytic combustion chamber nn RotordrehzahlRotor speed n ^n ^ Rotor-NenndrehzahlRotor nominal speed P_ACT P _ACTIst-NutzleistungActual power output P_SET P _SETSoll-NutzleistungTarget power output P/P ^P / P ^ Relativleistungrelative power T₁ T ₁Temperaturam Eintritt in die katalytische Brennkammertemperatureat the entrance to the catalytic combustion chamber T₂ T ₂Temperaturam Austritt der katalytischen Brennkammertemperatureat the outlet of the catalytic combustion chamber T₃ T ₃Temperaturvor der Turbinetemperaturein front of the turbine T₄ M ₄Temperaturnach der Turbine, Abgastemperaturtemperatureafter the turbine, exhaust gas temperature T_MIN T _MINminimalerforderliche Temperatur am Eintritt in die katalytischeminimalrequired temperature at the entry into the catalyticBrennkammercombustion chamber T_MAX T _MAXmaximalzulässigeTemperatur am Austritt der katalytischenmaximumpermissibleTemperature at the outlet of the catalyticBrennkammercombustion chamber VIGVVIGV Stellungder verstellbaren Vorleitreihepositionthe adjustable pilot line Y/Y ^Y / Y ^ Relativwertrelative value Y_FUEL Y _FUELStellgrösse für den BrennstoffmassenstromActuating variable for the fuel mass flow Y_C Y _CStellgrösse für den Brennstoffmassenstrom zurkatalytischenActuating variable for the fuel mass flowcatalyticBrennerstufeburner stage Y_P Y _PStellgrösse für den Brennstoffmassenstrom zurVorbrennerstufeActuating variable for the fuel mass flowVorbrennerstufe Y_SEV Y _SEVStellgrösse für den Brennstoffmassenstrom zurnichtkatalytischenActuating variable for the fuel mass flownoncatalyticBrennkammercombustion chamber Y_VIGV Y _VIGVVorleitreihen-StellgrösseVorleitreihen manipulated variable

权利要求:
Claims (12)
[1]
Verfahren zum Betrieb einer Gasturbogruppe, welcheGasturbogruppe wenigstens eine Brennkammer umfasst, wobei dieBrennkammer wenigstens eine katalytische erste Brennerstufe (2)sowie eine der katalytischen Brennerstufe in Strömungsrichtung nachgeordnetezweite nichtkatalytische Brennerstufe (6) umfasst, welchesVerfahren umfasst, eine Nettoleistungsabgabe (P_ACT)der Gasturbogruppe zu bestimmen, der Gasturbogruppe in Abhängigkeitvon einer Regelabweichung (P_SET-P_ACT)der Nettoleistungsabgabe einen Gesamtbrennstoffmassenstrom (ṁ_FUEL) zuzuführen, den Gesamtbrennstoffmassenstromauf wenigstens die katalytische Brennerstufe und die nichtkatalytischeBrennerstufe aufzuteilen, die Temperatur (T₂) amAustritt aus der katalytischen Brennerstufe zu bestimmen, gekennzeichnetdadurch, die Temperatur am Austritt aus der katalytischen Brennerstufedurch eine Veränderungdes Verbrennungsluftmassenstroms auf einen Sollwert zu regeln und/oderauf einen Maximalwert zu begrenzen und die Brennstoffzufuhr zur nichtkatalytischenBrennerstufe abzusperren, wenn der Verbrennungsluftmassenstrom unterhalbeines erzielbaren Maximums liegt.Method for operating a gas turbine group, which gas turbine group comprises at least one combustion chamber, the combustion chamber comprising at least one catalytic first burner stage ( 2 ) and a second non-catalytic burner stage downstream of the catalytic burner stage in the direction of flow ( 6 ), which includes the method to determine a net power output (P _ACT ) of the gas turbine group, to supply the gas turbine group with a total _{fuel mass flow} (ṁ _FUEL ) depending on a control deviation (P _SET -P _ACT ) of the net power output, the total _{fuel mass flow} to at least the catalytic burner stage and to divide the non-catalytic burner stage, to determine the temperature (T ₂ ) at the outlet from the catalytic burner stage, characterized in that the temperature at the outlet from the catalytic burner stage is regulated by a change in the combustion air mass flow to a desired value and / or is limited to a maximum value and shut off the fuel supply to the non-catalytic burner stage when the combustion air mass flow is below an achievable maximum.
[2]
Verfahren gemässAnspruch 1, gekennzeichnet dadurch, den Verbrennungsluftmassenstrom durchdie Verstellung einer verstellbaren Leitreihe (121) desVerdichters (12) der Gasturbogruppe zu verändern.A method according to claim 1, characterized in that the combustion air mass flow by adjusting an adjustable guide row ( 121 ) of the compressor ( 12 ) to change the gas turbine group.
[3]
Verfahren gemässAnspruch 2, umfassend, die verstellbare Verdichterleitreihe geschlossenzu halten, wenn die Temperatur am Austritt aus der katalytischenBrennerstufe unterhalb eines Sollwertes liegt.Procedure according toClaim 2, comprising, the adjustable compressor guide row closedto maintain when the temperature at the exit from the catalyticBurner level is below a setpoint.
[4]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, zur Erhöhung desVerbrennungsluftmassenstroms die Ansaugluft stromauf des Verdichterszu kühlen.Procedure according toany of the preceding claims,characterized by, to increase theCombustion air mass flow the intake air upstream of the compressorto cool.
[5]
Verfahren gemässAnspruch 4, gekennzeichnet dadurch, zur Kühlung Flüssigkeitstropfen in die Ansauglufteinzuspritzen.Procedure according toClaim 4, characterized in that liquid drops in the intake air for coolinginject.
[6]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, stromauf der katalytischen Brennerstufe(2) eine nichtkatalytische Vorbrennerstufe (3)zu betreiben.Method according to one of the preceding claims, characterized in that upstream of the catalytic burner stage ( 2 ) a non-catalytic pre-burner stage ( 3 ) to operate.
[7]
Verfahren gemässAnspruch 6, umfassend, die Temperatur (T₁)am Eintritt in die katalytische Stufe zu bestimmen, und mittelsdes Brennstoffmassenstroms ṁ_P zurVorbrennerstufe auf die Einhaltung eines Mindestwertes der Temperaturam Eintritt in die katalytische Stufe zu regeln.A method according to claim 6, comprising determining the temperature (T ₁ ) at the entry into the catalytic stage and using the fuel mass flow ṁ _P to control the pre-burner stage to maintain a minimum value of the temperature at the entry into the catalytic stage.
[8]
Verfahren gemässeinem der Ansprüche6 oder 7, gekennzeichnet dadurch, die Vorbrennerstufe im Diffusionsverbrennungsmoduszu betreiben.Procedure according toone of the claims6 or 7, characterized in that the pre-burner stage in the diffusion combustion modeto operate.
[9]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, bei maximalem Verbrennungsluftmassenstrom,insbesondere bei vollständiggeöffneterverstellbarer Leitreihe, einen zur Ausregelung der Nettoleistungsabgabezusätzlichnotwendigen Brennstoffmassenstrom (ṁ_SEV)einer stromab der katalytischen Brennerstufe angeordneten Brennkammeroder Brennerstufe, insbesondere der nichtkatalytischen Brennerstufe,zuzuführen.Method according to one of the preceding claims, characterized in that, with the maximum combustion air mass flow, in particular when the adjustable guide row is fully open, a fuel mass flow (ṁ _SEV ) additionally required for regulating the net power output is to be fed to a combustion chamber or burner stage arranged downstream of the catalytic burner stage, in particular the non-catalytic burner stage.
[10]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, die nachgeordnete nichtkatalytische Brennerstufeals selbstzündendeBrennkammer zu betreiben.Procedure according toany of the preceding claims,characterized by the subordinate non-catalytic burner stageas a self-ignitingOperate combustion chamber.
[11]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, dass der Regelwert der Temperatur am Austrittaus der katalytischen Stufe im wesentlichen der maximal zulässigen Temperaturdes Katalysatormaterials entspricht.Procedure according toany of the preceding claims,characterized in that the control value of the temperature at the outletfrom the catalytic stage essentially the maximum permissible temperaturecorresponds to the catalyst material.
[12]
Verfahren gemässeinem der vorstehenden Ansprüche,gekennzeichnet dadurch, dass der Regelwert der Temperatur am Austrittaus der katalytischen Stufe grösserist als die füreine spontane Selbstzündungdes Brennstoffs in der nachgeordneten nichtkatalytischen Brennerstufeerforderliche Temperatur.Procedure according toany of the preceding claims,characterized in that the control value of the temperature at the outletfrom the catalytic stage moreis than that forspontaneous ignitionof fuel in the downstream non-catalytic burner stagerequired temperature.

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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US7069727B2|2006-07-04|

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DE102004005477A1|2004-08-19|

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US20040216462A1|2004-11-04|

引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2004-12-09| OR8| Request for search as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|

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2011-04-21| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110202 |

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2011-04-21| 8110| Request for examination paragraph 44|

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2012-12-13| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|Effective date: 20120901 |

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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