DE102007009791A1

DE102007009791A1 - Verfahren und Systeme zur variablen Entnahme bei Gasturbinen

Info

Publication number: DE102007009791A1
Application number: DE102007009791A
Authority: DE
Inventors: James A. Simpsonville West; Robert T. Greer Thatcher
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2006-02-28
Filing date: 2007-02-27
Publication date: 2007-08-30
Also published as: CN101029598B; CN101029598A; US7617687B2; US20070199330A1; JP2007231949A; CH700229B1

Abstract

Ein Verfahren zur Steuerung der Last einer Gasturbinenmaschine (100), als Teil eines kombinierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystems (200) mit integrierter Vergasung, mit einer Lufttrenneinheit (204), folgende Schritte umfassend: (1) Entnahme einer durch einen Turbinenverdichter (104) erzeugten Menge an Druckluft; (2) Bereitstellung der entnommenen Druckluftmenge für die Lufttrenneinheit (204); und (3) Veränderung der vom Turbinenverdichter (104) erzeugten Druckluftmenge, in Abhängigkeit von der Soll-Last für die Gasturbinenmaschine (100).

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf zwei Verfahren zur Regelung des Betriebs von Gasturbinen. Im speziellen, jedoch nicht in einschränkendem Sinne, bezieht sich die vorliegende Anmeldung auf zwei Verfahren für die Regelung des Betriebs einer Gasturbinenmaschine, die Teil eines kombinierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystems mit integrierter Vergasung ist, und zwar durch Veränderung der Entnahme der Druckluft aus dem Turbinenverdichter.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In den gegenwärtigen kombinierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystemen („IGCC") mit integrierter Vergasung wird einem Vergaser von einer Lufttrenneinheit O₂ geliefert, welcher dann teilverbrannte Gase für die Verwendung in einer Gasturbine produziert. Im Allgemeinen erfolgt die Zufuhr der Druckluft in die Lufttrenneinheit sowohl von einem Hauptluftverdichter und/oder durch Entnahme an dem Auslass des Gasturbinenverdichters. Gegenwärtig ist die an dem Turbinenverdichterausgang entnommene Druckluftmenge annäherungsweise ein fester Prozentsatz des Verdichterstroms, und ist nur vom Bedarf der externen Anforderung abhängig.

Aufgabe für den Gasturbinenbetrieb in solchen Systemen ist die Bereitstellung des Soll-Lastniveaus unter Maximierung des Wirkungsgrades. Es umfasst die Gewährleistung des Gasturbi nenbetriebs auf maximalem Soll-Lastniveau unter wechselnden Umgebungsbedingungen ohne Überschreitung des maximalen Lastniveaus und unter Beachtung der Betriebsgrenzen der Turbine. Betriebsgrenzen umfassen zum Bespiel die maximal zulässigen Temperaturen in den Turbinen- oder Brennerkomponenten. Eine Überschreitung dieser Temperaturen kann die Turbinenkomponenten beschädigen oder zu einem erhöhten Emissionsniveau führen. Eine andere Betriebsgrenze umfasst ein maximales Verdichterdruckverhältnis. Die Überschreitung dieses Grenzwertes kann die Anlage zum Klopfen bringen, was die Turbine umfassend schädigen kann. Darüber hinaus kann die Turbine, abhängig von der maximalen Flussrate der aus der Turbine tretenden verbrannten Gase, eine maximale Mach-Zahl aufweisen. Die Überschreitung dieser maximalen Flussrate kann die Turbinenkomponenten schädigen.

Dementsprechend ist die Regelung des Gasturbinenbetriebs auf einen höheren Wirkungsgrad unter Einhaltung der Betriebsanforderungen ein bedeutendes Ziel in der Industrie. Um zu versuchen, dieses Ziel zu erreichen, werden von Turbinenbetreibern mehrere bekannte Verfahren für die Regelung oder Begrenzung der Turbinenlast verwendet. Diese bekannten Verfahren umfassen die Manipulation der Zustrom-Entnahmewärme, der Zustromleitschaufeln des Verdichters, und/oder der Turbinentreibstoffversorgung.

Das Zustrom-Entnahmewärmekonzept erlaubt es dem Turbinenbetreiber, die vom Turbinenverdichter abgegebene Luft abzuführen und die abgeführte Luft dem Verdichtereingang wieder zuzuführen. Weil ein Teil des Verdichterstroms dem Eingang wieder zugeführt wird, reduziert dieses Verfahren den durch den Verdichter strömenden Strom, der durch die Turbine expandiert wird, was den Output der Turbine verringert. Dieses Verfahren einer Gasturbinenlastregelung kann ebenso die Erhöhung der Zulauftemperatur der Verdichterzulaufluft durch Mischung der kälteren Umgebungsluft mit der abgeführten Menge der heißen Verdichterausgangsluft umfassen. Dieses Anheben der Temperatur verringert die Luftdichte und folglich den Massenstrom zur Gasturbine. Obwohl diese Vorgehensweise genutzt werden kann, um die Gasturbineneinheit unter wechselnden Umgebungsbedingungen auf einem maximalen Lastniveau zu betreiben (unter Einhaltung der Betriebsgrenzen), sind damit höhere Kosten verbunden, da sie den thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine herabsetzt.

Das Schließen der Zulaufleitschaufeln, die den Luftstrom zum Turbinenverdichter regeln, ist ein weiteres verbreitetes Verfahren zur Verringerung des Massenstroms durch die Gasturbine, welches ebenso zur Regelung oder Begrenzung der Turbinenlast verwendet werden kann. Das Schließen der Zulaufleitschaufeln drosselt den Luftdurchgang zum Verdichter und verringert so die in den Verdichter eintretende Luftmenge. Diese Vorgehensweise kann ebenso für den Betrieb der Gasturbineneinheit bei maximalem Lastniveau unter wechselnden Umgebungsbedingungen (unter Einhaltung der Betriebsgrenzen) verwendet werden, sie verkleinert jedoch ebenso den thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine, da der Verdichter außerhalb seines ausgelegten Betriebspunktes betrieben wird.

Schließlich kann die Turbinenlast durch die Verringerung des Treibstoffflusses zum Brenner geregelt oder begrenzt werden. Dieser verringert die Verbrennungstemperatur der Turbine und den Output des Gasturbinenantriebs. Im Falle abnehmender Umgebungstemperaturen erlaubt diese Maßnahme der Turbine, ein maximales Lastniveau zu halten. Trotzdem, wie in der Technik bekannt, führt die Abnahme der Verbrennungstemperatur zur Abnahme des Wirkungsgrades des Gasturbinenantriebs.

Diese bekannten Regelungsverfahren beeinflussen daher in negativer Weise den Wirkungsgrad des Gasturbinenantriebs. Darüber hinaus nutzt keine dieser Regelungsverfahren die spezifischen Komponenten eines IGCC-Energiegewinnungssystems zur Effizienzsteigerung aus. Folglich besteht ein Bedarf für ein effizienteres Verfahren, um die Last der in einem IGCC-Energiegewinnungssystem verwendeten Gasturbine zu regeln.

KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Anwendung beschreibt ein Verfahren zur Regelung der Last eines Gasturbinenantriebs, welche Teil eines kombinierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystems mit integrierter Vergasung ist, wobei letzteres durch eine Lufttrenneinheit gekennzeichnet ist, die folgende Schritte umfasst: (1) Entnahme einer Druckluftmenge, welche durch einen Turbinenverdichter erzeugt wird; (2) Bereitstellung der entnommenen Druckluftmenge für die Lufttrenneinheit; (3) Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge, abhängig von der Soll-Last des Gasturbinenantriebs.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren weiterhin den Schritt der Versorgung der Lufttrenneinheit durch vom Hauptluftverdichter bereitgestellte Druckluft umfassen. Die Menge der für die Lufttrenneinheit durch den Hauptluftverdichter bereitgestellten Druckluft kann über die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge verändert werden. Eine kombinierte Bereitstellung an Druckluft kann die durch den Hauptluftverdichter der Lufttrenneinheit bereitgestellte Druckluftmenge sowie die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge umfassen. Die kombinierte Bereitstellung von Druckluft kann die Versorgung mit Druckluft umfassen, die den Gesamtbedarf der Lufttrenneinheit an Druckluft abdeckt.

In einigen Ausführungsformen kann der Schritt der Veränderung der Druckluftmenge, die der Lufttrenneinheit durch den Hauptluftverdichter zugeführt wird, abhängig von der Druckluftmenge, die dem Turbinenverdichter entnommen wird, den Schritt umfassen, dass die vom Hauptluftverdichter an die Lufttrenneinheit gelieferte Druckluftmenge verringert wird, wenn die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge erhöht wird. Die Menge, um welche die durch den Hauptluftverdichter der Lufttrenneinheit gelieferte Druckluft verringert wird, kann annähernd der Menge entsprechen, um welche die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge erhöht wird. Der Schritt der Veränderung der Druckluftmenge, die der Lufttrenneinheit durch den Hauptluftverdichter zugeführt wird, abhängig von der Druckluftmenge, die dem Turbinenverdichter entnommen wird, kann den Schritt umfassen, dass die durch den Hauptluftverdichter für die Lufttrenneinheit bereitgestellte Druckluftmenge erhöht wird, wenn die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge verringert wird. Die Menge, um welche die durch den Hauptluftverdichter der Lufttrenneinheit bereitgestellte Druckluft erhöht wird, kann annähernd der Menge entsprechen, um welche die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge verringert wird.

In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren den Schritt umfassen, dass die Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge von der Umgebungstemperatur abhängig ist. Der Schritt der von der Umgebungstemperatur abhängigen Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druck luftmenge kann die Erhöhung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge umfassen, wenn die Umgebungstemperatur abnimmt. Der Schritt der von der Umgebungstemperatur abhängigen Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge umfasst die Verringerung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge, wenn die Umgebungstemperatur steigt.

In einigen Ausführungsformen kann der von der Solllast der Gasturbine abhängige Schritt, die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge zu verändern, folgende Schritte umfassen: (1) Messung einer Ist-Last für die Gasturbinenmaschine; und (2) Ist-/Soll-Lastvergleich der Gasturbinenmaschine. Die Menge, um welche die vom Turbinenverdichter entnommene Druckluftmenge verändert wird, kann von dem Ist-/Soll-Lastvergleich der Gasturbine abhängig sein. Das Verfahren kann den Schritt der Erhöhung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge umfassen, falls die Ist-Last der Gasturbine größer als ihre Soll-Last ist. Darüber hinaus kann das Verfahren den Schritt der Verringerung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge umfassen, falls die Ist-Last der Gasturbine als kleiner als ihre Soll-Last gemessen wird.

Die vorliegende Anwendung beschreibt darüber hinaus ein System zur Regelung der Last eines Gasturbinenantriebs, welche Teil eines integrierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystems mit integrierter Vergasung ist, welches umfasst: (1) eine Lufttrenneinheit, welche einen Luft komprimierenden Turbinenverdichter umfasst; (2) Mittel für die Entnahme von Druckluft vom Turbinenverdichter und Mittel für die Bereitstellung der entnommenen Druckluft für die Lufttrenneinheit; und (3) Mit tel für die von der Soll-Last für die Gasturbine abhängigen Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluft.

In einigen Ausführungsformen kann das System darüber hinaus Mittel für die Messung der Ist-Last der Gasturbine umfassen. Die Mittel für die Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge, abhängig von der Soll-Last für die Gasturbinenmaschine, können Mittel zum Vergleich von Ist-Last und Soll-Last sowie Mittel zur Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge umfassen, abhängig vom Vergleich der Ist-Last der Gasturbine mit der Soll-Last der Gasturbine. Die von der Soll-Last der Gasturbine abhängigen Mittel für die Veränderung der vom Turbinenverdichter entnommenen Druckluftmenge können einen PID-Regler umfassen.

In einigen Ausführungsformen kann das System darüber hinaus einen Hauptluftverdichter umfassen, der der Lufttrenneinheit die Versorgung mit Druckluft vom Hauptluftverdichter gewährleistet. Das System kann Mittel für die Veränderung der vom Hauptluftverdichter für die Lufttrenneinheit bereitgestellten Druckluft umfassen. Die vom Hauptluftverdichter für die Lufttrenneinheit bereitgestellte Menge an Druckluft kann anhand der von der Gasturbine entnommenen Druckluftmenge verändert werden.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist ein schematischer Plan einer beispielhaften Turbine, welche in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung verwendet werden kann.
2 ist ein schematischer Plan eines beispielhaften kombinierten Kreisprozess-("IGCC")Energiegewinnungssystems mit integrierter Vergasung, welches in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung verwendet werden kann.
Die 3(a), 3(b) und 3(c) umfassen einige verwandte Diagramme, welche die Ergebnisse eines beispielhaften IGCC Energiegewinnungssystems zeigen, in welchem das Entnahmeniveau der vom Turbinenverdichter erzeugten Druckluft so verändert wird, dass eine maximale Last der Turbine unter sich ändernden Umgebungsbedingungen effizient aufrecht gehalten werden kann.
4 umfasst zwei Diagramme, die zeigen, wie die Temperatur im Brenner 106 verändert werden kann, so dass eine maximal zulässige Gasaustrittstemperatur aus dem Brenner nicht überschritten wird, wenn die Turbine 100 auf einer konstanten Last bei sich ändernden Umgebungsbedingungen betrieben wird.
Die 5(a) und 5(b) umfassen zwei Diagramme, die zeigen, wie die Zulaufsleitschaufeln verändert werden können, so dass eine maximale Austritts-Mach-Zahl nicht überschritten wird, wenn die Turbine 100 auf konstanter Last bei sich ändernden Umgebungsbedingungen betrieben wird.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Regelungsverfahren zeigt, das für die Einstellung der Abgastemperatur der Turbine verwendet werden kann.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Regelungsverfahren zeigt, das für die Berechnung eines Einstellungspunktes für die Zulaufleitschaufeln der Turbine (z. B. der Anstellwinkel der Zulaufleitschaufeln) verwendet werden kann.
8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Regelungsverfahren für die Berechnung des Einstellungspunktes der Turbinenverdichterentnahme zeigt (z. B. die Menge oder der Prozentsatz an Druckluft des Turbinenverdichters, der entnommen wird und der Lufttrenneinheit bereitgestellt wird).
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Figuren bedeuten die verschiedenen Zahlen Komponenten in unterschiedlichen Ansichten, 1 zeigt schematisch einen beispielhaften Gasturbinenantrieb 100, der in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung verwendet wird. Der Gasturbinenantrieb 100 kann einen Turbinenverdichter 104, einen Brenner 106 und eine Turbine 108 in Serienschaltung umfassen. Der Turbinenverdichter 104 und die Turbine 108 können durch eine Welle 110 gekoppelt sein, ebenfalls kann diese die Turbine 108 zum Betrieb eines elektrischen Generators (nicht gezeigt) koppeln. In bestimmten Ausführungsformen kann der Gasturbinenantrieb 100 eine 7FB Maschine sein, welche über die Fa. General Electric kommerziell erhältlich ist, jedoch wird der Gasturbinenantrieb 100 hier lediglich beispielhaft gezeigt und beschrieben. Dementsprechend ist der Gasturbinenantrieb 100 nicht begrenzt auf den in der 1 gezeigten Gasturbinenantrieb. Zum Beispiel, jedoch nicht in einschränkendem Sinne, kann der Gasturbinenantrieb 100 in einer alternativen Ausführung eine vielachsige Gasturbinenmaschine sein, die zwei Wellen für den getrennten Betrieb des elektrischen Generators (nicht gezeigt) und des Turbinenverdichters 104 umfasst.
Während des Betriebs kann über den Turbinenverdichter 104 Luft in den Gasturbinenantrieb 100 strömen (wie durch die Pfeile 112 angedeutet) und komprimiert werden. Druckluft kann dann zum Brenner 106 geleitet werden, wo diese mit Treibstoff vermischt und entzündet werden kann. Die expandierenden heißen Gase vom Brenner 106 können die rotierende Turbine 108 antreiben und über einen Abgasdiffusor 114 aus der Gasturbinenmaschine 100 austreten (durch Pfeil 113 angedeutet). Zudem können in einigen Ausführungsformen Abgase von der Turbinenmaschine 100 für die Aufheizung eines Sicherheits-Dampferzeugers (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, welcher Dampf für den Betrieb einer Dampfturbine (nicht gezeigt) erzeugt.
2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften kombinierten Kreisprozess-("IGCC")Energiegewinnungssystems 200 mit integrierter Vergasung, das in bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung findet. Allerdings werden es all jene mit üblichen Kenntnissen begrüßen, dass die vorliegende Anwendung nicht begrenzt ist auf die Verwendung mit dem IGCC Energiegewinnungssystem 200, sondern auch in anderen, aus einer Gasturbine bestehenden, Systemen verwendet werden kann. Das IGCC Energiegewinnungssystem 200 kann den oben beschriebene Gasturbinenantrieb 100 umfassen. Das IGCC System 200 kann darüber hinaus einen Hauptluftverdichter 202 umfassen, eine mit dem Hauptluftverdichter 202 und dem Turbinenverdichter 104 in Strömungsverbindung stehende Lufttrenneinheit 204, einen mit der Lufttrenneinheit 204 in Strömungsverbindung stehenden Vergaser 206, den mit dem Vergaser 206 in Strömungsverbindung stehenden Brenner 106 und die Turbine 108. Die Pfeile in 2 zeigen die Flussrichtungen.
Im allgemeinen Betrieb kann der einen oder mehrere in der Technik bekannte Verdichtern umfassende Hauptverdichter 202 Umgebungsluft komprimieren (siehe mit 207 bezeichnete Pfeile). Die vom Hauptverdichter 202 erzeugte Druckluft kann in die Lufttrenneinheit 204 geleitet werden. Vom Turbinenverdichter 104 erzeugte Druckluft kann entnommen und der Lufttrenneinheit 204 bereitgestellt werden. Die Druckluftentnahme aus dem Turbinenverdichter 104 kann durch Leitung der Druckluft von dem Turbinenverdichter 104 in ein Rohr und Lenken der entnommenen Druckluft zu der Lufttrenneinheit 204 erfolgen. Ein Ventil (nicht gezeigt), wie ein Drossel- oder ähnliches Ventil, kann in dem Rohr für die Regelung der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluftmenge angebracht werden. Jene mit üblichen technischen Kenntnissen werden es begrüßen, dass andere Systeme und Verfahren für die Druckluftentnahme vom Turbinenverdichter 104 und ihre Bereitstellung für die Lufttrenneinheit 204 verwendet werden können. Die Lufttrenneinheit 204 bekommt damit die für ihre Funktion erforderliche Druckluftmenge von dem Hauptverdichter 202 und von der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluft.
Die Lufttrenneinheit 204 kann dann entsprechend der in der Technik bekannten Verfahren die Druckluft für die Erzeugung von Sauerstoff zur Verwendung durch den Vergaser 206 nutzen. Insbesondere kann die Lufttrenneinheit 204 die Druckluft in getrennte Ströme von Sauerstoff (durch Pfad 208 angegebenen Fluss) und ein Gasnebenprodukt, manchmal mit „Prozessgas" bezeichnet, teilen. Das durch die Lufttrenneinheit 204 erzeugte Prozessgas kann Stickstoff enthalten und wird darum als „Stickstoffprozessgas" bezeichnet. Das Stickstoffprozessgas kann ebenso aus anderen Gasen bestehen, wie z. B. Sauerstoff, Argon, etc. In einigen Ausführungsformen kann das Stickstoffprozessgas aus zwischen etwa 95% bis 100% Stickstoff bestehen.
Der Sauerstofffluss von der Lufttrenneinheit 204 kann zur Erzeugung teilweise verbrannter Gase, hier für die Verwendung als Treibstoff durch die Gasturbinenmaschine 100 mit „Syngas" bezeichnet, zum Vergaser 206 geleitet werden. In einigen bekannten IGCC-Systemen kann mindestens ein Teil des Stickstoffprozessflusses, ein Nebenprodukt der Lufttrenneinheit 204, in die Atmosphäre abgelassen werden (mit Pfad 210 bezeichneter Fluss). In einigen bekannten IGCC Systemen kann ein anderer Teil des Stickstoffprozessgasflusses (mit Pfad 211 bezeichneter Fluss) einem Stickstoff gespeisten Verdichter 208 bereitgestellt werden und dann zur Erleichterung der Emissionsregelung der Turbine 108 in den Brenner 106 geleitet werden.
Der Vergaser 206 kann eine Treibstoffmischung (mit Pfad 212 bezeichneter Fluss), den durch die Lufttrenneinheit bereitgestellten Sauerstoff (mit Pfad 208 bezeichneter Fluss), Dampf (mit Pfad 213 bezeichneter Fluss) und/oder Kalkstein (Fluss nicht abgebildet) entsprechend der in der Technik bekannten Verfahren in einen Output an Syngas für die Verwendung als Treibstoff in der Gasturbinenmaschine 100 umwandeln. Obwohl der Vergaser 206 viele Treibstoffarten verwenden kann, können in einigen IGCC Systemen vom Vergaser 206 pulverisierte Kohle, Petrolkoks, Rückstandsöle, Ölemulsionen, Ölsand und/oder andere ähnliche Treibstoffe verwendet werden. In einigen bekannten IGCC Systemen kann das vom Vergaser 206 erzeugte Syngas Kohlendioxid, Schwefel oder andere unerwünschte Kontami nationen enthalten. Wie in der Technik bekannt, kann das vom Vergaser 206 erzeugte Syngas (mit Pfad 214 bezeichneter Fluss) mittels einer Reinigungseinheit 216, die auch bekannt sein kann als Säureentfernungssystem, gereinigt werden, um einige oder alle Kontaminationen vor der Bereitstellung für seine Verbrennung durch den Brenner 106 zu entfernen.
Die von dem Gasturbinenantrieb 100 abgegebene Energie kann den elektrischen Generator (nicht gezeigt) antreiben, der elektrische Energie für ein Energieverteilernetz (nicht gezeigt) bereitstellt. Abgas von des Gasturbinenantriebs 100 kann für einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (nicht gezeigt) bereitgestellt werden, der Dampf für den Antrieb der Dampfturbine (nicht gezeigt) erzeugt. Die durch die Dampfturbine erzeugte Energie kann einen elektrischen Generator (nicht gezeigt) antreiben, der elektrische Energie für ein Energieverteilernetz bereitstellt. In einigen bekannten IGCC Systemen kann der vom Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator bereitgestellte Dampf auch für die Herstellung des Syngases an einen Vergaser 206 geliefert werden.
Als Teil der Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung kann die von dem Turbinenverdichter 104 entnommene und an die Lufttrenneinheit 204 gelieferte Druckluftmenge als Mittel zur Regelung der Last der Turbine 100 im IGCC Energiesystem 200 und/oder zur Einhaltung der Betriebsgrenzen der Turbine 100 verändert werden. Als Beispiel zeigt 3 das beispielhafte Ergebnis einer solchen Regelung der Turbine 100 und ihres Betriebs. 3 beinhaltet mehrere verwandte Plots, die beispielhaft den Betrieb der Gasturbine 100 zeigen, wobei das Entnahmeniveau der Druckluft des Turbinenverdichters für die effiziente Aufrechterhaltung (und nicht die Überschreitung) der maximalen Turbinenlast unter sich ändernden Umgebungsbe dingungen verändert wird. 3(a) zeigt beispielhafte Ergebnisse der Entnahme in Prozent (z. B. der Prozentsatz der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen und der Lufttrenneinheit 204 bereitgestellten Druckluft), aufgetragen über die Umgebungstemperatur. 3(b) zeigt beispielhaft Ergebnisse für die Spanne des Verdichters, aufgetragen über die Umgebungstemperatur für die veränderte Entnahme in Prozent. Die Spanne des Verdichters gibt den Unterschied zwischen dem gemessenen Druckverhältnis des Turbinenverdichters 104 und dem maximalen Druckverhältnis an, bei dem der Verdichter für eine gegebene Flussrate betrieben werden kann, ohne dass der Turbinenverdichter 104 erfahrungsgemäß klopft. Eine untere Begrenzungslinie 302 für den Verdichterbetrieb gibt die für den Systembetreiber während des Betriebs des Gasturbinenantriebs 100 minimal zulässige Spanne des Verdichters an. 3(c) zeigt beispielhaft Ergebnisse des Outputs der Turbine (z. B. Last), aufgetragen über die Umgebungstemperatur für eine variable Entnahme in Prozent. Eine Lastgrenzlinie 303 gibt die maximal zulässige Last für die Turbine 100 an.
Wie in den 3(a), 3(b) und 3(c) gezeigt, kann die Entnahme in Prozent für abnehmende Umgebungstemperaturen erhöht werden, so dass das maximale Basislastniveau und andere Betriebsgrenzen der Turbine 100 nicht überschritten werden. Zu beachten ist, dass den im Folgenden beschriebenen Diagrammen Daten zugrunde gelegt werden, die rein beispielhaften Charakter haben und nur in demonstrativem Sinne den Gasturbinenbetrieb unter Verwendung der Verfahren und Systeme der vorliegenden Anwendung aufzeigen. Die in den Diagrammen abgebildeten Punkte, Bereiche und Daten können für Systeme mit anderen Bedingungen entscheidend unterschiedlich sein. Wie in 3(a) gezeigt, kann die prozentuale Entnahme bei einer Umgebungstemperatur von etwa 70° F (21° C) etwa 5% betragen (Punkt 304). Wenn die Umgebungstemperatur auf etwa 50° F (10° C) fällt, kann die prozentuale Entnahme um etwa 7% erhöht werden (Punkt 306). Wie in 3(b) gezeigt, beträgt das Verhältnis der Spanne des Verdichters zur Betriebsgrenzlinie („OLL") bei etwa 70° F (21° C) und einer prozentualen Entnahme von etwa 5% etwa 0,3 (Punkt 308). Das Verhältnis der Spanne des Verdichters zur OLL bei etwa 50° F (10° C) und einer prozentualen Entnahme von etwa 7% ist etwa 0,45 (Punkt 310). 3(c) zeigt, dass in beiden Punkten, bei 70° F (21° C) (Punkt 312) und bei 50° F (10° C) (Punkt 314), das maximale Basislastniveau unter sich verändernden Umgebungsbedingungen gehalten werden kann (z. B. die Last der Turbine 100 bleibt auf der maximalem Basisniveaulinie 303, wenn die Temperatur von 70° auf 50° F fällt (21° auf 10° C)).
Die in den 3(a), 3(b) und 3(c) gezeigten Ergebnisse geben mehrere, aus der Veränderung der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluftmenge resultierenden Vorteile für den Betrieb wieder. Erstens ist die variable Entnahme der Druckluft vom Turbinenverdichter eine zusätzliche Regelgröße, die Einhaltung der Betriebsgrenzen während des Turbinenbetriebs 100 umfassend. Wie anhand des oben behandelten Beispiels in 3 gezeigt, fällt die Umgebungstemperatur von 70° auf 50° F (21° auf 10° C), dennoch kann das maximale Basislastniveau (Punkte 312 und 314) gehalten und eine akzeptable Spanne des Verdichters aufrecht erhalten werden (das Niveau steigt von 0,30 auf 0,45, siehe Punkte 308 und 310). Darüber hinaus kann die variable Entnahme ein maximales Basislastniveau der Turbine 100 unter sich verändernden Umgebungsbedingungen sicher stellen. Wie in der Technik bekannt, führt die Abnahme der Umgebungstemperatur bei gleich bleibenden übrigen Betriebsfaktoren zu einer Zunahme des Turbinen-Outputs. Somit, um beim Beispiel der 3 zu bleiben, muss der Turbinenbetreiber, im Falle eines Umgebungstemperaturabfalls von 70° auf 50° F (21° auf 10° C) während des Betriebs der Turbine 100 auf maximalem Basislastniveau, die Durchführung bestimmter Regelungsmaßnahmen auslösen, um das maximale Basislastniveau der Turbine 100 zu halten (und nicht zu überschreiten). Wie in der Technik bekannt, können diese Regelungsmaßnahmen die Abführung von Zulauf wärme (z. B. die Abführung der Entladungsluft des Turbinenverdichters 104 und die Wiederzuführung der abgeführten Luft in den Verdichterzulauf), das Schließen der Zulaufleitschaufeln und/oder die Verringerung der Turbinentreibstoffversorgung (z. B. die Verringerung der Turbinenzulauftemperatur) umfassen. Wie bereits behandelt, verringern diese Regelungsmaßnahmen den thermischen Wirkungsgrad der Gasturbine 100 und sind wegen der Erhöhung der prozentualen Entnahme an dem Turbinenverdichter 104 nicht effektiv. Die 3(a), 3(b) und 3(c) zeigen, dass die Veränderung des Entnahmeniveaus zu der erfolgreichen Vermeidung der Überschreitung des maximalen Basislastniveaus, bedingt durch sich ändernde Umgebungsbedingungen, führt.
Zweitens kann eine Erhöhung der Bereitstellung der dem Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluft zu einer Abnahme gleicher Quantität an Druckluft führen, die von dem Hauptverdichter 202 für die Bereitstellung von Druckluft für die Lufttrenneinheit 204 benötigt wird. Dies führt zu einer niedrigeren Belegung des Hauptverdichters 202 und aufgrund des niedrigeren Energieverbrauchs dieser Komponente zu einem höheren Gesamtwirkungsgrad des Systems. Darüber hinaus reduziert eine niedrigere Belegung des Hauptverdichters 202 die mit dem Betrieb verbundenen Instandhaltungskosten. So ermöglicht die Veränderung des Entnahmeniveaus an Druckluft für die Lufttrenneinheit 204, im Gegensatz zu den anderen bekannten Verfahren zur Lastregelung der Turbine 100, einen effi zienten Betrieb der Regelungsmaßnahmen durch Erhöhung der Bereitstellung von Druckluft vom Turbinenverdichter 104 für die Lufttrenneinheit 204 (z. B. wird der Bedarf an Output vom Hauptverdichter 202 verringert und sein Energieverbrauch gesenkt).
Wenn andererseits die prozentuale Entnahme an dem Turbinenverdichter 104 im oben behandelten Beispiel bei fallender Umgebungstemperatur auf 50° F (10° C) konstant bliebe (z. B. auf dem etwa 4% Niveau von 70° F (21° C)), müsste der Betreiber der Turbine 100 Aktivitäten einleiten, wie Zulaufwärme entnehmen, die Zulaufleitschaufeln schließen und/oder die Turbinentreibstoffversorgung verringern. Darüber hinaus müsste das Gesamtsystem den Unterschied an vom Turbinenverdichter 104 erzeugter Druckluftmenge zwischen 4% und 7% Entnahmeniveau mit dem Hauptverdichter 202 ausgleichen, was den Wirkungsgrad des Gesamtsystems weiter herabsetzen würde.
Wie in den 3(a), 3(b) und 3(c) gezeigt, kann im allgemeinen der entnommene Anteil bei steigender Umgebungstemperatur verringert werden, so dass das Turbinen-Output auf maximaler Basislastniveaulinie 303 aufrechterhalten wird (z. B. würde das Turbinen-Output bei steigender Umgebungstemperatur fallen, wenn der Entnahmeanteil nicht verringert wird und die übrigen Betriebsfaktoren gleich bleiben). Steigt die Umgebungstemperatur weiter an, ist die Turbine 100 nicht länger in der Lage, die der maximalen Lastgrenzlinie 303 entsprechende Last unter Einhaltung der Betriebsgrenzen (wie die Verdichterbetriebsgrenzlinie 302) zu liefern, selbst dann nicht, wenn der Prozentsatz der entnommenen Druckluft weiter verringert wird. In 3 tritt dies bei etwa 80° F (27° C) auf, dennoch kann es für unterschiedliche Systeme unter unterschiedlichen Bedingungen bei anderen Temperaturen auftre ten. In diesem Punkt kann die prozentuale Entnahme nicht weiter für die Aufrechterhaltung der maximalen Lastgrenzlinie 303 verringert werden, ohne dass eine der Betriebsgrenzen der Turbine 100 überschritten wird. Bis zu diesem Punkt ist der Output der Turbine (z. B. Last) in effizienter Weise auf maximal benötigtem Niveau unter wechselnden Umgebungsbedingungen geregelt.
4(a) und 4(b) beinhalten zwei Diagramme, die aufzeigen, wie die Temperatur im Brenner 106 verändert werden kann, so dass eine maximal zulässige Temperatur der aus dem Brenner austretenden Gase bei Betrieb der Turbine 100 auf konstanter Last unter sich ändernden Umgebungsbedingungen nicht überschritten wird. In diesen Diagrammen bedeutet „Tfire" die Gastemperatur am Austritt der ersten Düsenstufe im Brenner 106 und „T3.9" die Gastemperatur am Austritt des Brenners 106. Wie gezeigt, kann bei fallender Umgebungstemperatur Tfire verringert werden, so dass die durch die T3.9 Grenzlinie 402 wiedergegebene maximal zulässige Temperatur T3.9 nicht überschritten wird. Wenn anfangs die Umgebungstemperatur von etwa 100° auf 60° F (von 38° auf 16° C) fällt, kann Tfire auf einem Niveau aufrechterhalten werden, welches einer maximal zulässigen Temperatur Tfire entspricht, die durch eine Tfire Grenzlinie 404 gegeben ist. Wenn also die Umgebungstemperatur von 100° auf 60° F (von 38° auf 16° C) fällt, kann die Temperatur T3.9 bis zum Erreichen der T3.9 Grenzlinie bei Punkt 406 steigen. Wenn die Umgebungstemperatur unter 60° F (16° C) (und wie festgelegt bei Aufrechterhaltung einer konstanten Last) fällt, kann Tfire so verringert werden, dass die T3.9 Grenzlinie nicht überschritten wird. Zum Beispiel kann Tfire bei einer Umgebungstemperatur von 40° F (4° C) bis auf ein Niveau unterhalb der Grenzlinie Tfire 404 (Punkt 408) verrin gert werden, so dass die Temperatur T3.9 nicht die Grenzlinie T3.9 (Punkt 410) überschreitet.
Variable Entnahme (z. B. Veränderung der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen und der Lufttrenneinheit 204 bereitgestellten Druckluftmenge) kann genutzt werden, um sicher zu stellen, dass Betriebsgrenzen, wie die T3.9 Grenzlinie 402 und die Tfire Grenzlinie 404, beachtet werden und der Systemwirkungsgrad maximiert wird. Zum Beispiel, wenn als primäre Regelung für die Begrenzung des Turbinenlastniveaus die Verringerung des Treibstoffflusses verwendet wird, werden die Temperaturen Tfire und T3.9 nicht bis zu ihren Grenzlinien erhöht. Andererseits ist, aufgrund der direkten Beziehung zwischen hohen Systemtemperaturen und erhöhtem Systemwirkungsgrad, die Entnahmeveränderung für die Aufrechterhaltung der maximalen Temperaturen Tfire und T3.9 effektiver. Folglich kann die Entnahme bei fallenden Umgebungstemperaturen so erhöht werden, dass die maximalen Temperaturen Tfire und T3.9 aufrechterhalten werden können, ohne dass das maximale Lastniveau überschritten wird.
5(a) und (b) beinhalten zwei Diagramme, die zeigen, wie die Einstellung der Zulaufleitschaufeln geändert werden kann, so dass eine maximale Geschwindigkeit des aus der Turbine 100 austretenden Fluids bei Betrieb der Turbine 100 auf konstanter Last unter sich ändernden Umgebungstemperaturen nicht überschritten wird. In diesem Diagramm bedeutet „IGV" die Einstellung (z. B. den Anstellwinkel) der Zulaufleitschaufeln und „Axial Exit MN" die Geschwindigkeit des Fluids beim Austritt aus der Turbine, auch bekannt als Turbinen-Mach-Zahl. Wie gezeigt, kann bei Abfallen der Umgebungstemperatur auf unter 80° F (27° C) der Anstellwinkel der Zulaufleitschaufeln verkleinert werden (z. B. werden die Zulaufleitschaufeln weiter „geschlossen"), so dass eine maximal zulässige Austrittstemperatur des Fluids, gegeben durch die Mach-Zahl-Grenzlinie 502, nicht überschritten wird. Zum Beispiel wird der IGV Anstellwinkel von 60° auf 40° F (16° auf 4° C) von etwa 83° (siehe Punkt 504) auf 81° (siehe Punkt 506) verkleinert, so dass die Austrittstemperatur des Fluids auf der oder unterhalb der Mach-Zahl-Grenzlinie 502 (siehe Punkte 508 und 510) aufrechterhalten wird.
Variable Entnahme kann genutzt werden, um die Beachtung der Betriebsgrenzen, wie der Mach-Zahl-Grenzlinie 502, sicher zu stellen bei gleichzeitiger Maximierung des Systemwirkungsgrades oberhalb eines anderen bekannten Regelungsmitteln möglichen Niveaus, wie der Veränderung der Einstellung der Zulaufleitschaufeln. Zum Beispiel kann die Erhöhung der an dem Turbinenverdichter 104 entnommenen prozentualen Druckluftmenge die Menge des für die Expansion durch die Turbine 104 zur Verfügung stehenden Verdichterflusses herabsetzen, was wiederum die Geschwindigkeit des Fluides am Turbinenaustritt herabsetzt. So kann bei fallenden Umgebungstemperaturen der Bedarf, den Luftstrom zum Turbinenverdichter 104 durch Manipulation der Zulaufleitschaufeln zu verringern, durch Veränderung (in diesem Fall durch Erhöhung) des Entnahmeniveaus vom Turbinenverdichter 104 verringert werden. Wie bereits angesprochen, ist die Veränderung der Entnahme zur Aufrechterhaltung der Betriebsgrenzen, wie der maximal zulässigen Austrittsgeschwindigkeit des Fluids aus der Turbine 100, effizienter, als das Schließen der Zulaufleitschaufeln, da unter anderem die erhöhte Entnahmeluftmenge der Lufttrenneinheit 204 bereitgestellt werden kann, der an den Hauptluftverdichter 202 gestellte Bedarf verringert werden kann und der Gesamtwirkungsgrad des Systems erhöht wird.
Beim Betrieb des IGCC Energiegewinnungssystems 200 kann daher die zur Versorgung der Lufttrenneinheit 204 an dem Turbinenverdichter 104 entnommene Druckluftmenge für die Regelung der Last der Turbine 100, für die Aufrechterhaltung der Betriebsgrenzen der Turbine 100 und der Maximierung der Systemwirkungsgrade variiert werden. Darüber hinaus kann eine erhöhte Lieferung an von dem Turbinenverdichter 104 entnommener Druckluft den Energieverbrauch des Hauptluftverdichters 202 reduzieren, so dass der Gesamtwirkungsgrad des IGCC Systems 200 erhöht wird. Dieses Verfahren zur Regelung der Turbine 100 kann auf mehrere Arten realisiert werden, darunter, jedoch nicht im Sinne einer Begrenzung, über die in den 6–8 gezeigten Regelungsverfahren.
Das Flussdiagramm in 6 zeigt ein für die Einstellung der Abgastemperatur („Texh") der Turbine 100 verwendetes beispielhaftes Regelungsverfahren. Bei Block 602 erfolgt eine Messung des Druckverhältnisses entlang des Turbinenverdichters 104. Bei 604 kann die Druckverhältnismessung für die Berechnung von Texh für eine Teillast-Bedingung (z. B. eine Betriebsbedingung von kleiner als etwa 96% der Basislast) verwendet werden. Die berechnete Texh der Teillast kann dann abhängig von einer Schalterstellung 608 zu einem „Auswahl Minimal" Block 606 weitergeleitet werden. Wenn ermittelt wurde, dass sich die Turbine 100 in Betrieb unter Teillast Bedingung befindet, kann der Schalter 608 geschlossen werden, was ermöglicht, dass die für Teillast berechnete Texh den Auswahl Minimal Block 606 passiert. Wenn andererseits kein Betrieb der Turbine 100 unter Teillast Bedingung ermittelt wurde, bleibt der Schalter 606 geöffnet, so dass die berechnete Texh für Teillast nicht zum Auswahl Minimal Block 606 weitergeleitet wird.
An einem Block 610 kann eine andere, von dem gemessenen Verdichterdruckverhältnis 602 und einer bekannten Brenneraustrittstemperaturgrenze 612 abhängige Sollwertberechnung für Texh durchgeführt werden, sie stellt die maximal zulässige Austrittstemperatur für den Brenner 106 dar. Die von Block 610 berechnete Texh kann dann in den Auswahl Minimal Block 606 eingegeben werden. Der Auswahl Minimal Block 606 wird dann anhand zweier Eingangsgrößen, z. B. den Eingängen von Block 604 und 610 zur Selektion des minimalen Sollwerts für Texh, verwendet (angenommen Schalter 608 in geschlossener Stellung).
Eine zweite Minimalauswahl, ein Auswahl Minimal Block 613, kann den, über die ihm vom Auswahl Minimal Block 606 und von Block 614 bereitgestellten Eingänge berechneten, Mindestsollwert für Texh selektieren. Bei Block 614 kann eine Sollwertberechnung erfolgen, anhängig von dem bei Block 602 berechneten Druckverhältnis und einem bekannten Turbinenzulauf-Temperaturmaximum 616 (z. B. die im Turbinenzulauf maximal zulässige Temperatur). Das Minimum dieser beiden Eingänge im Auswahl Minimal Block 613 kann verwendet werden und das Ergebnis kann auf einen Sollwert für Texh 618 führen.
Das Flussdiagramm in 7 zeigt ein beispielhaftes Regelungsverfahren, das für die Berechnung eines Sollwertes für die Zulaufleitschaufeln, den Winkel der Zulaufleitschaufeln der Turbine 100 festlegend, verwendet werden kann. Bei Block 702 kann anhand eines gemessenen Texh-Wertes 704 eines Messwertes des Turbinenabgasdrucks 706 und einer bekannten maximal zulässigen Turbinenabgasflussrate 707 eine Ziel-Abgas-Flussrate der Turbine berechnet werden. Die bei Block 702 berechnete Ziel-Abgas-Flussrate kann dann einem Block 708 zugeführt werden, und zwar zusammen mit: einer gemessenen Umge bungstemperatur 710, einem gemessenen Umgebungsluftdruck 712 und einer gemessenen Treibstoffflussrate 714. Mit dieser Information kann ein Ziel-Zulaufleitschaufelsollwert über in der Technik bekannte Verfahren berechnet werden.
Der bei Block 708 berechnete Wert kann dann einem Auswahl Minimal Block 716 zugeführt werden. Auswahl Minimal Block 716 kann den Sollwert der Zulaufleitschaufeln anhand folgender Größen selektieren: 1) der Zulaufleitschaufel-Sollwert berechnet bei Block 708; ein Teillast-Zulaufleitschaufel-Sollwert, anhand von in der Technik bekannten Verfahren 718 berechnet und ein bekannter maximal zulässiger Zulaufleitschaufelsollwert 720. Das bei Auswahl Minimal Block 716 ermittelte Minimum wird dann als ein Zulaufleitschaufelsollwert 722 verwendet.
Das Flussdiagramm in 8 zeigt ein beispielhaftes Regelungsverfahren für die Berechnung des Entnahmesollwerts des Turbinenverdichters 104 (z. B. die Menge oder der Prozentsatz an vom Turbinenverdichter 104 entnommener Druckluft und der Lufttrenneinheit 204 bereitgestellter Luft). Bei Block 802 kann die Differenz zwischen einer gemessenen Turbinenlast 804 und einer Ziel-Turbinenlast 806 berechnet werden. Die Turbinenlast kann mittels in der Technik bekannter Geräte und Systeme, einschließlich eines Leistungsanalysators, eines Wattstunden-Meters oder anderen ähnlichen Geräten und Systemen gemessen werden. Die gemessene Turbinenlast 804 kann mit der Ziel-Turbinenlast 806 (und einer berechneten Differenz) verglichen werden und zwar mittels Geräten, Reglern und den mit üblichen Kenntnissen in der Technik bekannten Systemen, einschließlich programmierbarem logischem Regler oder anderen ähnlichen Geräten, Reglern und Systemen. Die berechnete Differenz kann dann einem Last-PID-Regler 808 oder anderen ähn lichen Geräten zugeführt werden und ein Entnahmesollwert 810, z. B. die an dem Turbinenverdichter 104 zu entnehmende Druckluftmenge, kann berechnet werden. Der Entnahmesollwert 810 kann dann von Ventilen, wie einem Drosselventil oder ähnlichen Bauteilen im Turbinenverdichter 104 oder der Rohrleitung zwischen Turbinenverdichter 104 und der Lufttrenneinheit 204, verwendet werden, so dass eine erforderliche Menge an Druckluft vom Turbinenverdichter 104 entnommen wird. Die vom Turbinenverdichter 104 entnommene Druckluft kann dann der Lufttrenneinheit 204 über Rohrleitungen und Ventile wie beschrieben zugeführt werden.
Das Gesamtverfahren der variablen Entnahme einer Druckluftmenge vom Turbinenverdichter 104 und die Bereitstellung der entnommenen Druckluftmenge für die Lufttrenneinheit 204 zur Regelung der Turbinenlast, wie oben beschrieben, kann eingebettet und geregelt werden durch ein rechnergestütztes Werksbetriebssystem, allen bekannt, die mit den üblichen Kenntnissen aus dem Stand der Technik vertraut sind. Das Betriebssystem kann ein Computer sein, lediglich als Beispiel für ein Hochleistungs-Regelungssystem innerhalb des Umfangs der Anwendung. Zum Beispiel, nicht im Sinne einer Einschränkung, kann das Betriebssystem mindestens einen Silizium-gesteuerten Gleichrichter (SCR), einen Thyristor, einen MOS-gesteuerten Thyristor (MCT) und einen bipolaren Isoliertor-Transistor umfassen. Das Betriebssystem kann auch als einzelner Sonderzweck-Schaltkreis implementiert werden („single spezial purpose integrated circuit"), wie ein ASIC, welcher einen Haupt- oder Zentralprozessorabschnitt für alles globale, dass heißt Regelungen auf System-Niveau, sowie getrennte Abschnitte für die Ausführung verschiedener unterschiedlicher spezifischer Kombinationen, Funktionen und anderer Verfahren, die unter Kontrolle des Zentralprozessorabschnitts stehen. Diejenigen mit Kenntnissen aus dem Stand der Technik werden es begrüßen, dass das Betriebssystem auch unter Verwendung einer Vielzahl von getrennten oder programmierbaren, integrierten oder anderen elektronischen Schaltkreisen oder Geräten, wie verdrahtete Elektronik oder logische Schaltkreise, mit diskreten Elementschaltkreisen oder programmierbaren logischen Geräten, wie PLDs, PALs, PLAs oder ähnlichen, implementiert werden kann. Das Betriebssystem kann auch unter Verwendung eines geeigneten programmierten Universalcomputers, wie einem Mikroprozessor oder Mikro-Steuerelement, oder anderen Prozessorgeräten, wie einer CPU oder MPU, entweder allein oder in Verbindung mit einem oder mehreren Peripheriedaten- und Signalverarbeitungsgeräten, implementiert werden. Im Allgemeinen kann jedes Gerät oder ähnliche Geräte als Betriebssystem verwendet werden, in denen eine finite Status-Maschine das logische Flussdiagramm 200 als Betriebssystem implementieren kann. Wie gezeigt, sollte für eine maximale Daten-/Signalverarbeitungsfähigkeit und Geschwindigkeit einer übergreifenden Verfahrensarchitektur der Vorzug gegeben werden.
Wie von den technisch Ausgebildeten begrüßt werden wird, kann das Betriebssystem darüber hinaus den Betrieb (z. B. das Öffnen, Schließen oder andere Einstellungen) der Ventile und anderer mechanischer Systeme des IGCC Energiegewinnungssystems 200 regeln und Eingangsgrößen von Sensoren, die für die Systemregelung relevante Informationen übertragen, aufnehmen.
Ganz allgemein kann die Menge von an dem Turbinenverdichter 104 entnommener Druckluft erhöht werden, wenn die gemessene Turbinenlast größer als die Ziel-Turbinenlast ist. Ähnlich kann die Menge der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluft verringert werden, wenn die gemessene Turbinenlast kleiner als die Ziel-Turbinenlast ist. Wenn darüber hinaus die Menge der vom Turbinenverdichter 104 entnommenen Druckluft erhöht wird, kann die vom Hauptluftverdichter 202 bereitgestellte Versorgung mit Druckluft um annähernd dieselbe Menge verringert werden (so dass die kombinierte Versorgung der Lufttrenneinheit 204 annähernd gleich bleibt). Wenn andererseits die vom Turbinenverdichter 104 entnommene Menge an Druckluft verringert wird, kann die vom Hauptluftverdichter 202 bereitgestellte Versorgung mit Druckluft um annähernd dieselbe Menge erhöht werden.
Wie festgestellt, werden jene in der Technik Bewanderten es begrüßen, dass andere Regelungsverfahren, Verfahren und Systeme für die Veränderung des Entnahmeniveaus verwendet werden können, so dass die Turbinenlast effizient geregelt wird. Es sollte offensichtlich sein, das das Vorangehende nur die vorgezogenen Ausführungsformen der vorliegenden Anwendung zum Gegenstand hat und dass zahlreiche Änderungen und Modifikationen darin gemacht werden können, ohne vom Sinn und Geltungsbereich der Anwendung, wie in den folgenden Patentansprüchen und ihren Äquivalenten definiert, abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Regelung der Last einer Gasturbine (100), als Teil eines kombinierten Kreisprozess-Energiegewinnungssystems (200) mit integrierter Vergasung, eine Lufttrenneinheit (204) und folgende Schritte umfassend: Entnahme einer durch einen Turbinenverdichter (104) erzeugten Menge an Druckluft; Bereitstellung der entnommenen Druckluftmenge für die Lufteilungseinheit (204); und Änderung der Menge der von dem Turbinenverdichter (104) entnommenen Druckluft in Abhängigkeit von einer Soll-Last für die Gasturbinenmaschine (100).
Verfahren nach Anspruch 1, weiter umfassend einen Schritt der Versorgung der Lufttrenneinheit (204) mittels Versorgung mit Druckluft vom Hauptluftverdichter (202).
Verfahren nach Anspruch 2, weiter umfassend einen Schritt der Änderung der durch den Hauptluftverdichter (202) der Lufttrenneinheit (204) zugeführten Menge an Druckluft abhängig von der vom Turbinenverdichter (104) entnommenen Menge an Druckluft.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die kombinierte Bereitstellung von Druckluft Luft für die Lufttrenneinheit (204) die Bereitstellung einer Menge an Druckluft durch den Hauptluftverdichter (202) und der Menge an Druckluft vom Turbinenverdichter (104) umfasst; und wobei die kombinierte Bereitstellung von Druckluft die Versorgung mit Druckluft umfasst, welche die gesamte Bereitstellung von für die Lufttrenneinheit (204) erforderlicher Druckluft umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Veränderung der der Lufttrenneinheit (204) vom Hauptluftverdichter (202) bereitgestellten Druckluft von der vom Turbinenverdichter (104) entnommenen Luftmenge abhängt und den Schritt umfasst, die der Lufttrenneinheit (204) vom Hauptluftverdichter (202) bereitgestellte Luftmenge zu verringern, wenn die vom Turbinenverdichter (104) entnommene Menge an Druckluft steigt.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Veränderung der der Lufttrenneinheit (204) vom Hauptverdichter (202) bereitgestellten Menge an Druckluft abhängig von der vom Turbinenverdichter (104) entnommenen Druckluftmenge den Schritt umfasst, die der Lufttrenneinheit (204) vom Hauptluftverdichter (202) bereitgestellte Druckluftmenge zu erhöhen, wenn die vom Turbinenverdichter (104) entnommene Luftmenge verringert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Schritt der Änderung der vom Turbinenverdichter (104) entnommenen Druckluftmenge abhängig von der Soll-Last der Gasturbinenmaschine (100) folgende Schritte umfasst: Messung einer Ist-Last der Gasturbinenmaschine (100); und Vergleich der Ist-Last der Gasturbine mit der Soll-Last der Gasturbinenmaschine (100).
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge, um welche die vom Turbinenverdichter (104) entnommene Druckluft verändert wird, vom Vergleich der Ist-Last der Gasturbine mit der Soll-Last der Gasturbinenmaschine (100) abhängt.
Verfahren nach Anspruch 7, darüber hinaus den Schritt umfassend, die vom Turbinenverdichter (104) entnommene Menge an Druckluft zu erhöhen, wenn die Ist-Last der Gasturbine größer als die Soll-Last der Gasturbinenmaschine (100) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, darüber hinaus den Schritt umfassend, die vom Turbinenverdichter (104) entnommene Menge an Druckluft zu verringern, wenn die Ist-Last der Gasturbine geringer als die Soll-Last der Gasturbinenmaschine (100) gemessen wird.