NICKL MATTHIAS (DE)
VOIT KAI (DE)
WALZIK JOHANNES (DE)
DE102004005476A1 | 2004-12-09 | |||
EP1816327A2 | 2007-08-08 | |||
EP1041290A2 | 2000-10-04 |
Verfahren zum An- und Abfahren einer Gasturbine (1) in einer Gas- und Dampfturbinenanlage (2), wobei die Gasturbine (1) einen Verdichter (3) mit verstellbaren Leitschaufeln (4) umfasst und die Gasturbinenleistung auch durch die Öffnung der Leitschaufeln (4) kontrollierbar ist, wobei die Gasturbine (1) beim Anfahren bis auf Grundlast oder bis auf einen emissionskonformen Lastpunkt gefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen der Grundlast oder des emissionskonformen Lastpunkts die Leitschaufeln (4) geöffnet werden. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Gasturbine (1) mit maximal möglicher Lastrampe hochgefahren wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Leitschaufeln (4) zu Beginn des Anfahrens geschlossen sind . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leitschaufeln (4) im Rahmen von Emissionsvorgaben so weit wie möglich geöffnet werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Gas- und Dampfturbinenanlage (2) einen Abgaskamin (5) umfasst und Emissionen im Abgaskamin (5) kontinuierlich gemessen werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beim An- und Abfahren Temperatursensoren (6) kontinuierlich ausgelesen werden. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Temperatursensoren (6) an dickwandigen Bauteilen kontinuierlich ausgelesen werden, d.h. an Bauteilen mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser größer als 1,2. |
Verfahren zum An- und Abfahren einer Gasturbine in einer Gas- und Dampfturbinenanlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren, aber auch zum Abfahren einer Gasturbine in einer Gas- und Dampfturbi- nenanlage. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Leitschaufelverstellfahrweise bei Gasturbinen.
Typischerweise werden Gasturbinen in Gas- und Dampfturbinen- anlagen mit geschlossenen Leitschaufeln im Verdichter bis auf einen maximalen Wert hochgefahren. Dies hat den Vorteil, dass die Verbrennung in der Gasturbine stabil ist und die Emissio- nen vergleichsweise schnell in einem vorgabenkonformen Bereich liegen. Erst nach Erreichen der Grundlast oder nach Erreichen eines emissionskonformen Lastpunkts werden die Leitschaufeln geöffnet, um den Massenstrom durch die Gasturbine und somit auch die Leistung zu erhöhen.
Immer höhere Gasturbinen-Abgastemperaturen lassen aber nur eine eingeschränkte Gesamtanlagenschnellstartfähigkeit bei Gas- und Dampfturbinenanlagen zu. Insbesondere der Abhitzedampferzeuger ist erheblichem thermischem Stress ausgesetzt, was zu vergleichsweise starker, vorzeitiger Materialermüdung führt .
Daher erfolgt aktuell nur ein schrittweises Anfahren der Gesamtanlage einschließlich Lasthaltepunkten durch ein tempera- turgeführtes Gasturbinen-Anfahren bis zum Erreichen der maximalen Abgastemperatur inklusive der Leistungshaltepunkten zur Anwärmung der nachgeschalteten Komponenten (Abhitzedampferzeuger, Dampfturbine) . Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum An- und Abfahren einer Gasturbine in einer Gas- und Dampfturbinenanlage anzugeben, bei dem die Anlage möglichst rasch unter Einhaltung von Emissionsvorgaben und möglichst geringer Ermüdung von der Gasturbine nachgeschalteten Komponenten an- und abgefahren werden kann.
Die Erfindung löst die auf ein Verfahren zum An- und Abfahren einer Gasturbine in einer Gas- und Dampfturbinenanlage gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einem derartigen Verfahren die Gasturbine einen Verdichter mit verstellbaren Leitschaufeln umfasst und die Gasturbinenleistung auch durch die Öffnung der Leitschaufeln kontrollierbar ist, wobei die Gasturbine beim Anfahren bis auf Grundlast oder bis auf einen emissionskonformen Lastpunkt gefahren wird, wobei vor Erreichen der Grundlast oder des emissionskonformen Lastpunkts die Leitschaufeln geöffnet werden. Durch das zumindest teilweise Öffnen der Leitschaufeln wird der Massenstrom durch die Gasturbine frühzeitig erhöht und die Temperatur des Abgasstroms auf nachfolgende Bauteile verringert. Eine vollständige Öffnung der Leitschaufeln wird typischer Weise zur Vermeidung zu hoher Emissionen im ver- gleichsweise frühen Zeitraum des Anfahrens vermieden.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Gasturbine mit maximal möglicher Lastrampe hochgefahren wird. Somit ist ein möglichst schnelles Anfahren gewährleistet.
Es ist vorteilhaft, wenn die Leitschaufeln zu Beginn des Anfahrens geschlossen sind und beim Anfahren im Rahmen der Emissionsvorgaben so weit wie möglich geöffnet werden, da ein größerer Massenstrom zu mehr Leistung bzw. geringeren Tempe- raturen des Abgasstroms führt. Es ist im Wesentlichen der Betrieb der Anlage „unterhalb" der Auslegung, der auf Grund der dann schlechteren Emissionswerte den Grad der Öffnung begrenzt . Es ist vorteilhaft, wenn die Gas- und Dampfturbinenanlage einen Abgaskamin umfasst und Emissionen im Abgaskamin kontinuierlich gemessen werden. Ferner ist es vorteilhaft, wenn beim An- und Abfahren Temperatursensoren kontinuierlich ausgelesen werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die Temperatursensoren an dickwandigen Bauteilen kontinuierlich ausgelesen werden, d.h. an Bauteilen mit einem Verhältnis von Außendurchmesser zu Innendurchmesser größer als 1,2.
Durch das erfinderische Verfahren wird die Gasturbine ohne weiteren Gasturbinen-Haltepunkt mit der maximal möglichen Lastrampe bis auf Grundlast oder bis auf den emissionskonformen Lastpunkt (z. B. 70% Gasturbinen-Last) temperaturverträglich für die nachfolgenden Komponenten hochgefahren. Ferner kann die Leitschaufel -Verstellfahrweise des erfinderischen Verfahrens auch beim Abfahrvorgang eingesetzt werden kann um die Gasturbinen-Abgastemperatur im Hinblick auf die Kessellebensdauer zu modifizieren.
Es ergeben sich folgende Vorteile:
• Reduzierung der Abhitzedampferzeuger-Stressbelastung und minimaler Abhitzedampferzeuger-Lebensdauerverbrauch
• Reduzierung der Anfahr-Emissionen (NOx)
• Verbesserter und flexibler Betrieb über den gesamten
Lastbereich
• Schnelleres Anfahren der Gas-und Dampfturbinen-Anlage einschließlich reduziertem Brennstoffverbrauch
• Erhöhte, schnellere Leistungsbereisteilung durch die
Verwendung von höheren Gasturbinen-Lastrampen während des Anfahrbetriebs
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Gas- und Dampfturbinenanlage und
Figur 2 eine Grafik für die elektrische Leistung der Gas- und Dampfturbinenanlage über der Abgastemperatur. Λ
In der schematischen Darstellung der Figur 1 ist eine Gas- und Dampfturbinenanlage 2 mit einer Gasturbine 1, einem Abhitzedampferzeuger 7 und einer Dampfturbine 8 gezeigt. Andere Ausführungen, wie beispielsweise zwei oder mehr Gasturbinen mit je einem nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger oder gar einem gemeinsamen Abhitzedampferzeuger sind ebenfalls möglich. Die Gasturbine 1 umfasst einen Verdichter 3, eine Brennkammer 17 und eine Turbine 18. Der Verdichter 3 umfasst verstellbare Leitschaufeln 4, mit denen der Verdichterluftmassenstrom eingestellt werden kann. Der Dampfturbine 8 ist in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 9 ein Kondensator 10 nachgeschaltet. Ferner umfasst der Wasser- Dampf-Kreislauf 9 den Abhitzedampferzeuger 7, in dem insbesondere an dickwandigen Bauteilen Temperatursensoren 6 angeordnet sind.
Die Dampfturbine 8 umfasst üblicherweise mehrere Druckstufen 11, die über eine gemeinsame Welle 12 mit einer Kupplung 13 den Generator 14 antreiben. Zum Zuführen von in der Gasturbine 1 entspanntem Arbeitsmittel oder Rauchgas in den Abhitzedampferzeuger 7 ist eine Ab- gasleitung 15 an einen Eingang 16 des Abhitzedampferzeugers 7 angeschlossen. Das entspannte Arbeitsmittel aus der Gasturbine 1, d.h. das Gasturbinenabgas, verlässt den Abhitzedampfer- zeuger 7 über einen Abgaskamin 5.
Figur 2 zeigt die elektrische Leistung der Gas- und Dampfturbinenanlage 2 dargestellt über der Abgastemperatur bei der erfinderischen Fahrweise 19 (zwei mögliche Fahrkurven, ge- strichelt) im Vergleich zur bisherigen Fahrweise 20 (gepunktet) . Bei der bisherigen Fahrweise 20 blieben die Leitschaufeln 4 so lange geschlossen, bis die Gasturbine 1 auf Grundlast oder auf einen emissionskonformen Lastpunkt gefahren war. Dies garantierte eine stabile und emissionskonforme Verbrennung und war aufgrund der im Vergleich zu heutigen Gasturbinen 1 „niedrigen" Abgastemperaturen das bevorzugte Verfahren. Mit dem Verfahren nach der Erfindung wird der Massen- ström durch die Gasturbine 1 bereits vor Erreichen der Grundlast oder eines emissionskonformen Lastpunkts erhöht, wodurch sich u.a. die Temperatur des Abgasstroms verringert.