DE69828337T2

DE69828337T2 - Gasturbine

Info

Publication number: DE69828337T2
Application number: DE69828337T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Hitachi-shi Horii; Isao Hitachi-shi Takehara; Hidetaro Hitachi-shi Murata; Motoaki Hitachi-shi Utamura; Takaaki Hitachi-shi Kuwahara; Tetsuo Hitachi-shi Sasada; Fumiyuki Hitachi-shi Hirose; Yasuhiro Hitachinaka-shi Katoh
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1997-06-30
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2005-12-08
Anticipated expiration: 2018-06-26
Also published as: US20030014978A1; US20040093850A1; US20010022078A1; DE69828337D1; EP0889212A3; US20020139105A1; US6779332B2; EP0889212A2; US20030014958A1; US6530210B2; US20040255596A1; US7040083B2; US6568167B2; KR19990007437A; SG104914A1; US6260350B1; EP0889212B1; US6568168B2; US6705074B2; US6711888B2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Gasturbine, und insbesondere eine Gasturbine, die Wassertröpfchen in eine Einlassluft eines Kompressors der Gasturbine einspritzt.
Eine herkömmliche Gasturbine muss in der Sommersaison ihre Leistung verringern, wenn die Temperatur steigt, daher sind verschiedene Anordnungen als Verfahren vorgeschlagen worden, die Verringerung der Leistung auszugleichen.
Die offengelegte JP-A 7-97933, die JU 61-37794 oder die offengelegte JP-A 5-195809 offenbaren, dass die Einlassluft des Kompressors gekühlt wird.
Weiterhin offenbart die offengelegte JP-A 61-283723, dass Wasser von dem Einlass des Kompressors und von der Zwischenstufe des Kompressors in einem kombinierten System eines Vergasungsofens und einer Gasturbine zugeführt wird.
Weiterhin offenbart die JU-A 56-43433, dass eine Zufuhröffnung, durch die Wassertröpfchen zuzuführen sind, in dem Kompressor vorgesehen ist, und die JP-A 2-211331 offenbart eine Gasturbine, die mit zwei Arten von Kompressoren mit hohem Druck und mit niedrigem Druck sowie einem Zwischenkühler, der zwischen den beiden Kompressorarten vorgesehen ist, versehen ist. Weiterhin offenbart die JP-A 6-10702 eine Technik zur Einspritzung von Wasser in einen Zwischenabschnitt zwischen einer stromaufwärtigen Kompressorstufe und einer stromabwärtigen Kompressorstufe in einer Kompressorgruppe, die mehrere Kompressorstufen aufweist, um den Energieverbrauch zu reduzieren.
Was jedoch im Stand der Technik gemäß JP-A 7-97933, JU 61-37794 oder JP-A 5-195809 offenbart ist, ist einfach darauf gerichtet, die Temperaturen der Einlassluft zu senken, die in den Kompressor eingelassen werden soll, um dessen Leistung zu erhöhen. Die JP-A 61-283723 offenbart nur die Verdampfung von Wassertröpfchen in dem Kompressor und deren Verwendung als Mittel zum Kühlen der Turbinenschaufeln und dadurch zur Verbesserung der Turbinenzykluskennlinien.
Weiterhin offenbart die JP-A 2-211331 eine Gasturbine, die mit einem Zwischenkühler versehen ist, der zwischen den beiden Kompressorarten mit hohem Druck und niedrigem Druck vorgesehen ist, und bei der Einrichtungen zur Erfassung einer Temperatur und einer Feuchtigkeit am Einlass des Hochdruckkompressors vorgesehen sind und eine Speisewasserströmung zu dem Zwischenkühler geregelt wird. Diese Regelung beinhaltet jedoch weder die Lehre noch den Vorschlag zur Wassereinspritzung in den Kompressor selbst und betrifft nicht die Regelung der Feuchtigkeit am Einlass des Kompressors.
In Hinblick auf den praktischen Betrieb einer Gasturbine oder eines kombinierten Zyklus, bei dem eine Gasturbine und eine Dampfturbine verwendet werden, ist die Entwicklung eines Systems erforderlich, das einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine durchführen kann, während der Schutz der Gasturbine selbst immer gewährleistet ist, und das ihre Leistung und ihren Wärmewirkungsgrad unter Verwendung einer einfachen Anordnung erhöhen kann.
Die EP 0 781 909 offenbart eine Gasturbine mit einem Kompressor zur Verdichtung von ihm zugeführter Luft und zur Förderung der verdichteten Luft, einer Brennkammer zur Verbrennung der komprimierten Gase aus dem Kompressor und Kraftstoff, einer Kraftstoff- und Gasturbine, die von einem Verbrennungsgas aus der Brennkammer angetrieben wird, einer Einspritzeinheit, die stromaufwärts des Kompressors angeordnet und so aufgebaut ist, dass Wassertröpfen in die dem Kompressor zugeführte Luft gesprüht werden, um die Temperatur der in den Kompressor zuzuführenden Luft unter die Atmosphärentemperatur abzukühlen, und die gesprühten Wassertröpfchen, die in den Kompressor eingeführt wurden, zusammen mit der Luft, deren Temperatur verringert wurde, während des Durchgangs durch den Kompressor verdampft werden, einer Erfassungseinheit zur Erfassung der Feuchtigkeit der Umgebung sowie einer zweiten Erfassungseinheit, die dafür vorgesehen ist, die Feuchtigkeit der von dem Kompressor geförderten Luft zu erfassen. Für die Berechnung eines Verdampfungsverhältnisses wird eine Korrelation zwischen Messwerten der Erfassungseinheiten zugrunde gelegt.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbine zur Verfügung zu stellen, die Verbesserungen sowohl bezüglich ihrer Leistung als auch ihres Wärmewirkungsgrades verwirklichen kann, indem Flüssigkeitströpfchen in die Einlassluft eingespritzt werden, die in den Einlass des Kompressors eingeführt wird, wobei einfache Mittel verwendet werden, die für eine praktische Anwendung geeignet sind.
Diese Aufgabe wird durch eine Gasturbine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 22.
Bei der erfindungsgemäßen Gasturbine kann die Sprühmenge der Flüssigkeitströpfchen gemäß dem erfassten Signal geregelt werden. Durch die Regelung der für die Verdampfung effektiven Sprühmenge an Wassertröpfchen auf der Basis der Differenz zwischen der Feuchtigkeit der dem Kompressor zugeführten Luft und der von dem Kompressor geförderten Luft werden die Leistung und der Wärmewirkungsgrad der Gasturbine erhöht.
Beispielsweise wird die Feuchtigkeit der Einlassluft an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit erfasst, und eine Sprühmenge der Flüssigkeitströpfchen wird so geregelt, dass sie bei niedriger Feuchtigkeit höher ist als bei hoher Feuchtigkeit.
Weiterhin weist die Regeleinheit vorzugsweise eine Erfassungseinheit zur Erfassung der Temperatur und Feuchtigkeit der dem Kompressor zugeführten Luft und zur Regelung einer Sprühmenge von Wassertröpfchen, die auf der Basis des Erfassungssignals von der Einspritzeinheit gesprüht werden, auf. Durch Erfassung der Temperatur der Luft an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit wird die Sprühmenge an Wassertröpfchen so geregelt, dass sie bei einer niedrigeren Temperatur höher ist als bei einer höheren Temperatur, und die Sprühmenge an Wassertröpfchen wird so geregelt, dass sie höher ist, wenn die Feuchtigkeit der Luft an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit niedriger ist, als wenn die Feuchtigkeit höher ist.
Weiterhin ist es möglich, die oben genannte Sprühmenge auf der Basis der Leistung usw. zu regeln und sie als Grenzwert der Sprühmenge auf der Basis des oben genannten Erfassungssignals zu verwenden. Die Regeleinheit hat einen Grenzwert, der für eine Sprühmenge an Wassertröpfchen von der Einspritzeinheit auf der Basis des Erfassungssignals gesetzt wird, und regelt die Sprühmenge so, dass sie innerhalb des oben genannten Grenzwerts liegt.
Beispielsweise wird eine Sprühmenge an Wassertröpfchen z.B. auf der Basis der Leistung bestimmt. In diesem Fall wird die Temperatur der Einlassluft an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit erfasst, der oben genannte Grenzwert wird bei niedriger Temperatur höher gesetzt als bei hoher Temperatur, der oben genannte Grenzwert wird bei niedrigerer Feuchtigkeit der Einlassluft an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit höher gesetzt als bei hoher Feuchtigkeit, und eine Sprühmenge an Wassertröpfchen wird so geregelt (korrigiert), dass sie den Grenzwert nicht überschreitet.
Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Kompressors gewährleistet, und ein Hochleistungsbetrieb der Gasturbine kann durchgeführt werden. Da eine Wassersprühmenge unter Berücksichtigung der Feuchtigkeit der Einlassluft eingestellt wird, wenn Wassertröpfchen in die Einlassluft eingespritzt werden, kann eine Menge an Wassertröpfchen, die in den Kompressor eingeführt wird, ohne zu verdampfen, bis die eingespritzten Wassertröpfchen den Kompressoreinlass erreichen, so geregelt werden, dass die Menge korrekt ist, und eine Menge an Wassertröpfchen, die verdampft ist, bevor sie den Kompressoreinlass erreicht, sowie eine Menge an Wassertröpfchen, die im Inneren des Kompressors verdampft ist, können in geeigneter Weise geregelt werden. Deshalb kann die Gasturbine mit Hochleistung betrieben werden, während die Zuverlässigkeit der Anlage gewährleistet wird, wobei ein Einfluss auf den Kompressor berücksichtigt wird.
Dadurch ist es möglich, eine Wassereinspritzung zu praktizieren, während ein Sicherheitsbetrieb des Hauptkörpers der Gasturbine gewährleistet ist.
Wenn beispielsweise eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Temperatur und Feuchtigkeit des Gases an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors vorgesehen ist, wird ein Wassersprühmengen-Grenzwert gesetzt, der im Verhältnis zur Temperatur und Feuchtigkeit steht, und die Wassermenge wird so geregelt, dass eine wirklich effektive Wassersprühmenge den oben genannten Wassersprühmengen-Grenzwert während eines Wassersprühbetriebs nicht überschreitet, wobei solche Fälle berücksichtigt werden können, in denen die effektive Wassersprühmenge aus der Feuchtigkeit des Gases an dem Kompressorförderabschnitt und der Feuchtigkeit des Gases an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit berechnet wird, und in denen sie aus einem Wassermengen-Anzeigewert des Wasserzufuhrsystems und einer Abzugsauftrittsmenge in dem Einlassluftkanal der stromaufwärtigen Seite des Kompressors berechnet wird. Jedoch ist jeder Fall möglich. Die Feuchtigkeit der Kompressorförderluft kann gemessen werden, indem fortlaufend Luft zur Probennahme in einen Behälter abgezogen wird, der mit einer Feuchtigkeitserfassungseinrichtung versehen ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit dafür ausgelegt, die Sprühmenge an Wassertröpfchen zu regeln, die von der Einspritzeinheit zusätzlich auf der Basis der Öffnung einer in dem Kompressor angeordneten Kompressoreinlassleitschaufel gesprüht werden soll.
Beispielsweise ist es möglich, einen Grenzwert einer Menge an Wassertröpfchen, die von der Einspritzeinheit gesprüht werden, auf der Basis des oben genannten Erfassungssignals zu setzen und die Sprühmenge so zu regeln, dass sie innerhalb des Grenzwerts liegt. Es ist möglich, den oben genannten Grenzwert so zu setzen, dass er größer ist, wenn die oben genannte Kompressorschaufelöffnung größer ist, als wenn diese klein ist. Da eine Menge an Luft entsprechend einer Änderung des Leitschaufelwinkels oder der Leitschaufelöffnung geringer wird, wird auch eine Menge an Wasser verringert.
Dadurch ist es möglich, eine Menge an Wasser entsprechend einer Menge an Luft an dem Kompressoreinlass zum Zeitpunkt eines Teillastbetriebs einzuspritzen. Weiterhin ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen der Anlage zum Zeitpunkt eines Teillastbetriebs zu gewährleisten.
Es gibt Fälle, in denen eine Menge an Luft, die in den Kompressor eingeführt wird, verringert wird, indem die Leitschaufel des Kompressors gedrosselt wird, und in denen die Menge an Luft aufgrund eines Anstiegs der Atmosphärentemperatur abnimmt, gemäß dem vorliegenden Aufbau ist es jedoch möglich, eine geeignete Menge an Wasser entsprechend einer Zunahme oder Abnahme einer Einlassluftmenge zum Zeitpunkt eines Teillastbetriebs einzuspritzen. Es ist möglich, einen Zustand wie eine übergroße Wassersprühmenge zu unterdrücken und die Gasturbine mit Hochleistung zu betreiben, während die Vorrichtung und Einrichtungen geschützt werden.
Weiterhin ist es bevorzugt, den oben genannten Kompressoreinlassleitschaufelwinkel und die Kompressoreinlassluftmenge zu erfassen und die Wassertröpfchensprühmenge entsprechend der Einlassluftmenge zu begrenzen. In diesem Fall ist es weiterhin bevorzugt, die Wassertröpfchen-Sprühmenge entsprechend deren Verhältnis zu der Kompressoreinlassluftmenge zu bestimmen, da es möglich ist, dass eine Differenz zwischen einzelnen Maschinen gleicher Bauart, ein Absinken der Kompressoreinlassluftmenge aufgrund von Altersabnutzung und ein Skalenverhältnis bei Maschinen mit ähnlichen Werten die Wassertröpfchensprühmenge beeinflussen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass die Einspritzung von Wassertröpfchen von der Einspritzeinheit zum Zeitpunkt des Startens der Gasturbine gestoppt wird und die Einspritzung von Wassertröpfchen aus der Einspritzeinheit gestartet wird, nachdem die Gasturbine einen Nennbetrieb erreicht hat.
Ein Übergang eines Betriebs der Gasturbine in einen Nennbetrieb kann durch eine vorgeschriebene Öffnung der Kompressoreinlassleitschaufel (eine Öffnung zum Zeitpunkt des Normalbetriebs, eine vollständige Öffnung usw.) erfasst werden. Weiterhin kann er dadurch erfasst werden, dass eine konstante Brenntemperatur eintritt.
Nach dem Übergang zum Nennbetrieb ist es möglich, z.B. wenn eine Differenz zwischen einem Soll-Leistungswert und einem Ist-Leistungswert auftritt, einen Betrieb durchzuführen, bei dem die oben genante Wassertröpfchensprühmenge so geregelt wird, dass der Ist-Leistungswert einen Soll-Leistungswert erreicht.
Dadurch ist es möglich, eine Gasturbine mit einem sicheren Leistungssteigerungsmechanismus durch Wassersprühen bei gleichzeitigem Schutz der Gasturbine zur Verfügung zu stellen.
Sogar unter der Bedingung, dass die Gasturbine mit konstanter Teillast betrieben wird, ist es möglich, eine Regelung so durchzuführen, dass ein Wassersprühbetrieb ausgeführt wird. Dadurch kann der Wärmewirkungsgrad zum Zeitpunkt eines Teillastbetriebs verbessert werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine umfasst die Einspritzeinheit mehrere Sprühdüsen zum Sprühen von Wassertröpfchen, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass, wenn die Wassertröpfchenmenge größer ist als eine vorgeschriebene Menge, die Anzahl der Wassertröpfchen sprühenden Sprühdüsen größer wird als die Anzahl der Wassertröpfchen sprühenden Sprühdüsen, wenn die Wassertröpfchenmenge geringer ist als eine vorgeschriebene Menge.
Beispielsweise umfasst die oben genannte Einspritzeinheit eine Wasserzufuhrvorrichtung, eine Wasserzufuhr-Hauptleitung für die Zufuhr von Wasser von der Wasserzufuhrvorrichtung, einen Wasserzufuhr-Verteilerkopf zur Verteilung von Wasser, das von der Wasserzufuhr-Hauptleitung zugeführt wird, an mehrere Wasserzufuhrleitungen, sowie an Wasserzufuhrleitungen angeordnete Düsen, in die von dem Verteilerkopf verteiltes Wasser zum Sprühen der Wassertröpfchen strömt, und sie kann weiterhin mit einer Regeleinheit versehen sein, die eine Regelung so durchführt, dass, wenn die Wassertröpfchensprühmenge größer als eine vorgeschriebene Menge ist, die Zahl der Wasserzufuhrleitungen für die Zufuhr von Wasser größer wird als die Zahl der Wasserzufuhrleitungen, die das Wasser zuführen, wenn die Wassertröpfchensprühmenge kleiner als eine vorgeschriebene Menge ist.
Weiterhin kann in dem Fall, wenn die oben genannte Sprühdüse eine Zweifluiddüse ist, die Sprühdüse so angeordnet sein, dass sie mit einer Luftzufuhrhauptleitung, die Luft von der Luftzufuhrvorrichtung zuführt, einem Luftzufuhr-Verteilerkopf der die von der Luftzufuhrhauptleitung zugeführte Luft verteilt, und Luftzufuhrleitungen, in die die von dem Verteilerkopf verteilte Luft strömt, in Verbindung steht.
Weiterhin kann beispielsweise der oben genannte Wasserzufuhr-Verteilerkopf der Einspritzeinheit wie folgt aufgebaut sein:
Die Einspritzeinheit umfasst eine Wasserzufuhrvorrichtung, eine Wasserzufuhr-Hauptleitung, die Wasser von der Wasserzufuhrvorrichtung zuführt, einen Haupt-Wasserzufuhr-Verteilerkopf, der Wasser, das von der Wasserzufuhr-Hauptleitung zugeführt wird, an mehrere Wasserzufuhr-Zweigleitungen verteilt, einen Hilfs-Wasserzufuhr-Verteilerkopf, der Wasser, das durch die Wasserzufuhr-Zweigleitungen strömt, an mehrere Wasserzufuhrleitungen verteilt, sowie Düsen zum Sprühen von Wassertröpfchen, die an den Wasserzufuhrleitungen angeordnet sind, in die Wasser strömt, das von dem Hilfs-Wasserzufuhr-Verteilerkopf verzweigt wird.
Dadurch ist es möglich, Wassertröpfchen auf stabile Art zu sprühen, sogar wenn die Sprühmenge an Wassertröpfchen ansteigt und absinkt, und mit dem stabilen Wassersprühen kann ein Hochleistungsbetrieb durchgeführt werden.
Weiterhin ist es möglich, Ungleichmäßigkeit bei der den Sprühdüsen zugeführten Wassermenge usw. zu unterdrücken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Einspritzeinheit ein Wasserzufuhrsystem, ein Luftzufuhrsystem und eine Sprühdüse auf, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem und dem Luftzufuhrsystem zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass eine Veränderung zwischen einem Verhältnis von der Sprühdüse zuzuführendem Wasser und Luft bei einer geringen Wassertröpfchenzufuhrmenge und einem Verhältnis von der Sprühdüse zuzuführendem Wasser und Luft bei großer Wassertröpfchenzufuhrmenge unterdrückt wird.
Auf diese Art wird eine Luftzufuhrmenge entsprechend einer Änderung einer Wasserzufuhrmenge so geregelt, dass ein Verhältnis von Luft und Wasser konstant wird (so dass eine Änderung in dem Verhältnis unterdrückt wird), entsprechend einer Wassersprühmenge.
Dadurch ist es möglich, Wassertröpfchen mit vorgeschriebenem Durchmesser zu erlangen, während die Luftmenge gering gehalten wird (dies ist in einem Fall bevorzugt, wenn eine Wassermenge relativ gering ist). In einem Fall, wenn Luft aus dem Kompressor entnommen wird, ist es möglich, eine größere Menge Luft aus der entnommenen Luft der Brennkammer zuzuführen, und ein Hochleistungs- oder Hocheffizienzbetrieb kann durchgeführt werden, selbst wenn die Wassertröpfchensprühmenge geändert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Einspritzeinheit ein Wasserzufuhrsystem, ein Luftzufuhrsystem und eine Sprühdüse auf, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem und dem Luftzufuhrsystem zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass ein Verhältnis zwischen Wasser und Luft, die der Sprühdüse zugeführt werden, erhöht wird, wenn eine Sprühmenge an Wassertröpfchen größer ist verglichen mit einer kleinen Sprühmenge.
Dadurch ist es möglich, Wassertröpfchen mit vorgeschriebenem Durchmesser zu erlangen, während die Luftmenge gering gehalten wird (dies ist bevorzugt, wenn die Wassermenge relativ gering ist). In einem Fall, wenn Luft aus dem Kompressor entnommen wird, ist es möglich, eine größere Menge Luft aus der entnommenen Luft der Brennkammer zuzuführen, und ein Hochleistungs- oder Hocheffizienzbetrieb kann durchgeführt werden, selbst wenn die Wassertröpfchensprühmenge geändert wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Einspritzeinheit ein Wasserzufuhrsystem, ein Luftzufuhrsystem und eine Sprühdüse auf, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem und dem Luftzufuhrsystem zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass sie die Wasserzufuhrmenge abhängig von einer Erhöhung und einer Verringerung einer Sprühmenge an Wassertröpfchen erhöht und verringert und die Luftzufuhrmenge konstant hält.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Einspritzeinheit ein Wasserzufuhrsystem, ein Luftzufuhrsystem und eine Sprühdüse auf, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem und dem Luftzufuhrsystem zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass zunächst eine Zufuhr von Luft zu der Sprühdüse gestartet wird und dann eine Zufuhr von Wasser zu der Sprühdüse gestartet wird, wodurch das Sprühen von Wassertröpfchen gestartet wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Einspritzeinheit ein Wasserzufuhrsystem, ein Luftzufuhrsystem und eine Sprühdüse auf, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem und dem Luftzufuhrsystem zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass das Sprühen von Wassertröpfchen zunächst durch Verringerung einer der Sprühdüse zuzuführenden Luftmenge und dann durch Verringerung einer der Sprühdüse zuzuführenden Wassermenge gestoppt wird.
Dadurch ist es möglich, die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen zu einem Zeitpunkt des Startens des Wassersprühbetriebs oder zu einem Zeitpunkt des Stoppens des Wassersprühbetriebs zu gewährleisten, und es ist möglich, eine Gasturbine zur Verfügung zu stellen, die durch den Wassersprühbetrieb eine hohe Leistung erbringt. Weiterhin ist es möglich, das Auftreten von Wassertröpfchen mit unerwünschtem Durchmesser zum Zeitpunkt des Startens und Stoppens zu unterdrücken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass sie zuerst ein Signal zum Anhalten des Wassertröpfchensprühens ausgibt und dann einen Befehl zur Verringerung der Öffnung einer Kompressoreinlassleitschaufel auf der Basis eines Gasturbinenauslösesignals während des Betriebs der Einspritzeinheit ausgibt.
Dadurch kann eine hohe Leistung durch den Wassersprühbetrieb erzielt werden, und sogar wenn eine Gasturbinenauslösung während des Wassersprühbetriebs auftritt, ist es möglich, eine Hochsicherheits-Gasturbine zur Verfügung zu stellen, die ein reibungsloses Auslösen bewirken kann, wobei die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen gewährleistet ist.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine sind mehrere Lufttemperatur-Erfassungseinrichtungen in einem Einlassluftkanal in Umfangsrichtung angeordnet, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass eine Wassersprühmenge verringert wird, wenn eine Abweichung der erfassten Werte einen vorgeschriebenen Wert während des Wassertröpfchensprühbetriebs erreicht.
Weiterhin ist es möglich, die Wassersprühmenge so zu regeln, dass sie verringert wird, wenn eine gesetzte Temperatur, die im Hinblick auf Vereisung usw. gesetzt wurde, einen vorgeschriebenen Wert überschreitet. Wenn die Wassersprühmenge verringert wird, ist es möglich, entsprechend einem erfassten Wert einen Durchsatz des Wassers, das in einen Sprühdüsenabschnitt strömt, so zu regeln, dass er ansteigt, entsprechend einer Position, in der ein erfasster Wert sich hauptsächlich um einen vorgeschriebenen Wert von einem Durchschnittswert der anderen erfassten Werte unterscheidet, oder es ist möglich, die Wassersprühmenge der gesamten Sprühdüsen zu verringern.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie den Massenströmungsdurchsatz der in den Kompressor eingeführten Luft überwacht und eine Wassersprühmenge verringert, wenn der Durchsatz einen vorher beschriebenen Wert während des Wassertröpfchensprühbetriebs erreicht.
Dadurch können Abriss und Vereisung präzise unterdrückt werden, da die Änderung direkt überwacht werden kann, wodurch eine Gasturbine zur Verfügung gestellt werden kann, die durch Wassersprühen einen Hochleistungsbetrieb durchführen kann, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen aufrechterhalten wird.
In einem Fall, wenn eine Einrichtung zum Messen einer Luftmenge an dem Kompressoreinlass vorgesehen ist und eine Wassermenge relativ zu der Luftmenge an dem Kompressoreinlass während des Wassersprühbetriebs geregelt wird, kann ein beliebiger Betrieb durchgeführt werden, wobei bei einem davon ein willkürlicher konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt wird und die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, und bei dem anderen die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn die Wassermenge den zulässigen Veränderungsbereich überschreitet. Im Fall eines Stoppens der Wasserzufuhr können beliebige Verfahren gewählt werden, von denen eines ein Verfahren ist, bei dem die Wasserzufuhr durch eine Betätigung des Speisewasserunterbrechungsventils des Wasserzufuhrsystems gestoppt wird, wenn der zulässige Veränderungsbereich überschritten wird, und das andere ein Verfahren ist, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, indem die Speisewasserpumpe des Wasserzufuhrsystems gestoppt wird.
Weiterhin wird diese Regeleinheit vorzugsweise in dem Fall verwendet, wenn eine solche Wassersprühmenge eingespritzt wird, dass ein Teil dieser Menge nicht verdampft wird und als Wassertröpfchen in dem Einlasskanal zurückbleibt und die Menge an nicht verdampften Flüssigkeitströpfchen in den Kompressor eingeführt wird.
Beispielsweise wird die oben genannte Erfassung in einem Intervall von mehreren Minuten durchgeführt (z.B. 2 bis 3 Minuten), und eine Beurteilung ist nach der Überwachung in dem Erfassungsintervall möglich.
Da eine Luftmenge abnimmt, wenn die Atmosphärentemperatur steigt, ist es bevorzugt, eine Luftmengenänderung durch Erfassung der Lufttemperatur zu berechnen, um diese von einem Abnehmen der Luftmenge aufgrund eines Abrisses zu unterscheiden.
Weiterhin wird die Lufttemperatur vorzugsweise an einem Kompressoreinlassabschnitt erfasst (beispielsweise zwischen einer stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit und dem Kompressoreinlass).
Es ist möglich, die Erfassung eines Einlassluftdurchsatzes durch Erfassung eines Kompressorförderdrucks zu ersetzen, indem eine Erfassungseinrichtung vorgesehen ist, die einen Kompressorförderdruck auf einen Kompressor-Förderluftströmungsdurchgang erfasst.
Alternativ ist es möglich, eine Einrichtung zur Erfassung einer Gasturbinen-Einlasslufttemperatur und eine Regeleinheit vorzusehen, die eine Regelung so durchführt, dass eine Wassereinsprühung erfolgt, wenn die Lufttemperatur einen konstanten Wert erreicht oder über diesem liegt. Zu diesem Zeitpunkt kann eine beliebige Gastemperatur verwendet werden, obwohl eine Gastemperatur an einer stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit und eine Gastemperatur an einer stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit als Gastemperatur in Frage kommen, die für die Regelung zu erfassen ist. In einem Fall, wenn sie an der stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit erfasst wird, ist es möglich, die Lufttemperatur an mehreren Punkten in derselben Ebene in einer Strömungsrichtung zu erfassen. Wenn die Lufttemperatur unter einen unteren Grenzwert sinkt, wird eine Wassereinsprühmenge entsprechend der Lufttemperatur begrenzt. Sonst ist es möglich, die Wasserzufuhr zu stoppen.
Dadurch kann ein stabiler Betrieb der Gasturbine erreicht werden, während eine Vereisungserscheinung an den Kompressoreinlassleitschaufeln vermieden wird.
Durch Vorsehen von Einrichtungen zur Erfassung der Temperatur und der Feuchtigkeit einer Gasturbineneinlassluft und einer Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer potentiellen Temperatur am Feuchtkugelthermometer aus der Feuchtigkeit oder durch Vorsehen einer Einrichtung zur Erfassung einer potentiellen Lufttemperatur am Feuchtkugelthermometer ist es weiterhin möglich, eine Regeleinheit vorzusehen, die eine Regelung so durchführt, dass eine Wassereinsprühung erfolgt, wenn die potentielle Temperatur am Feuchtkugelthermometer einen konstanten Wert erreicht oder diesen überschreitet. Obwohl eine potentielle Temperatur am Feuchtkugelthermometer an einer stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit und eine potentielle Temperatur am Feuchtkugelthermometer an einer stromabwärtigen Seite als potentielle Temperaturen am Feuchtkugelthermometer in Frage kommen, die für die Regelung verwendet werden, kann in diesem Fall eine beliebige dieser Temperaturen verwendet werden. In einem Fall, wenn die potentielle Temperatur am Feuchtkugelthermometer unter einen unteren Grenzwert fällt, kann die Wassereinsprühmenge entsprechend der Temperatur begrenzt werden, oder es ist möglich, die Wasserzufuhr zu stoppen.
Dadurch kann ein stabiler Betrieb der Gasturbine erreicht werden, während eine Vereisungserscheinung an den Kompressoreinlassleitschaufeln vermieden wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung des Drucks einer Gehäusewand eines Einlassleitschaufelabschnitts des Kompressors angeordnet, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass sie eine Wassersprühmenge während des Wassertröpfchensprühbetriebs auf der Basis des erfassten Wanddrucks regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit den Gehäusewanddruck an einem Kompressoreinlassleitschaufeleinlass und führt eine Regelung so durch, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn der Durchsatz während des Wassersprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert erreicht oder über diesem liegt.
Dadurch ist es möglich, den Gehäusedruck des Kompressoreinlassleitschaufeleinlases zu überwachen und dadurch eine Änderung des Luftdurchsatzes annähernd zu bestimmen, wodurch es möglich ist, eine Zustandsänderung einfach zu erfassen und die Leistung durch die Wassereinsprühung zu erhöhen, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen auf einfache Art gewährleistet wird.
Darüber hinaus ist es außerdem möglich, den Druck im Inneren des Kompressors zu erfassen und eine Regelung so durchzuführen, dass die Wassereinspritzmenge auf der Basis der Erhöhung des Drucks um mehr als einen vorgeschriebenen Wert verringert wird. Dadurch ist die Erfassungseinrichtung einfach zu installieren, und die Luftmenge kann einfach erfasst werden.
Weiterhin ist es möglich, eine Druckänderung im Inneren des Kompressors zu erfassen und eine Regelung so durchzuführen, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn die Druckänderung einen vorgeschriebenen Wert überschreitet. Dadurch ist es möglich, einen abnormen Zustand direkt zu messen und das Ereignis genau zu erfassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie die Einspritzeinheit so regelt, dass ein Förderdruck des Kompressors überwacht wird und eine Wassersprühmenge verringert wird, wenn während des Wassertröpfchensprühbetriebs der Förderdruck einen vorgeschriebenen Wert unterschreitet.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit einen Kompressorförderdruck und regelt die Wassersprühmenge, wenn der Förderdruck während eines Wassereinsprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert unterschreitet. Dadurch ist es möglich, rasch einen abnormen Zustand zu erfassen, der mit einem hohen Druck in Zusammenhang steht, wie Vereisung, Abriss usw. Daher ist es möglich, durch die Wassereinsprühung einen Hochleistungsbetrieb durchzuführen und ein Auftreten von Vereisung, Abriss usw. früh zu erfassen und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen aufrechtzuerhalten.
Wenn ein Mittel zur Erfassung eines Kompressorförderdrucks vorgesehen ist und eine Wassereinspritzmenge während des Wassereinsprühbetriebs entsprechend dem Kompressorförderdruck geregelt wird, wird ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt, und es ist möglich, einen Betrieb so durchzuführen, dass der zulässige Veränderungsbereich unter- und nicht überschritten wird, oder einen Betrieb so durchzuführen, dass die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn der zulässige Veränderungsbereich überschritten wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie einen adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors überwacht und eine Wassersprühmenge auf der Basis des adiabatischen Wirkungsgrads während eines Wassertröpfchensprühbetriebs regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit einen adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors und führt eine Regelung so durch, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn der adiabatische Wirkungsgrad während des Wassereinsprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert unterschreitet.
Dadurch kann selbst bei einer Änderung der Atmosphärentemperatur die Temperatur erfasst werden, und eine Vereisung, Abriss usw. kann erfasst werden. Deshalb ist es selbst bei einer Änderung der Atmosphärentemperatur möglich, die Vorrichtung und die Einrichtungen einfach vor Vereisung, Abriss usw. zu schützen und durch Wassereinsprühung eine Hochleistungs-Gasturbine zur Verfügung zu stellen. Außerdem kann eine Fehlanpassung der Stufen im Inneren des Kompressors erfasst werden und ein weiterer Sicherheitsbetrieb kann durchgeführt werden.
Wenn ein Mittel zur Messung eines adiabatischen Wirkungsgrads des Kompressors vorgesehen ist und eine Wassermenge entsprechend dem adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors während des Wassereinsprühbetriebs geregelt wird, wird ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt, und es kann ein Betrieb, bei dem die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, oder ein Betrieb, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn der zulässige Veränderungsbereich überschritten wird, durchgeführt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie eine Abgastemperatur überwacht und eine Wassersprühmenge während eines Wassertröpfchensprühbetriebs auf der Basis der Abgastemperatur regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit eine Abgastemperatur und führt eine Regelung so durch, dass die Sprühwassermenge abnimmt, wenn die Abgastemperatur während des Wassereinsprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert erreicht oder diesen überschreitet.
Dadurch ist es möglich, eine Änderung eines Ereignisses rasch zu erfassen und die Vorrichtung und die Einrichtungen in geeigneter Weise vor einem abnormen Zustand zu schützen und durch die Wassereinsprühung einen Hochleistungsbetrieb der Gasturbine zu erreichen.
Durch Vorsehen einer Einrichtung zur Erfassung einer Verbrennungs-Abgastemperatur, wenn die Wassermenge entsprechend der Verbrennungs-Abgastemperatur während des Wassereinsprühbetriebs geregelt wird, wird ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt, und es kann ein Betrieb, bei dem die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, oder ein Betrieb, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn der zulässige Veränderungsbereich überschritten wird, durchgeführt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie Vibrationen eines Gasturbinenlagers überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der Vibrationswerte regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit Vibrationen eines Gasturbinenlagers und führt eine Regelung so durch, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn die Vibrationen während des Wassereinsprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert überschreiten.
Dadurch kann es direkt erfasst werden, dass ein Abriss teilweise in Umfangsrichtung auftritt, und ein teilweiser Abriss und Vereisung können direkt erfasst werden. Es ist möglich, die Vorrichtung und die Einrichtungen vor Abnormität zu schützen, indem ein teilweiser Abriss und Vereisung erfasst wird, und durch die Wassereinsprühung einen Hochleistungsbetrieb vorzusehen. Weiterhin ist es möglich, in geeigneter Weise Vibrationen aufgrund eines Ungleichgewichts eines drehenden Abschnitts einer Gasturbine zu erfassen, das durch Ungleichmäßigkeit der in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen verursacht wird, und einen Hochsicherheitsbetrieb durchzuführen.
In einem Fall, in dem eine Einrichtung zum Erfassen von Vibrationen des Gasturbinenlagers vorgesehen ist und die Wassereinspritzmenge entsprechend den Vibrationen des Lagers während des Wassereinsprühbetriebs geregelt wird und ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt wird, ist es möglich, einen Betrieb, bei dem die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, oder ein Betrieb, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn sie den zulässigen Veränderungsbereich überschreitet, durchzuführen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie eine Drucklagermetalltemperatur überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der Drucklagermetalltemperatur regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit eine Metalltemperatur eines Gasturbinen-Drucklagers und führt eine Regelung so durch, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn die Metalltemperatur während des Wassereinsprühbetriebs einen vorgeschriebenen Wert überschreitet.
Dadurch kann eine Temperaturänderung in dem Drucklager erfasst werden, und wenn ein Ungleichgewicht in dem Drucklager auftritt, kann es mit Sicherheit erfasst werden. Es ist möglich, die Vorrichtung und die Einrichtungen vor Abnormität zu schützen, die durch das Ungleichgewicht verursacht wird, und durch die Wassereinsprühung einen Hochleistungsbetrieb der Gasturbine vorzusehen.
In einem Fall, wenn eine Einrichtung zur Erfassung einer Metalltemperatur des Gasturbinen-Drucklagers vorgesehen ist und die Wassermenge entsprechend der Metalltemperatur des Drucklagers während des Wassereinsprühbetriebs geregelt wird und ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt wird, ist es möglich, einen Betrieb, bei dem die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, oder einen Betrieb, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn sie den zulässigen Veränderungsbereich überschreitet, durchzuführen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie eine Axialströmungsgeschwindigkeit eines in dem Kompressor strömenden Fluids überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der Axialströmungsgeschwindigkeit regelt.
Beispielsweise überwacht die oben genannte Regeleinheit eine Axialströmungsgeschwindigkeit des Fluids im Inneren des Kompressors und führt eine Regelung so durch, dass die Wassersprühmenge verringert wird, wenn die Axialströmungsgeschwindigkeit während des Wassereinsprühbetriebs auf einen vorgeschriebenen Wert oder unter diesen gesenkt wird. Da diese unabhängig von Bedingungen wie der Atmosphärentemperatur usw. bestimmt wird, kann die Regelung einfach durchgeführt werden, und eine präzise Regelung kann in dieser Beziehung durchgeführt werden. Weiterhin ist es möglich, einen Grenzwert einer Wassersprühmenge auf der Basis dieses Werts zu bestimmen und ihn zu einer Regelgrundlage zu machen, wodurch eine direkte Regelung durchgeführt werden kann.
Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung und die Einrichtungen vor einer Abnormität zu schützen, die durch Vereisung usw. verursacht wird, und durch den Wassereinsprühbetrieb einen Hochleistungsbetrieb vorzusehen.
In einem Fall, wenn ein Mittel zur Berechnung einer Axialströmungsgeschwindigkeit im Inneren des Kompressors vorgesehen ist und die Wassermenge entsprechend der Axialströmungsgeschwindigkeit des Fluids in dem Kompressor während des Wassereinsprühbetriebs geregelt wird, ist es möglich, eine Axialströmungsgeschwindigkeit an der letzten Stufe des Kompressors aus einer Luftmenge am Kompressoreinlass, einem Kompressorförderdruck und einer Kompressorfördertemperatur zu berechnen, obwohl die Axialströmungsgeschwindigkeit an jeder Stufe berechnet werden kann. Ein Betriebsverfahren, bei dem ein konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt wird und die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, und ein Betrieb, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn sie den zulässigen Veränderungsbereich überschreitet, kommen in Frage, es kann jedoch eine beliebige der Betriebsarten verwendet werden. Wenn die Wasserzufuhr gestoppt wird, kann weiterhin ein beliebiges der Verfahren verwendet werden, obwohl es ein Verfahren zum Stoppen der Wasserzufuhr durch eine Betätigung eines Speisewasser-Unterbrechungsventils eines Speisewassersystems und ein Verfahren zum Stoppen der Wasserzufuhr durch Stoppen einer Speisewasserpumpe gibt.
Alternativ ist es möglich, eine Einrichtung zur Erfassung einer Abzugsmenge in dem Kompressoreinlassluft-Einlassabschnitt und eine Regeleinheit vorzusehen, die die Wassermenge entsprechend der Abzugsmenge regelt. Ein Betriebsverfahren, bei dem ein willkürlicher konstanter Wert im Voraus als zulässiger Veränderungsbereich gesetzt wird und die Wassermenge verringert wird, um den zulässigen Veränderungsbereich nicht zu überschreiten, und ein Betriebsverfahren, bei dem die Wasserzufuhr gestoppt wird, wenn sie den zulässigen Veränderungsbereich überschreitet, kommen in Frage, obwohl ein beliebiges der Betriebsverfahren verwendet werden kann. Die Abzugsmenge kann erfasst werden, indem ein Hochniveauschalter in dem Abzugstank angeordnet wird.
Wenn die Wasserzufuhr gestoppt wird, kann ein beliebiges der Verfahren verwendet werden, obwohl es ein Verfahren zum Stoppen der Wasserzufuhr durch einen Betrieb des Speisewasser-Unterbrechungsventils eines Speisewassersystems und ein Verfahren und ein Betriebsverfahren zum Stoppen der Wasserzufuhr durch Stoppen der Speisewasserpumpe des Speisewassersystems gibt.
Da der Kompressor so aufgebaut ist, dass er keine Wassertröpfchen mit großem Durchmesser ansaugt, ist es somit möglich, einen stabilen Betrieb des Kompressors und der Gasturbine durchzuführen und eine Abnutzung der Kompressorschaufeln zu vermeiden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie zum Zeitpunkt des Wassertröpfchensprühens eine der Brennkammer zugeführte Kraftstoffmenge im Vergleich zu einer Kraftstoffmenge erhöht, die der Brennkammer zum Zeitpunkt des Stoppens des Wassersprühens zugeführt wird.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass eine Regeleinheit eine Regelung so durchführt, dass eine der Brennkammer zugeführte Kraftstoffzufuhrmenge auf der Basis des Starts der Wassereinsprühung stärker erhöht wird als vor dem Start der Wassereinsprühung, und dass die Kraftstoffzufuhrmenge auf der Basis des Stoppens der Wassereinsprühung weniger stark verringert wird als vor dem Stoppen der Wassereinsprühung.
Weiterhin ist es ebenfalls zum Zeitpunkt der Wassereinsprühung bevorzugt, eine Regeleinheit vorzusehen, die eine Regelung so durchführt, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkammer stärker erhöht wird, wenn die Wassertröpfcheneinsprühmenge höher ist als wenn die Wassertröpfcheneinsprühmenge gering ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Kraftstoffzufuhrmenge entsprechend der Feuchtigkeit zu regeln (zu korrigieren oder zu kompensieren).
In einem Fall, wenn eine Gasturbinenabgastemperatur verwendet wird, um eine Gasturbineneinlasstemperatur konstant zu regeln, kommen ein Verfahren zur Korrektur eines Werts, der aus der Gasturbinen-Abgastemperatur entsprechend der Feuchtigkeitsmenge an dem Gasturbineneinlass erfasst wird, und ein Verfahren zur Korrektur einer vorher bestimmten Abgastemperatur-Regellinie entsprechend der Feuchtigkeitsmenge an dem Gasturbineneinlass in Frage.
Konkret ist es beispielsweise möglich, eine Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen, indem die Abgastemperatur-Regellinie korrigiert wird, die auf des Basis des Wassertröpfchensprühens gesetzt wurde und an einer Hochtemperaturseite während des Wassereinsprühbetriebs nicht angewandt wird.
Alternativ ist es möglich, die Kraftstoffeinspritzmenge zu erhöhen, indem ein Messwert der Abgastemperatur korrigiert wird.
In einem Fall, wenn die Erfassung der Feuchtigkeit um den Kompressor an einer stromaufwärtigen Seite des Kompressors durchgeführt wird, können ein Verfahren zu deren Berechnung aus der Feuchtigkeit des Gases an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit, der Wassereinsprühmenge von der Einspritzeinheit und einer Abzugsmenge, die in dem Einlassluftkanal auftritt, in Betracht gezogen werden. Die Erfassung der Feuchtigkeit kann an dem Kompressorförderabschnitt durchgeführt werden.
Dadurch ist ein Betrieb der Gasturbine möglich, bei dem die Verbrennungstemperatur immer konstant gehalten wird, ohne dass die Wassereinsprühung einen Einfluss ausübt, und es ist möglich, durch Wassereinsprühung eine maximale Leistungssteigerungswirkung zu erzielen.
Dadurch wird die Verbrennungstemperatur in geeigneter Weise korrigiert (beispielsweise zu der Seite einer höheren Temperatur korrigiert), und eine weitere Leistungsverbesserung kann während des Wassereinsprühbetriebs erreicht werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine ist die Regeleinheit so ausgelegt, dass sie eine Wassersprühmenge auf der Basis der erfassten NOx-Konzentration regelt.
Im Vergleich zu NOx-Vergleichsmesswerten bei Sprühen von Wasser oder Dampf in die Brennkammer ist ein Mischzustand von Wasser und Luft besser, weil ein Gas, bei dem Luft und Wasser in der Brennkammer gleichmäßig gemischt sind, in der Brennkammer strömt. Deshalb ist es möglich, mit einer einfachen Vorrichtung einen niedrigen NOx-Ausstoß zu verwirklichen, während Verbrennungsvibrationen unterdrückt werden und eine stabile Verbrennung bewirkt wird.
Auf der Basis eines erfassten Werts der NOx-Konzentration des Gasturbinenabgases wird eine Wassermenge entsprechend einer Differenz zwischen einer Soll-NOx-Konzentration und dem oben genannten Gasturbinenabgas-NOx-Konzentrationswert geregelt, wodurch es möglich ist, die NOx-Konzentration auf den Sollwert zu senken.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gasturbine weist die Brennkammer einen Vormischer für eine Verbrennung eines Kraftstoff/Luft-Vorgemisches auf, und die Regeleinheit ist so ausgelegt, dass ein Verhältnis von Kraftstoff und Luft in dem Kraftstoff/Luft-Vorgemisch größer wird, wenn die Sprühwassermenge höher ist.
Weiterhin ist es bevorzugt, eine Regelung so durchzuführen, dass ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft in dem vorgemischten Gas größer wird, wenn die Wassersprühmenge höher ist.
Eine Veränderung der Wassersprühmengen ändert einen Fluidzustand erheblich. Es ist jedoch möglich, eine Instabilität des Verbrennungszustands zu unterdrücken, die während des erfindungsgemäßen Wassereinsprühbetriebs auftritt. Deshalb ist es möglich, eine Gasturbine zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Verbrennungsstabilität aufweist und durch Wassereinsprühung einen Hochleistungsbetrieb durchführen kann.
Weiterhin ist es möglich, an Stelle der oben genannten Regeleinheit eine NOx-Konzentrations-Erfassungseinheit zur Erfassung einer NOx-Konzentration des Verbrennungsabgases, eine Druckveränderungs-Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Druckveränderung innerhalb der Brennkammer und eine Regeleinheit, die eine Regelung so durchführt, dass die oben genannte Wassertröpfchensprührmenge erhöht wird, wenn die NOx-Konzentration einen vorgeschriebenen Wert erreicht oder diesen überschreitet, und die Wassertröpfchensprühmenge verringert wird, wenn die Druckveränderung einen vorgeschriebenen Wert erreicht oder diesen überschreitet, vorzusehen.
Dadurch wird im Betrieb eine Leistung durch die Wassereinsprühung erhöht, eine emittierte NOx-Konzentration ist niedriger und eine Verbrennungsstabilität ist höher.
Durch Vorsehen einer Einrichtung zur Erfassung der NOx-Konzentration des Gasturbinenabgases und der Druckveränderung in der Brennkammer ist es weiterhin möglich, die Wassersprühmenge an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors zu regeln, um die Gasturbinenabgas-NOx-Konzentration und die Druckveränderung in der Brennkammer innerhalb zulässiger Werte unterdrückt zu halten.
In einem Fall, wenn Dampf oder Wasser in die Brennkammer eingespritzt wird, ist es weiterhin ebenfalls auf ähnliche Art möglich, die Wassereinspritzmenge an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors und die Wasser- oder Dampfeinspritzmenge in die Brennkammer so zu regeln, dass die Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentration und die Druckveränderung im Inneren der Brennkammer während eines Wassereinsprühbetriebs an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors jeweils innerhalb eines zulässigen Werts liegen. Dadurch ist es möglich, einen stabilen Betrieb der Brennkammer zu erreichen.
Durch Vorsehen einer Einrichtung zur Überwachung der Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentration und der Druckveränderung im Inneren der Brennkammer ist es weiterhin möglich, ein Vorgemischverbrennungsverhältnis so zu regeln, dass die Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentration und die Druckveränderung im Inneren der Brennkammer jeweils einen konstanten Wert nicht überschreiten, der im Voraus während des Wassereinsprühbetriebs gesetzt wurde. Dadurch ist es möglich, einen stabilen Betrieb der Brennkammer zu erreichen.
Bezüglich der oben erläuterten Gasturbine ist es möglich, sowohl die Leistung von bereits existierenden, installierten Gasturbinen als auch von neu installierten Gasturbinen zu erhöhen. In diesem Fall sind die bereits existierenden Gasturbinen jeweils mit der oben genannten Einspritzeinheit, einer beliebigen der oben genannten Regeleinheiten entsprechend einer Aufgabe oder einem Bedarf sowie falls nötig dazugehörigen Vorrichtungen und Einrichtungen als System zur Erhöhung der Gasturbinenleistung versehen.
Auf diese Art kann der oben genannte Betrieb jeder der Erfindungen erreicht werden, indem die oben genannte Einspritzeinheit, Regeleinheit oder weitere notwendige dazugehörige Vorrichtungen und Einrichtungen sogar in bereits existierenden Gasturbinen vorgesehen werden.
Wenn angenommen wird, dass es Fälle gibt, in denen der oben genannte Betrieb und die oben genannte Wirkung nicht ausreichend vorhanden sind, kann weiterhin an Stelle der oben genannten Einspritzeinheit, die innerhalb eines Einlassluftkanals an einer stromaufwärtigen Seite des Kompressors angeordnet und so aufgebaut ist, dass Wassertröpfchen in die dem Kompressor zuzuführende Luft eingespritzt werden, um die Temperatur der in den Kompressor einzuführenden Luft im Vergleich zu einer Atmosphärentemperatur zu senken, und die gesprühten Wassertröpfchen, die mit der Luft, deren Temperatur gesunken ist, in den Kompressor eingeführt werden, während des Durchgangs durch den Kompressor verdampft werden, oder zusätzlich zu der oben genannten Einspritzeinheit die oben genannte Regeleinheit für ein System oder eine Vorrichtung verwendet werden, die mit einer Kühleinrichtung zum Kühlen von dem Kompressor zugeführter Luft versehen ist, um die Leistung zu erhöhen. Die Kühleinrichtung kann eine Einrichtung zum Bewirken eines direkten oder indirekten Wärmeaustauschs mit Luft sein, die der Einspritzeinheit und dem Kompressor zugeführt wird, wobei eine Kaltwärmequelle wie Eis, flüssige Luft usw. verwendet wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Gasturbine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2A ist ein Diagramm, das Gasturbinen-Leistungskennlinien bezogen auf Atmosphärentemperaturen zeigt;
2B ist ein Diagramm, das Wassereinpritzmengen bezogen auf Atmosphärentemperaturen zeigt;
3 ist ein Diagramm, das zulässige Wassereinspritzmengen bezüglich Atmosphärentemperaturen und Winkeln von Kompressoreinlassleitschaufeln (ELSn) zeigt;
4 ist ein Diagramm, das zulässige Wassereinspritzmengen bezüglich Atmosphärentemperaturen und relativen Feuchtigkeiten zeigt;
5A ist ein Diagramm, das einen Grenzwert für Mengen von in den Kompressor einzuführenden Wassertröpfchen zeigt;
5B ist ein Diagramm, das den Betriebszustand entlang einer Luftfeuchtigkeitskurve zeigt;
6 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Gasturbine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
7 ist ein Blockdiagramm, das den Steuerungsablauf einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
8 ist ein Diagramm, das das Verhältnis von Wassereinspritzmengen zu Teilchendurchmessern und Luftmengen zeigt, wenn ein Luft/Wasser-Verhältnis konstant ist;
9 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Gasturbine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
10 ist ein Diagramm, das Verhältnisse von Wassersprühmengen zu Hilfsverteilerkopf-Wasserzufuhrmengen zeigt;
11A ist ein Diagramm, das Verhältnisse von Wassersprühmengen zu Luft/Wasser-Verhältnissen und Luftmengen zeigt, wenn der Teilchendurchmesser konstant ist;
11B ist ein Diagramm, das Verhältnisse von Wassersprühmengen zu Teilchendurchmesser und Luft/Wasser-Verhältnissen zeigt, wenn die Luftmenge konstant ist;
12A ist ein schematisches Blockdiagramm einer Gasturbine einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
12B ist ein Schnitt entlang einer Linie B-B von 12A;
13 ist ein Diagramm, das Wassereinspritzgrenzen bezüglich Kompressoreinlasstemperaturen zeigt, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist;
14 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Gasturbine gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
15 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand der Gasturbine bei Auftreten von Vereisungserscheinungen in dem Einlass des Kompressors zeigt;
16 ist ein Diagramm, das den Betriebszustand der Gasturbine bei Auftreten von Abrisserscheinungen im Inneren des Kompressors zeigt;
17A ist ein Diagramm, das eine Änderung der Geschwindigkeitsdreiecke einer Kompressorlaufschaufel aufgrund der Einspritzung von Wassertröpfchen in den Kompressor zeigt;
17B ist ein Diagramm, das eine Änderung der Einfallswinkel der Kompressorlaufschaufel bezüglich einer Menge an in den Kompressor einzuspritzenden Wassertröpfchen zeigt;
18 ist ein Blockdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung einer Axialgeschwindigkeit an der letzten Stufe des Kompressors zum Zweck der Wassermengenbegrenzung zeigt;
19 ist ein schematisches Steuerungs-Blockdiagramm, das eine Regelung zeigt, die in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstoffmengen regelt;
20 ist ein schematisches Steuerungs-Blockdiagramm, das eine Regelung zeigt, die in eine Brennkammer eingespritzte Kraftstoffmengen regelt;
21A ist ein Diagramm, das Verhältnisse von Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentrationen und Wassereinspritzmengen in dem Kompressoreinlass zeigt;
21B ist ein Diagramm, das Verhältnisse von Verbrennungsvibrationen und Wassereinspritzmengen in dem Kompressoreinlass zeigt;
22A ist ein Diagramm, das ein Verhältnis von Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentrationen und Vorgemisch-Verbrennungsverhältnissen in der Brennkammer zeigt, und
22B ist ein Diagramm, das ein Verhältnis von Verbrennungsschwingungen und Vorgemisch-Verbrennungsverhältnissen in der Brennkammer zeigt.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschrieben.
Eine Gasturbine gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 gezeigt, umfasst einen Kompressor 1, der ein Gas verdichtet und fördert, eine Brennkammer 2, in die das von dem Kompressor verdichtete Gas zugeführt wird, eine Turbine 3, die von einem Verbrennungsgas der Brennkammer 2 angetrieben wird, sowie einen Generator 4, der mit der Welle der Turbine 3 verbunden ist. Ein Gasturbinenabgas wird in einen Abwärmegewinnungsboiler 72 für einen Wärmeaustausch mit Dampf oder Wasser eingeführt, das zum Arbeitsmedium wird, um eine Dampfturbine 73 anzutreiben, und anschließend wird es in die Atmosphäre abgelassen. Die Dampfturbine 73, die von dem Dampf angetrieben wird, der durch den Wärmeaustausch mit dem Gasturbinenabgas erhitzt wird, ist direkt mit dem Generator 4 gekoppelt. Dampf, der von der Dampfturbine 73 gefördert wird, wird durch einen Kondensator 74 gekühlt, um zu Wasser kondensiert zu werden. Eine Luftansaugkammer 11 nimmt Luft auf, die dem Kompressor 1 zugeführt werden soll. Weiterhin ist normalerweise eine Lüftungsklappe 10 an der stromaufwärtigen Seite der Ansaugkammer 11 vorgesehen. Die Lüftungsklappe 10 ist mit einem Luftfilter versehen, der an der Seite des Kompressors installiert ist (an der stromabwärtigen Seite). Da der Luftfilter unmittelbar stromabwärts der Lüftungsklappe 10 angeordnet ist, ist seine Darstellung weggelassen. Eine Einlassleitung 13 ist mit der Ansaugkammer 11 an deren stromabwärtiger Seite verbunden, und ein Schalldämpfer 12 ist im Inneren der Einlassleitung installiert. Weiterhin sind im Inneren der Einlassleitung 13 eine Sprühwasserleitung 15, eine Zerstäubungsluftleitung 16 und eine Sprühdüse oder -düsen 17 an der stromabwärtigen Seite des Schalldämpfers 12 angeordnet. Der Einlasskanal 13 ist mit einem Kompressoreinlassabschnitt 14 zum Einführen von Luft in den Kompressor 1 verbunden. Weiterhin sind die Sprühwasserleitung 15 und die Zerstäubungsluftleitung 16 als mehrere Systeme angeordnet. In 1 ist ein einzelnes System dargestellt.
Sprühwasser wird aus einem Speisewasserbehälter 18 durch ein Fremdkörperentfernungssieb 19, eine Speisewasserpumpe 20, ein Speisewasser-Unterbrechungsventil 21, ein Speisewasser-Zufuhrregelventil 22, ein Wasserdurchfluss-Messgerät 23 und einen Fremdkörperentfernungsfilter 24 einem Speisewasser-Verteilerkopf 25 zugeführt. Wasser wird von dem Speisewasser-Verteilerkopf 25 durch ein Speisewasser-Verteilerkopf-Auslass-Strömungsregelventil 26 der Sprühwasserleitung 15 zugeführt.
In einem Fall, wenn Zweifluid-Sprühdüsen verwendet werden, wird ein Wassertröpfchen-Zerstäubungsluftsystem notwendig. Als Wassertröpfchen-Zerstäubungsluft wird eine Luft, die von dem Kompressor abgezogen wird, durch ein Luftunterbrechungsventil 27, ein Luftdruckregelventil 28, einen Fremdkörperentfernungs-Zyklonabscheider 29, ein Luftdurchfluss-Messgerät 30 und ein Luftströmungsregelventil 31 einem Sprühluft- Verteilerkopf 32 zugeführt. Luft wird von dem Sprühluft-Verteilerkopf 32 jeder Sprühluftleitung 16 zugeführt, die im Inneren der Einlassleitung 13 angeordnet ist.
In 1 ist gezeigt, dass die Luft von dem Förderabschnitt des Kompressors 1 abgezogen wird, sie kann jedoch von einer Zwischenstufe des Kompressors abgezogen werden.
Signale einer Speisewassermenge und einer Sprühluftmenge, die von dem Wasserdurchfluss-Messgerät 23 und dem Luftdurchfluss-Messgerät 30 gemessen werden, werden einer Regeleinheit 35 zugeleitet. Die Regeleinheit 35 berechnet eine erforderliche Wassermenge und Luftmenge aus Betriebsbedingungen der Gasturbine selbst und regelt das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 und das Luft-Strömungsregelventil 31. Mittels Berechnung durch Vergleich mit den Betriebsgrenzen der Gasturbine selbst sendet die Regeleinheit weiterhin Öffnen/Schließen-Betriebssignale an die Speisewasserpumpe 20 und das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21.
Die Gasturbinen-Leistungserhöhung entsprechend Wassereinsprühmengen wird im Folgenden erläutert.
Wassertröpfchen, die von der Wassersprühdüse 17 gesprüht oder eingespritzt werden, haben jeweils einen durchschnittlichen Sauter-Teilchendurchmesser (S.M.D.) von ungefähr 10 μm. Wassertröpfchen, die von der Wassersprühdüse 17 gesprüht werden, werden teilweise verdampft, während sie die Einlassleitung 13 hinunter strömen, bis sie in den Kompressor 1 gelangen. Die Wassertröpfchen werden mit Luft gemischt, die von der Ansaugkammer 11 eingeführt wird. Ansaugluft einschließlich gesprühter Wassertröpfchen wird in den Kompressor 1 eingeführt, und die eingeführten Wassertröpfchen verdampfen, während sie in dem Kompressor 1 strömen. Anschließend werden verdichtete Luft, die von dem Kompressor 1 gefördert wird, und Kraftstoff der Brennkammer 2 zugeführt und verbrennen. Verbrennungsgas wird der Gasturbine 3 zugeführt und treibt sie an. Das Turbinenabgas wird als Wärmequelle in den Abwärmegewinnungsboiler 72 eingeführt, und dort erzeugter Dampf treibt die Dampfturbine 73 an. Eine ausführliche Erläuterung folgt unten.
Durch das Einführen von Flüssigkeitströpfchen zur Verdampfung in dem Kompressor 1, in dem das oben genannte Mischungsgas strömt, und durch Verdampfung der Wassertröpfchen ist es möglich, einen Wirkungsgrad bei Teillast im Vergleich zu dem oben genannten Stand der Technik weiter zu verbessern. Wenn die Wassertröpfchen, die ins Innere des Kompressors gelangt sind, verdampfen, und die Verdampfung in dem Kompressor 1 abgeschlossen ist, wird das Gas im Inneren des Kompressors 1 weiterhin einer adiabatischen Verdichtung unterzogen. Zu diesem Zeitpunkt hat eine spezifische Wärmekapazität bei konstantem Wasserdampfdruck einen Wert, der annähernd zweimal so hoch wie der der Luft in der Nähe einer typischen Temperatur im Inneren des Kompressors (300°C) ist, daher besteht der Vorteil, dass bezüglich der Wärmekapazitätsumwandlung des Dampfes zu Luft angenommen wird, dass sein Betriebsfluid durch Hinzufügung von Luft vermehrt wird, die gleichwertig mit dem Doppelten des Gewichts der verdampften Wassertröpfchen ist. D.h. es wird bewirkt, dass eine Temperatur des Auslass-Mischgas (Luft und Dampf) des Kompressors sinkt, oder es besteht eine Temperaturanstiegs-Unterdrückungswirkung. Durch Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors wie oben beschrieben wird bewirkt, dass eine Temperatur von gefördertem Mischgas am Auslass des Kompressors sinkt. Da eine Energie des Kompressors gleich einer Differenz der Enthalpien des Mischgases zwischen Einlass und Auslass des Kompressors ist, und da die Enthalpie des Mischgases proportional zu den Temperaturen ist, kann die für den Kompressor nötige Energie reduziert und ein Wirkungsgrad verbessert werden, wenn die Auslass-Mischgastemperatur des Kompressors verringert wird.
Angenommen, dass eine Kompressoreinlass-Ansaugtemperatur T1 ist, eine Kompressorauslasstemperatur T2 ist, eine Verbrennungstemperatur T3 ist und eine Gasturbinenauslasstemperatur T4 ist, kann ein Gasturbinenwirkungsgrad η durch die folgende Gleichung annähernd bestimmt werden: η = 1 – (T4 – T1)/(T3 – T2).
Da der zweite Term auf der rechten Seite der Gleichung klein wird, wenn die Kompressoreinlasstemperatur T2 durch Mischen und Verdampfung des gesprühten Wassers auf T2' (<T2) absinkt, folgt daraus, dass der Wirkungsgrad durch Wassereinspritzung steigt. Mit anderen Worten, eine Wärmeenergie Cp (T4 – T1), die aus einer Wärmekraftmaschine der Gasturbine heraus gefördert wird, ändert sich nicht wesentlich vor und nach der Anwendung der Erfindung, jedoch wird bewirkt, dass eine Eingangs-Kraftstoffenergie Cp (T3 – T2') um Cp (T2 – T2') erhöht wird, d.h. entsprechend einem Abschnitt des Absinkens der Arbeit des Kompressors. Da der Anteil des Absinkens der Arbeit des Kompressors gleichwertig mit der erhöhten Leistung ist, trägt andererseits wie oben beschrieben dieser gesamte anteilige Kraftstoffabschnitt wesentlich zu einer Erhöhung des Leistung der Gasturbine bei. D.h. ein erhöhter Leistungsabschnitt hat einen Wärmewirkungsgrad von 100%. Daher kann der Wärmewirkungsgrad der Gasturbine verbessert werden. Da die Verbrennungstemperatur konstant gehalten wird, ist ein Wirkungsgrad des Dampfzyklus gleich demjenigen vor der Anwendung der Erfindung, so dass ein gesamter Wärmewirkungsgrad des kombinierten Zyklus verbessert werden kann.
Wenn die Teilchengröße der Sprühflüssigkeitströpfchen groß ist, prallen die Tröpfchen auf Schaufeln und Gehäuse des Kompressors 1 und nehmen Wärme von dem Metall auf, so dass sie verdampfen, so dass eine Wirkung der Reduzierung der Temperatur des Arbeitsfluids verhindert werden kann. Daher ist die Flüssigkeitsteilchengröße von diesem Standpunkt aus vorzugsweise klein. Die Sprühflüssigkeitströpfchen haben eine Teilchengrößenverteilung. Vom Standpunkt der Unterdrückung des Aufprallens auf die Schaufeln und das Gehäuse des Kompressors 1 und der Verhinderung einer Erosion der Schaufeln aus wird die hauptsächliche Größe der gesprühten Flüssigkeit auf einen Durchmesser von 50 μm oder weniger gebracht. Von dem Standpunkt aus, dass der Einfluss der Wirkung auf die Schaufeln verringert wird, ist es bevorzugt, dass der maximale Teilchendurchmesser 50 μm oder weniger beträgt.
Weiterhin können Flüssigkeitsteilchen von kleinerer Teilchengröße gleichmäßig in der Einlassluft verteilt werden und das Auftreten einer Temperaturverteilung im Inneren des Kompressors 1 unterdrücken. Von diesem Standpunkt aus beträgt der Teilchendurchmesser vorzugsweise 30 μm oder weniger als durchschnittlicher Sauter-Teilchendurchmesser (S.M.D.). Da Flüssigkeitströpfchen, die von der Sprühdüse gesprüht werden, eine Teilchengrößenverteilung haben, ist es nicht einfach, den maximalen Durchmesser der Teilchengröße zu messen. Daher wird praktischerweise die Größe verwendet, die als oben genannter S.M.D. gemessen wurde. Die Teilchengröße ist vorzugsweise klein, da jedoch eine Hochpräzisions-Herstellungstechnik für die Sprühdüse erforderlich ist, die kleine Flüssigkeitströpfchen produziert, ist eine Untergrenze, auf die die Teilchengröße technisch minimiert werden kann, ein praktischer Bereich der Teilchengröße. Daher ist beispielsweise eine Untergrenze der oben genannten hauptsächlichen Teilchengröße, die maximale Teilchengröße oder die durchschnittliche Teilchengröße 1 μm. Je kleiner die Teilchengröße gemacht wird, desto größer wird weiterhin die für die Herstellung von Teilchen solcher Größen nötige Energie, so dass die Untergrenze unter Berücksichtigung der Energie bestimmt werden kann, die für die Herstellung der kleinen Teilchen erforderlich ist. Wassertröpfchen, die so groß sind, dass sie in der Luft schweben und nur schwer herunterfallen, weisen im Allgemeinen einen guten Zustand der Kontaktfläche auf.
Luft strömt eine kurze Zeit lang durch den Kompressor 1, und von dem Standpunkt aus, dass die Flüssigkeitströpfchen in dieser Zeit gut zum Verdampfen gebracht werden und dadurch eine Verdampfungseffizienz erhöht wird, beträgt der S.M.D. vorzugsweise 30 μm oder weniger.
Da eine Sprühdüse zur Herstellung von Flüssigkeitströpfchen mit geringem Durchmesser eine Herstellungstechnik von hoher Präzision erfordert, ist weiterhin die Grenze, auf die die Tröpfchen verkleinert werden können, eine Untergrenze der Teilchengröße oder des Teilchendurchmessers. Sie beträgt z.B. 1 μm.
Wenn die Größe der Flüssigkeitströpfchen zu groß ist, ist es schwierig, eine gute Verdampfung der Flüssigkeitströpfchen in dem Kompressor 1 zu erzielen.
Die Menge an eingeführten Flüssigkeitströpfchen kann entsprechend einer Temperatur, einer Feuchtigkeit oder einem Grad der Leistungserhöhung, wie weiter unten beschrieben, eingestellt werden. Beispielsweise können 0,2 Gew.-% oder mehr eines Ansaugluft-Massendurchsatzes eingeführt werden, wobei eine Verdampfungsmenge von gesprühten Wassertröpfchen, die während des Strömens von einer Sprühposition zu dem Kompressoreinlass verdampfen, berücksichtigt wird. Eine Obergrenze der eingeführten Wassertröpfchen wird von einem Standpunkt der guten Aufrechterhaltung der Funktion des Kompressors bestimmt, wie weiter unten beschrieben. Beispielsweise wird die Obergrenze auf 5 Gew.-% festgesetzt, und ein Einführungsbereich einer Menge an Wassertröpfchen kann auf diesen Wert oder weniger festgesetzt werden.
In dem Einlasskanal 13 wird eine Menge Luft, die in die Gasturbine transportiert wird, vergrößert, indem die Einlassluft gekühlt wird und die Dichte der Luft erhöht wird. Im Inneren des Kompressors 1 wird verdichtete Luft gekühlt, und die für den Kompressor 1 nötige Energie wird verringert. Weiterhin vermehrt sich ein Arbeitsfluid für die Turbine, indem Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors 1 verdampft werden.
Da die Energie für den Kompressor 1 verringert werden kann, während eine Turbinenwellenleistung erhöht wird, kann eine hohe Leistung in der Turbine erzielt werden. Weiterhin kann dies zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads beitragen.
Wenn eine Wassersprühmenge von der Sprühdüse 17 erhöht wird, wird zunächst (als erste Stufe) eine Kompressoreinlassluftmenge erhöht, während die Kompressoreinlasstemperatur sinkt, wodurch eine Leistung erhöht wird. Wenn als zweite Stufe eine Wassersprühmenge weiter erhöht wird, ändert sich eine Anstiegsrate des Leistungserhöhungsverhältnisses, die für den Kompressor nötige Energie sinkt aufgrund des Absinkens einer Temperatur im Inneren des Kompressors, und die Leistung neigt dazu, aufgrund der Verdampfung von Wassertröpfchen entsprechend eines Anstiegs eines Gasturbinen-Arbeitsfluids zu steigen.
Dieses erfindungsgemäße Leistungssteigerungsverfahren kann nicht nur auf den kombinierten Zyklus der Gasturbine und der Dampfturbine angewandt werden, wie in 1 gezeigt, sondern auch auf ein Kraftwerk mit einer einzelnen Gasturbine.
Weiterhin ist das gesprühte Wasser nicht auf reines Wasser beschränkt, und eine beliebige Mischlösung mit Frostschutzlösung oder Alkohol wie Methanol, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist, oder mit anderen Materialien kann verwendet werden.
Wenn eine Gasturbinenleistung durch Wassersprühen erhöht wird, liegt eine Wassersprühmenge in einem Bereich, in dem die Verdampfung der eingespritzten Wassertröpfchen an einer stromaufwärtigen Seite des Kompressors vollzogen wird, und Wassertröpfchen werden nicht in das Innere des Kompressors 1 eingeführt, wodurch die Leistungssteigerung nur durch Senken der Kompressoreinlasstemperatur bewirkt werden kann. In diesem Fall kann nur eine Leistungserhöhung bis zu der oben genannten ersten Stufe erzielt werden. Wenn die Atmosphärentemperatur niedrig oder die Atmosphärenfeuchtigkeit hoch ist, ist der Betrag einer Leistungssteigerung klein, da eine Verdampfungsmenge von Wassertröpfchen im Inneren des Einlasskanals an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors klein ist, jedoch weicht eine Gasströmung in dem Kompressor nicht von einem ausgelegten Strömungszustand ab, und ein stabiler Betrieb des Kompressors kann durchgeführt werden.
Wenn eine Leistung der Gasturbine durch Wassersprühen erhöht wird, ist weiterhin eine Sprühdüse 17 an einem Einlass des Kompressors 1 an der stromabwärtigen Seite des Einlasskanals 13 vorgesehen, wie bei dem Kompressoreinlassabschnitt 14, fast die gesamte Menge des gesprühten Wassers wird im Zustand von Wassertröpfchen in den Kompressor 1 eingeführt, und die Wassertröpfchen werden verdampft, während sie in dem Kompressor strömen, wodurch die Wärme der Umgebungsluft absorbiert wird, die Temperatur im Inneren des Kompressors sinkt und die für den Kompressor erforderliche Energie verringert wird. Die Leistungssteigerung kann ebenfalls dadurch durchgeführt werden. In diesem Fall ist ein Leistungssteigerungsbetrag um einen solchen Betrag kleiner, dass eine Leistungserhöhung erzielt werden kann, indem die Kompressoreinlasstemperatur gesenkt wird, und die Leistungserhöhung kann durch eine Aktivität der Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors erreicht werden. Bei diesem Verfahren ist eine Regelung einfach, da die Wassersprühbedingungen nicht mit der Atmosphärenfeuchtigkeit in Zusammenhang stehen, und die Zahl der Sprühdüsen kann reduziert werden, weil die Wassertröpfchengröße relativ groß sein kann. Daher kann dies durch eine sehr einfache Ausrüstung als Gasturbinen-Leistungssteigerungsmechanismus durch Wassersprühen erreicht werden.
In dieser Zeit sinken, wie durch die Linie A in 2A gezeigt, im Normalbetrieb ohne Anwendung des Wassersprühens die Leistungen der Gasturbine, wie durch eine Linie A in 2A gezeigt, da die Luftmenge an dem Einlass des Kompressors, die das Arbeitsmedium ist, mit einem Anstieg der Atmosphärentemperatur sinkt. Um das Abfallen der Leistung der Gasturbine auszugleichen, steigt hier, wenn Wasser an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 1 gesprüht wird, eine resultierende Gasturbinenleistung bezüglich einer gleichen Atmosphärentemperatur, wie durch die Linie B in 2B gezeigt. Als Verfahren der Wassereinspritzung sendet die Regeleinheit 35 entsprechend der Vorherbestimmungslinie B ein Öffnen-Betriebssignal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22, um dessen Wassersprühmenge zu erhöhen, bis eine Leistung des Generators 4 auf einen Leistungswert steigt, der für eine gegebene Atmosphärentemperatur erforderlich ist. Gleichzeitig sendet die Regeleinheit, auch ein Öffnen-Betriebssignal, um die Einspritzluft zu erhöhen, an ein Luft-Strömungsregelventil 31 proportional zu einer erhöhten Wassermenge, um die Größe der zerstäubten Teilchen konstant zu halten.
Alternativ wird, wie in 2B gezeigt, durch Bestimmung einer Linie der ausgelegten Einspritzmenge, die bezüglich einer Wassertröpfchengrenzmengenlinie, die relativ zu Atmosphärentemperaturen und -feuchtigkeiten gesetzt wurde, einen vorher bestimmten Abstand hat, Wasser entsprechend der ausgelegten Einspritzmenge gesprüht. In diesem Fall, in dem eine Wassertröpfchensprühgrenzmenge (Grenzlinie) und eine ausgelegte Einspritzmenge gezeigt sind, hat eine Gasturbinenleistung einen Steigerungswert, der der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit während des Betriebs und der Wassereinspritzmenge entspricht.
Außerdem können die Leistungskennlinien von 2A und Mengen der Wassereinspritzung (Wassersprühen) von 2B entsprechend der Einlasstemperaturen des Kompressors gesetzt werden. In dem Fall, wenn sie bezüglich der Atmosphärentemperatur gesetzt werden, werden die Temperaturerfassungseinrichtung 38 und die Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 75, die in der oberen Strömung der Wassereinspritzeinheit vorgesehen sind, wie in 1 gezeigt, verwendet. In dem Fall, wenn sie bezüglich der Einlasstemperatur des Kompressors gesetzt werden, werden die Temperaturerfassungseinrichtung 36 und die Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 61, die zwischen der unteren Strömung der Wassereinspritzeinheit und der oberen Strömung des Kompressors vorgesehen sind, verwendet. Um die Genauigkeit der Messungen zu verbessern, können Erfassungen an mehreren Punkten erfolgen.
Bei einem Umschalten in den Normalbetrieb (z.B. einen Nennbetrieb) der Gasturbine nach dem Start durch eine Erhöhung der Drehzahl der Gasturbine und eine Erhöhung einer Turbinenlast von einem Teillastbetrieb wird eine Leistungssteigerung durch Wassersprühen an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 1 durchgeführt, indem die Wassereinsprühung in einem Zeitraum vom Start zur Lasterhöhung gestoppt wird und das Wassersprühen nach dem Übergang in den Normalbetrieb gestartet wird.
Beispielsweise wird das Wassersprühen von der Wassersprühdüse 17 während des Zeitraums vom Start der Gasturbine bis zu einem Teillastbetrieb gestoppt, und das Wassersprühen wird praktiziert, indem der Zustand erfasst wird, bei dem die Gasturbine einen Betrieb mit konstanter Verbrennungstemperatur erreicht hat, unter den Bedingungen, dass die Kompressoreinlassleitschaufeln vollständig geöffnet sind und die Brenntemperatur das Maximum erreicht.
Alternativ wird das Wassersprühen gestoppt, indem die Kompressoreinlassleitschaufelöffnung erfasst wird, bis die Einlassleitschaufeln eine Öffnung bei einem Normalbetrieb nach dem Start erreichen, und das Wassersprühen von der Sprühdüse 17 wird gestartet, wenn die Einlassleitschaufeln die Öffnung bei Normalbetrieb erreichen. Dadurch werden Fehlzündungen zum Startzeitpunkt verhindert und ein Starten wird mit hoher Stabilität durchgeführt. Weiterhin kann eine Startzeit der Gasturbine, in der ein Wassersprühbetrieb durchgeführt wird, verkürzt werden.
Sonst weist in einem Fall, in dem bei einer Gasturbine, die einen Kompressor 1, eine Brennkammer 2 und eine Turbine 3 umfasst und mit einer Sprühdüse 17 für eine Wassereinsprühung versehen ist, wie oben beschrieben, die oben genannte Brennkammer 2 einen Zündbrenner für eine Diffusionsverbrennung von Kraftstoff und einen Hauptbrenner für eine Vormischverbrennung einer Vormischung von Kraftstoff und einem Oxidans wie Luft auf. Nachdem die Gasturbine zum Startzeitpunkt eine Nenndrehzahl erreicht hat, wird die Wassereinsprühung mit einer vorher bestimmten Menge durch die Sprühdüse 17 gestartet, bevor eine Last abgegeben wird, und es ist möglich, einen Brennkammerbetrieb durch den Zündbrenner zu bewirken und dann einen Lastbetrieb durch den Hauptbrenner zu starten. Und es kann möglich sein, eine Erhöhung auf eine Nennlast durchzuführen. Weiterhin ist es in einem Fall, in dem mehrere Hauptbrenner vorgesehen sind, bevorzugt, die Wassereinsprühung sogar zum Umschaltzeitpunkt durchzuführen, zu dem die Zahl der verwendeten Brenner erhöht wird, oder Ähnliches.
Durch Regeln der Sprühdüse 17 auf diese Art ist es sogar bei einer Gasturbine, die dafür ausgelegt ist, dass ihre NOx-Konzentration während des Normalbetriebs niedrig ist, möglich, ein Auftreten von NOx zum Zeitpunkt des Umschaltens von dem Zündbrenner, wobei NOx zeitweise zum Startzeitpunkt auftreten kann, auf den Hauptbrenner zu unterdrücken. Daher ist es möglich, eine Verbrennung mit niedrigem NOx durchzuführen. Da die Wassereinsprühung gestartet wird, bevor eine Last abgegeben wird, ist es zusätzlich möglich, die Last stabil und reibungslos zu erhöhen.
Alternativ ist es möglich, dass die Wassereinsprühung mit einer vorher bestimmten Menge durch die Sprühdüse 17 gestartet wird, nachdem ein Betrieb durch den Zündbrenner beginnt, um eine Last zu liefern, und anschließend auf einen Lastbetrieb umgeschaltet wird, um eine Last zu liefern, indem der Hauptbrenner gezündet wird, usw. Dadurch ist es sogar bei einer Gasturbine, die dafür ausgelegt ist, dass ihre NOx-Konzentration während des Normalbetriebs niedrig ist, möglich, das Auftreten von NOx zum Umschaltzeitpunkt von dem Zündbrenner, wobei NOx zeitweise zum Startzeitpunkt auftreten kann, auf den Hauptbrenner zu unterdrücken. Daher ist es möglich, sogar zum Startzeitpunkt einen Betrieb mit niedrigem NOx durchzuführen. Da der Wassersprühnebel eingespritzt wird, bevor der Hauptbrenner verwendet wird, nachdem der Zündbrenner begonnen hat, eine Last zu liefern, ist es zusätzlich möglich, die Zündflamme sicher zu erzeugen und eine Last zu erhöhen.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Sprühdüse 17 mit einem Si-Sieb oder einem Ca-Sieb versehen ist, um Si oder seine Verbindungen oder Ca oder seine Verbindung in dem Speisewasser in der Sprühwasserleitung 15 aufzufangen. Es ist stärker bevorzugt, ein Sieb zum Auffangen von Si und Ca und ihren Verbindungen vorzusehen. Es ist auch möglich, Fremdkörper in dem Zubereitungs-Speisewasserbehälter 18 grob zu entfernen und den oben genannten Fremdkörperentfernungsfilter 24 so aufzubauen, dass er das oben genannte Sieb für das Si, Ca usw. ist. Dadurch ist es möglich, eine Verringerung des Wirkungsgrads der Gasturbine im Lauf der Zeit zu unterdrücken, wobei diese Verringerung durch die Einführung von Wassertröpfchen in den Kompressor, die feines Si, Ca usw. aufweisen, die in dem Speisewasser enthalten sind und von der Sprühdüse 17 eingespritzt werden, und von einer Adhäsion und Ansammlung von Si, Ca usw. an den Kompressorschaufeln verursacht wird. Das Vorsehen des Siebs kann dazu beitragen, den Wirkungsgrad der Gasturbine aufrechtzuerhalten.
Alternativ wird bewirkt, dass Speisewasser der Sprühdüse 17 durch eine Entsalzungsvorrichtung und das Si-Sieb oder Ca-Sieb zugeführt wird. Beispielsweise ist es bevorzugt, zu bewirken, dass Speisewasser der Sprühdüse 17 nach Reinigung des Speisewassers in der Entsalzungsvorrichtung zugeführt und anschließend in dem Si-Sieb oder dem Ca-Sieb weiter gereinigt wird. Die Entsalzungsvorrichtung entfernt Na usw. aus dem Speisewasser, und das Sieb fängt Si usw. auf, das schwer in dem Wasser zu lösen ist, und entfernt es.
Beispielsweise wird in Erwägung gezogen, das Si-Sieb und/oder das Ca-Sieb mit einem Maschenfilter zu versehen, der Si oder seine Verbindungen von 1 μm oder mehr auffängt und bewirkt, dass Si und seine Verbindungen von weniger als 1 μm hindurchgelassen werden. Im Hinblick auf einen stabilen Betrieb der Gasturbine über einen langen Zeitraum ist es stärker bevorzugt, einen Maschenfilter vorzusehen, der Si und seine Verbindungen von 0,3 μm oder mehr auffängt und das, was kleiner ist, hindurchlässt.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 und 3 beschrieben.
Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Wassersprühmenge entsprechend einer Öffnung von Einlassleitschaufeln des Kompressors 1 geregelt. Konkret wird eine Wassersprühmenge erhöht, wenn die Kompressoreinlassleitschaufelöffnung größer ist, als wenn sie klein ist.
Diese Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist mit einer Regeleinheit versehen, bei der Signale der Öffnung der Kompressoreinlassleitschaufeln in die Regeleinheit 35 eingegeben werden, und eine Wassersprühmenge wird entsprechend den Signalen geregelt, zusätzlich zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform.
3 zeigt Auslegungslinien für Wassereinspritz(sprüh)mengen, die entsprechend Atmosphärentemperaturen geregelt werden, wobei die Wassersprühmenge so geregelt wird, dass sie entsprechend den Öffnungen der Einlassleitschaufeln des Kompressors unterschiedlich ist.
Bei dieser Ausführungsform wird die Wassereinsprühung durchgeführt, wenn die Öffnung der Einlassleitschaufeln des Kompressors bei einer mittleren Öffnung ist, nämlich in einem Teillastzustand. Entsprechend einem Energiebedarf der Anlage wird ein Teillastbetrieb in Erwägung gezogen, wobei die Last konstant gehalten wird. In diesem Fall wird durch Wassersprühen durch die Sprühdüse 17 an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 1 die Energie für den Kompressor 1 reduziert, und ein Arbeitsfluid für die Turbine 3 steigt an, wodurch der Betrieb mit gleicher Last mit einer kleineren Menge Kraftstoff aufrechterhalten werden kann. D.h. ein Wärmewirkungsgrad bei einer Teillast kann durch das Wassersprühen verbessert werden.
Im Fall von Zwischenöffnungen der Kompressoreinlassleitschaufeln wird eine Sprühmenge auch proportional zu einer Verringerung des Kompressoreinlassluftdurchsatzes verringert. Beispielsweise wird ein Verhältnis der Wassersprühmenge zu einer Kompressoreinlassluftmenge entsprechend einem Winkel der Kompressoreinlassleitschaufeln gesetzt oder korrigiert, unabhängig von einem Nennlast-Betriebszustand. Dadurch kann ein stabiler Betrieb entsprechend Änderungen der Kennlinien des Kompressors und der Turbine von einem Teillastbetriebszustand zu einem Nennlastbetriebszustand durchgeführt werden.
3 zeigt, dass ein größeres Verhältnis der Wassersprühmenge im Fall einer größeren Öffnung der Kompressoreinlassleitschaufeln angewandt werden kann, da es jedoch von der Art der Gasturbinen und den Kennlinien und Betriebsverfahren der darin installierten Brennkammern abhängt, kann es so gesetzt werden, dass den Kennlinien jedes Bauteils jedes einzelnen Maschinentyps Rechnung getragen wird.
Weiterhin wird eine Wassersprühmenge der Sprühdüse 17 auf der Basis der Leistung, des Atmosphärendrucks usw. geregelt, die Sprühmenge kann so geregelt werden, dass sie einen Grenzwert nicht überschreitet, der auf den Kompressoreinlassleitschaufelöffnungen basiert. Beispielsweise wird im Fall der Regelung von Wassersprühmengen auf der Basis des Atmosphärendrucks eine Wassersprühmenge für jede Kompressoreinlassleitöffnung von 3 als Wassersprühgrenzmenge von 2B gesetzt, und die Wassereinsprüh-Auslegungslinie kann mit einem vorgeschriebenen Grenzabstand gesetzt werden. Wenn ein Wassersprühmengen-Grenzwert bestimmt wird, sendet bei einem praktischen Betrieb die Regeleinheit 35 Signale, die die Öffnungen des Speisewasserregelventils 22 und des Zerstäubungsluftströmungs-Einstellventils 31 so regeln, dass die wirklich wirksame Wassersprühmenge den Grenzwert nicht überschreitet.
Im Fall einer Regelung auf der Basis der Wassereinsprüh-Auslegungslinie kann dadurch, sogar wenn aufgrund einer raschen Laständerung oder aus beliebigen anderen Gründen ein rasches Ansteigen der Sprühmenge erfolgt, die Gasturbine selbst geschützt werden, indem die Wasserprühmengen-Grenzlinie verwendet wird.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 2A, 2B, 4, 5A, 5B und 6 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Wassersprühmenge von der Sprühdüse 17 auf der Basis der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit geregelt. Konkret wird eine Wassersprühmenge erhöht, wenn die die Atmosphärentemperatur höher ist, als wenn sie niedrig ist, und die Wassersprühmenge wird erhöht, wenn die Feuchtigkeit niedriger ist, als wenn sie hoch ist.
Diese Ausführungsform hat im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie die erste Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist zusätzlich zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform mit einer Temperaturerfassungseinrichtung 38 und einer Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 75 an der stromaufwärtigen Seite der Sprühdüse 17 versehen, z.B. im Inneren der Einlasskammer 11. Signale von den Erfassungseinrichtungen werden in die Regeleinheit 35 eingegeben, und eine Wassersprühmenge der Wassersprühdüse 17 wird entsprechend den Signalen geregelt. 4 zeigt eine Wassersprühmengen-Grenzlinie bezüglich der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit.
Bei einem Verfahren zum Wassersprühen wurde eine B-Linie in 2A im Voraus gesetzt, und eine Wassersprühmenge wird erhöht, bis eine erforderliche Leistung erreicht wird. In einem Fall, in dem ein Grad an Altersverschleiß aufgrund von Kontamination des Kompressors der Gasturbine selbst hoch ist, und in einem Fall, in dem eine Differenz zwischen einzelnen Maschinen aufgrund von Bearbeitungsabweichungen bei der gleichen Art Maschine groß ist, muss jedoch, um Leistungen der B-Linie zu erreichen, viel Wasser eingespritzt werden. Wenn eine zu große Menge Wasser in die Gasturbine eingespritzt wird, weicht ein Strömungszustand in dem Kompressor von einem ausgelegten Strömungszustand ab, ein Pumpgrenzabstand sinkt, und ein instabiler Betrieb der Brennkammer wird verursacht. Daher besteht ein Schutz durch die Wassereinspritz-Grenzlinie, die entsprechend der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt wird, wie in 4 gezeigt ist. In diesem Fall kann in einem Fall, in dem der oben genannte Altersverschleiß und die Differenz zwischen einzelnen Maschinen groß sind, eine Wassersprühmenge die Wassereinspritz-Grenzlinie erreichen, bevor eine Leistung die Leistung der B-Linie erreicht, so dass eine Soll-Leistung nicht erzielt werden kann, jedoch ist die Gasturbine vor Wassereinspritzung in zu großer Menge geschützt.
Bei einem Wassersprühverfahren in dem Fall, in dem eine Auslegungs-Wassereinspritzmenge im Voraus bezüglich der Atmosphärentemperatur bestimmt wurde, wie in 2B gezeigt, kann weiterhin auch die Gasturbine selbst bezüglich eines raschen Anstiegs aus beliebigen Gründen geschützt werden.
Wie in 4 gezeigt, wird die Wassereinsprühmengen-Grenzlinie entsprechend der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt. Als Größen, die eine Sprühmenge begrenzen, können eine Wassertröpfchenmenge, die in das Innere des Kompressors eingeführt wird, eine Menge an Feuchtigkeit, die in die Brennkammer eingeführt wird, eine Kompressoreinlasstemperatur, eine Pumpenkapazität in dem Speisewassersystem, der Auslegungsdruck der Speisewasserleitungen, die Speisewasservorrichtungs-Zufuhrkapazität usw. genommen werden. Die Pumpenkapazität des Speisewassersystems, der ausgelegte Druck der Speiswasserleitungen, die Speisewasserkapazität usw. werden hier nicht weiter erläutert, da angenommen wird, dass ihre Kapazitäten zum Zeitpunkt der Auslegung bereits ausreichend studiert wurden. Daher werden als einschränkende Bedingungen, die von der Gasturbine selbst vorgegeben werden, eine in den Kompressor eingeführte Wassertröpfchenmenge, eine in der Brennkammer strömende Feuchtigkeitsmenge und eine Kompressoreinlasstemperatur aufsummiert, um die Wassersprühmengen-Grenzlinie zu bestimmen, wie in 4 gezeigt.
Die Wassertröpfchen, die in das Innere des Kompressors eingeführt werden, werden während des Abwärtsströmens im Inneren des Kompressors verdampft, wodurch Wärme aus der Umgebungsluft absorbiert wird und die Temperatur im Inneren des Kompressors sinkt. Da ein Absinken der Temperatur die Dichte der Luft erhöht, verringert sich die Axialströmungsgeschwindigkeit im Inneren des Kompressors, ein Geschwindigkeitsdreieck weicht von einem ausgelegten Punkt an der stromabwärtigen Stufe ab. Während des üblichen Betriebs sinkt die Axialströmungsgeschwindigkeit des Kompressors nach der Stufe, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist. Daher ändert sich ein Betriebszustand innerhalb des Kompressors durch Wassersprühen zu einem Zustand nahe an dem Zustand des Normalbetriebs bei niedriger Atmosphärentemperatur ohne Wassersprühen. Wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist, überschreitet daher ein Betriebszustand im Inneren des Kompressors einen inhärent zulässigen Auslegungsbereich durch Wassereinspritzung in einer kleinen Menge, wogegen eine Wassersprühmenge erhöht werden kann, wenn die Atmosphärentemperatur hoch ist. Ein Betriebszustand, der auf diese Art von einem Auslegungspunkt abweicht, wird als Fehlanpassung in dem Kompressor bezeichnet, er verringert einen Pumpgrenzabstand. Da die Fehlanpassung in dem Kompressor durch Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors verursacht wird, verursacht eine Menge an Wassertröpfchen, die in dem Einlasskanal 13 nicht verdampft wurden und das Innere des Kompressors erreicht haben, ein Problem, und die Fehlanpassung wird nicht durch die Kompressoreinlassfeuchtigkeit aufgrund des in dem Einlasskanal 13 verdampften Wassers beeinflusst. Jedoch wird eine Verdampfungsmenge von Wassertröpfchen in dem Einlasskanal 13 durch die Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt, und eine Kompressoreinlasstemperatur wird durch die Verdampfungsmenge der Wassertröpfchen in dem Einlasskanal bestimmt. Weiterhin wird ein zulässiger Mengenwert von in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen durch die Kompressoreinlasstemperatur bestimmt, so dass schließlich eine Wassersprühmengen-Grenzlinie bezüglich des Kompressors durch die Korrelation der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt wird.
Andererseits verursacht eine Menge an in der Brennkammer strömender Feuchtigkeit einen instabilen Betrieb. Da die Temperatur der in dem Kompressor strömenden Luft durch Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors sinkt, steigt weiterhin eine Menge an eingespritztem Kraftstoff, wenn die Gasturbine mit der gleichen Temperatur betrieben wird, und ein Flammenrückschlag kann leicht auftreten. Da die Gesamtmenge der in der Brennkammer strömenden Feuchtigkeit den Betrieb der Brennkammer beeinflusst, wird daher eine Wassersprühmengen-Grenzlinie bezüglich der Brennkammer durch Korrelation der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt.
Eine Kompressoreinlasstemperatur kann eine Vereisungserscheinung an dem Kompressoreinlass verursachen, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist, z.B. im Winter, das Auftreten von Vereisung wird von der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt.
Die Wassersprühmengen-Grenzlinie wird gesetzt, indem die oben genannten Dinge assoziiert oder synthetisch hergestellt werden. Je nach Gasturbinentyp werden jedoch der Fall berücksichtigt, dass die Kennlinien des Kompressors bei allen Betriebs-Atmosphärentemperaturen einen Einfluss haben, der Fall, dass im Gegensatz dazu die Kennlinien der Brennkammer einen Einfluss haben, und der Fall, dass die Kennlinien des Kompressors einen Einfluss haben, wenn die Atmosphärentemperatur niedrig ist, und die Kennlinien der Brennkammer einen Einfluss haben, wenn die Atmosphärentemperatur hoch ist. In jedem Fall wird die Wassersprühmengen-Grenzlinie von der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit bestimmt.
Nachdem die Wassersprühmengen-Grenzlinie auf der Basis der Atmosphärentemperatur und -feuchtigkeit zum Zeitpunkt eines Gasturbinenbetriebs bestimmt wurde, sendet die Regeleinheit 35 von 1 Signale, die die Öffnungen des Speisewasserregelventils 22 und des Zerstäubungsluft-Strömungsregelventils 31 so regeln, dass eine wirklich effektive Wassersprühmenge den Grenzwert nicht überschreitet.
Eine effektive Wassermenge ist eine Wassersprühmenge, die erzielt wird, indem eine Abzugsmenge, die in dem Einlasskanal 13 auftritt, von einer Menge Wasser, die an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors 1 in den Einlasskanal 13 eingesprüht wird, subtrahiert wird. Die effektive Wassermenge ist in 5B mit Gw3 bezeichnet. Weiterhin ist eine Wassermenge der effektiven Wassermenge Gw3, die im Inneren des Einlasskanals 13 verdampft, Gw2. Eine verbleibende Wassermenge Gw1 wird in Form von Wassertröpfchen in den Kompressor eingeführt. In einem Luftfeuchtediagramm von 5B, z.B. in einem Fall, in dem ein Zustand des Kompressoreinlasses vor dem Wassersprühen ein Punkt A ist, wird eine Wassertröpfchenmenge, die Gw2 entspricht, im Inneren des Einlasskanals durch Wassersprühen verdampft, um eine Temperatur der Umgebungsluft zu senken, und der Zustand des Kompressoreinlasses verschiebt sich zu einem Punkt B. Wenn die Wassersprühmenge weiter erhöht wird, wird eine Menge Gw1 von Wassertröpfchen, die nicht verdampft wurden, in den Kompressor eingeführt.
Daher kann die effektive Wassersprühmenge aus einem Anzeigewert Xs3 einer Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 55 für eine Kompressorförderluft und einem Anzeigewert Xs1 einer Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 75 an der stromaufwärtigen Seite der Einspritzeinheit stromaufwärts des Kompressors, wie in 6 gezeigt, berechnet werden. Der Anzeigewert der Feuchtigkeitserfassungseinrichtung kann relative Feuchtigkeit sein, jedoch kann, indem die Einrichtung so gesetzt wird, dass sie absolute Feuchtigkeit ausgibt, eine effektive Wassersprühmenge nur dadurch berechnet werden, dass ein Anzeigewert Xs1 der Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 75 stromaufwärts der Einspritzeinheit von einem Anzeigewert Xs3 der Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 55 für Kompressorförderluft subtrahiert wird. Feuchtigkeitserfassungssignale werden an die Regeleinheit 35 gesendet, und eine effektive Wassermenge Gw3 wird berechnet.
Unter Bezugnahme auf 6 wird im Folgenden ein Beispiel der Feuchtigkeits-Erfassungseinrichtung erläutert.
In dem Fall, in dem eine Förderluft von dem Kompressor als Wasserzerstäubungs-Sprühluft verwendet wird, verzweigt sich die Leitung an der stromabwärtigen Seite des Luftunterbrechungsventils 27 und eines Luftdruck-Regelventils 28. Eine Zweigleitung 59 ist mit einem Probenbehälter 56 zum Messen der absoluten Feuchtigkeit am Boden verbunden. Ein Strömungseinstellungsventil 58, das an der Zweigleitung angebracht ist, stellt eine Luftprobe so ein, dass eine Umgebungstemperatur des Feuchtigkeitssensors 55 eine Dauerhaftigkeitstemperatur nicht überschreitet. Im Hinblick auf den Fall des Auftretens eines Abzugs ist ein Abzugsförderventil 57 an der unteren Seite des Probenbehälters 56 vorgesehen. Luft, die dem Probenbehälter 56 zugeführt wird, steigt in dem Behälter, so dass sie eine Ventilationsöffnung 76 erreicht. Der oben genannte Feuchtigkeitssensor 55 wird an der Position der Ventilationsöffnung 76 so eingesetzt, dass zugeführte Luft immer in Kontakt mit dem Feuchtigkeitssensor 55 steht. Während eines Betriebs strömt Luft immer in diesem Zustand und in dieser Menge kontinuierlich in den Probenbehälter 56. In dem Fall, wenn Abzugsluft von der mittleren Stufe des Kompressors als Wasserzerstäubungs-Sprühluft verwendet wird, kann eine Messleitung mit dem Fördergehäuse des Kompressors oder einem Brennkammer-Befestigungsgehäuse verbunden sein, um die Feuchtigkeit direkt zu messen.
Weiterhin kann eine effektive Wassersprühmenge berechnet werden, indem eine Abzugsmenge in dem Einlasskanal von einem Anzeigewert des Wasser-Strömungsmessgeräts subtrahiert wird. In diesem Fall ist es praktisch schwierig, momentane Werte der Abzugsmengen zu erfassen, die in dem Einlasskanal auftreten, so dass üblicherweise ein integrierter Wert erfasst wird. Daher ist dies in dem Fall effektiv, wenn ein kontinuierlicher Betrieb 1 bis 2 Stunden lang in demselben Zustand bei einem Gasturbinen-Leistungstest usw. durchgeführt wird und die Leistung erfasst wird, indem ein Zeitmittelwert gebildet wird. Dies ist jedoch nicht geeignet, um Gasturbinen-Betriebszustände zu überwachen. Um dieses Problem zu lösen, erfolgt die Durchführung, indem eine Funktion einer Abzugsmenge, die in dem Einlasskanal auftritt, im Voraus zu einer Sprühmenge gemacht wird. Beispielsweise wird eine Funktion gebildet, bei der eine auftretende Abzugsmenge steigt, wenn eine Wassersprühmenge steigt.
Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 5A, 5B und 6 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Wassertröpfchensprühmenge von der Wassersprühdüse 17 auf der Basis der Temperatur einer Einlassluft geregelt, die in den Kompressor eintritt. Konkret wird beispielsweise eine Wassersprühmenge von der Wassersprühdüse 17 erhöht, wenn die Kompressoreinlasstemperatur höher ist, als wenn sie niedrig ist. Alternativ wird ein Grenzwert der Wassersprühmenge variabel gemacht, so dass er höher wird, wenn die Kompressoreinlasstemperatur höher ist, als wenn sie niedrig ist.
Durch Eingabe der Kompressoreinlasstemperatur, der Kompressorförderfeuchtigkeit und der Feuchtigkeit der Kompressorförderluft wird eine Wassersprühmenge von der Wassersprühdüse 17 auf der Basis der Werte geregelt.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. D.h. zusätzlich zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform sind ein Temperatursensor 36 und ein Feuchtigkeitssensor 61 an dem Einlasskanal 13 in der Nähe des Kompressoreinlasses an der stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit 17 vorgesehen. Ein Feuchtigkeitssensor 55 ist dafür vorgesehen, mit einer Kompressorförderluft zu kommunizieren. Signale von dem Sensor 55 werden in die Regeleinheit 35 eingegeben, und eine Wassermenge der Wassersprühdüse 17 wird auf der Basis der Signale geregelt.
Bei einigen Arten von Gasturbinen ist die Stabilität der Brennkammern ausgezeichnet, und in einigen Fällen verursacht ein Faktor, der einen Einfluss auf die Bestimmung der Wassersprühmengen-Grenzlinie hat, in dem Kompressor eine Fehlanpassung. Z.B. in einem Fall, wenn die Brennkammer ein Öl verbrennender Diffusionsverbrennungstyp mit relativ einfachem Aufbau ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Brennkammer einen stabilen Betrieb zeigt, der wenig von einer Dampfmenge beeinflusst wird, die in der Verbrennungsluft enthalten ist, im Vergleich zu Brennkammern mit Öl verbrennender Vorverdampfungs/Vormischverbrennung und Gas verbrennender Vormisch-Magerverbrennung. In diesem Fall wird eine Wassersprühmenge durch die Fehlanpassung in dem Kompressor und die niedrige Kompressoreinlasstemperatur im Winter begrenzt.
Eine Grenzlinie einer Menge an Wassertröpfchen, die in den Kompressor eingeführt werden, bezogen auf die Kompressoreinlasstemperatur, wird wie in 5A gezeigt gesetzt. Dadurch werden Wassersprühmengen entsprechend Kompressoreinlasstemperaturen variabel gemacht. Dadurch ist es möglich, eine Fehlanpassung in dem Kompressor zu unterdrücken, die durch Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors verursacht wird, die im Zustand von Wassertröpfchen, die übrig bleiben, ohne in dem Einlasskanal verdampft zu sein, in den Kompressor eingeführt werden. Dadurch kann die Gasturbine selbst geschützt werden. Eine Feuchtigkeitsmenge, die Gw1 entspricht, wie in 5B gezeigt, ist auf der Basis einer Kompressoreinlasstemperatur begrenzt.
Weiterhin kann auf die gleiche Art wie bei der zweiten Ausführungsform die Wassertröpfcheneinführungs-Grenzlinie für das Innere des Kompressors als eine Funktion auf der Basis der Kompressoreinlasstemperatur und des Winkels der Kompressoreinlassleitschaufeln 7 gesetzt werden.
Wenn das System in der Praxis betrieben wird, wird die Wassertröpfcheneinführungsmengen-Grenzlinie für das Innere des Kompressors auf der Basis der Kompressoreinlasstemperatur zum Zeitpunkt des Betriebs der Gasturbine bestimmt, die Regeleinheit 35 von 1 sendet Signale für die Regelung von Öffnungen des Speisewasser-Strömungsregelventils 22 und des Wasserzerstäubungsluft-Strömungsregelventils 31, so dass eine echte Wassertröpfchenmenge, die während des Betriebs in den Kompressor eingeführt wird, den Grenzwert nicht überschreitet.
Eine Kompressoreinlasstemperatur wird von dem Gastemperatursensor 36 erfasst, der zwischen der stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit und dem Kompressoreinlass angeordnet ist.
Eine Wassertröpfchen-Einführungsmenge Gw1 für das Innere des Kompressors, die in 5A, 5B mit Gw1 bezeichnet ist, kann aus einem Anzeigewert des Feuchtigkeitssensors 55 für Kompressorförderluft und einem Anzeigewert des Feuchtigkeitssensors 61, der zwischen der stromabwärtigen Seite der Einspritzeinheit und dem Kompressoreinlass angeordnet ist, berechnet werden. Der Anzeigewert des Feuchtigkeitssensors kann relative Feuchtigkeit sein; indem er im Voraus so gesetzt wird, dass er absolute Feuchtigkeit ausgibt, kann Gw1 erhalten werden, indem ein Anzeigewert Xs2 des Feuchtigkeitssensors 61 stromabwärts der Einspritzeinheit von einem Anzeigewert Xs3 des Feuchtigkeitssensors 55 für Kompressorförderluft subtrahiert wird. Erfassungssignale der Feuchtigkeit werden an die Regeleinheit 35 gesendet, in der eine Wassertröpfchen-Einführungsmenge Gw1 für das Innere des Kompressors berechnet wird.
Unter Bezugnahme auf 6 folgt ein Beispiel für eine Messeinrichtung der absoluten Feuchtigkeit des Kompressoreinlassabschnitts 14.
Eine Messleitung 60 für die Entnahme von Feuchtigkeitsproben ist mit der Unterseite eines Probenbehälters 62 verbunden. Die Messleitung von dem oberen Abschnitt des Probenbehälters 62 ist mit einer Vakuumpumpe 66 verbunden. Luft im Inneren des Kompressoreinlassabschnitts 14 wird in den Probenbehälter 62 eingeführt und die Feuchtigkeit wird gemessen. Der Grund, weshalb die Messleitung 60 mit der Unterseite des Behälters 62 verbunden ist und von dem oberen Abschnitt des Behälters zu der Vakuumpumpe geführt wird, liegt in der Verhinderung eines Kontakts des Feuchtigkeitssensors 61 mit dem Abzug. Weiterhin ist ein Luftproben-Strömungsregelventil 63 an der Messleitung 60 angebracht, und ein Abzugförderventil 64 ist an dem Boden des Probenbehälters 62 angebracht.
Eine absolute Feuchtigkeit Xs2 des Kompressoreinlassabschnitts 14, die für die Berechnung einer Wassertröpfchen-Einführungsmenge Gw1 für das Innere des Kompressors verwendet wird, kann gemessen werden, indem Luft kontinuierlich zu dem Probenbehälter geströmt wird. Der Kompressoreinlassabschnitt 14 erhält aufgrund des Druckverlustes des Einlasskanals 14 einen negativen Druck in Bezug auf den Atmosphärendruck. Die Verwendung der Messeinrichtungen dieses Aufbaus verhindert, dass Luft aus der Atmosphäre in den Kompressoreinlassabschnitt 14 zurückströmt und die Messung der absoluten Feuchtigkeit des Kompressoreinlassabschnitts 14 unmöglich macht, und ermöglicht es, eine geeignete Messung durchzuführen.
Weiterhin wird für eine Wassertröpfchen-Einführungsmenge Gw1 für das Innere des Kompressors eine effektive Wassersprühmenge direkt erhalten, indem eine Abzugsmenge in dem Einlasskanal von einem Anzeigewert des Wasserströmungsmessgeräts subtrahiert wird, und die Menge Gw1 kann berechnet werden, indem eine Menge Wasser, die im Inneren des Einlasskanals verdampft ist, davon subtrahiert wird. In diesem Fall wird die Menge des in dem Einlasskanals verdampften Wassers berechnet, indem ein Anzeigewert Xs1 des Feuchtigkeitssensors 75 stromaufwärts der Einspritzeinheit von einem Anzeigewert Xs2 des Feuchtigkeitssensors 61 stromabwärts der Einspritzeinheit subtrahiert wird. Die Menge des in dem Einlasskanal auftretenden Abzugs kann im Voraus zu einer solchen Funktion gemacht werden, dass sie beispielsweise ansteigt, wenn eine Wassersprühmenge ansteigt.
Weiterhin ist es bevorzugt, einen Modusumschalter vorzusehen, durch den Wasser entsprechend Monaten, Tagen und Uhrzeiten gesprüht wird. Bezüglich der Bedingungen betreffend Monate, Tage und Uhrzeiten wird die Zeit von April bis November, von 9.00 bis 18.00 als Zeit eines hohen Elektrizitätsbedarfs oder die Zeit, wenn eine Gasturbinenleistung entsprechend einer Erhöhung der Atmosphärentemperatur sinkt, als Bedingung genommen.
Eine fünfte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 8, 9, 10, 11A und 11B beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform ist der Einlasskanal 13 mit mehreren Wassersprühdüsen 17 versehen und umfasst weiterhin eine Wasserzufuhrvorrichtung, eine Hauptwasserleitung, in die das Wasser von der Speisewasservorrichtung strömt, und einen Speisewasser-Verteilerkopf, der bewirkt, dass das Wasser von der Hauptzufuhrwasserleitung in mehrere Zufuhrwasserleitungen abzweigt.
Im Fall von Zweifluiddüsen wird Luft den Wassersprühdüsen zugeführt, und ein Aufbau hierfür umfasst eine Luftzufuhrvorrichtung, eine Hauptluftleitung, in die Luft von der Luftzufuhrvorrichtung strömt, und einen Luftzufuhr-Verteilerkopf, der bewirkt, dass Luft, die von der Hauptluftleitung zugeführt wird, in mehrere Luftzufuhrleitungen abzweigt, wie bei dem Wasser. Die Luftzufuhrleitungen sind mit den Wassersprühdüsen verbunden.
Auf diese Art werden die Wassersprühdüsen 17 in mehrere Systeme aufgeteilt, und die verwendeten Systeme (die Zahl der Wassersprühdüsen) werden so geregelt, dass die Zahl der Systeme, in denen Wasser zugeführt wird, größer wird, wenn eine Wassersprühmenge größer ist, als wenn sie kleiner ist.
Die Regeleinheit führt die Regelung so durch, dass die Zahl der zum Wassersprühen verwendeten Wassersprühdüsen 17 entsprechend den Wassersprühmengen geändert wird.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. D.h. zusätzlich zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform sind eine Temperaturerfassungseinrichtung 36 und eine Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 55 z.B. an dem Einlasskanal 13 in der Nähe des Kompressoreinlasses an der stromabwärtigen Seite der Wassersprühdüsen 17 vorgesehen. Die Feuchtigkeitserfassungseinrichtung 55 ist dafür vorgesehen, mit der Kompressorförderluft zu kommunizieren. Signale von den Feuchtigkeitserfassungseinrichtungen werden in die Regeleinheit 35 eingegeben, um eine Wassermenge der Wassersprühdüsen 17 auf der Basis der Signale zu regeln.
Wassersprühkennlinien in einem Fall, wenn Zweifluiddüsen verwendet werden, sind in 8 gezeigt. Ein Wasser/Luft-Verhältnis wird durch ein Volumenverhältnis der Zerrstäubungsluftmenge und der Wassersprühmenge definiert. Da der Sprühdruck abnimmt, wenn eine Wassermenge abnimmt, unter der Bedingung, dass ein Luft/Wasser-Verhältnis konstant bleibt, wird die Teilchengröße der Wassertröpfchen groß. Auch wenn Einfluiddüsen verwendet werden, wird weiterhin die Teilchengröße der Wassertröpfchen groß, da der Sprühdruck abnimmt, wenn eine Wassermenge abnimmt.
Wenn von der Wassersprühdüse 17 gesprühte Wassertröpfchen groß werden, tritt eine Erosion auf, indem die Wassertröpfchen auf die Kompressorschaufeln prallen; es besteht die Möglichkeit, dass die Leistung des Kompressors sich verschlechtert. Wenn jedoch die Größe der Wassertröpfchen hinreichend gering ist, prallen die Tröpfchen nicht auf die Kompressorschaufeln, sondern strömen mit der Strömungsluft und verdampfen im Inneren des Kompressors. Um Wassertröpfchen zwischen den Kompressorschaufeln hindurchzulassen, ohne dass sie auf die Kompressorschaufeln prallen, ist der oben genannte durchschnittliche Teilchendurchmesser kleiner als eine vorgeschriebene Größe, obwohl ein Unterschied durch einen Auslegungszustand wie die Luftströmungsgeschwindigkeit und die Form des Kompressorinneren besteht. Z.B. wird der Durchmesser auf 20 μm oder weniger gesetzt. Bei dem Einlassluft-Befeuchtungs-Kühlungssystem ist es bevorzugt, dass der Teilchendurchmesser der Wassersprühtröpfchen ein vorgeschriebener Wert oder weniger ist, selbst wenn sich eine Wassersprühmenge ändert.
Um das Problem zu lösen werden, wie in 1 gezeigt, wenn eine Wassersprühmenge klein ist, die Strömungsregelventile 26, die mit den Sprühwasserleitungen kommunizieren, so geregelt, dass ein Teil der Speisewasserventile 26 geöffnet wird und die anderen geschlossen werden, um Wasser zu einem vorgeschriebenen Teil der Wassersprühleitungen 15 zuzuführen, die mit dem Speisewasser-Verteilerkopf 25 kommunizieren. Auf die gleiche Art wird Luft, die von dem Zerstäubungsluft-Verteilerkopf 32 verteilt wird, durch die Luft-Strömungsregelventile 33 geregelt. Wenn eine Wassersprühmenge erhöht wird, wird die Zahl der geöffneten Strömungsregelventile, die mit den Sprühwasserleitungen kommunizieren, erhöht. Die Zahl der Luft-Strömungsregelventile 33 wird auch entsprechend der Zahl der Speisewasser-Strömungsregelventile 26 erhöht.
Weiterhin kann ein zu den Sprühdüsen führender Aufbau vorgesehen sein, bei dem die Zahl der Speisewasser-Verteilerköpfe erhöht wird, wie in 9 gezeigt, wobei ein Haupt-Speisewasser-Verteilerkopf 77 und Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfe 78, 79 aufgebaut werden und Speisewasser-Strömungsregelventile 80 und 81 sowie Speisewasser-Durchflussmessgeräte 82 und 83 an den Speisewasserleitungen, die mit den Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfen 78, 79 verbunden sind, vorgesehen sind.
In dieser Figur ist ebenfalls nur eine Sprühwasserleitung, die von dem Hilfs-Verteilerkopf 78, 79 abzweigt, dargestellt.
Wenn eine Wassersprühmenge klein ist, wird nur ein Hilfs-Speisewasser-Verteilerkopf 78 verwendet usw., wodurch Wasser von einem Teil der Zahl der installierten Wassersprühdüsen 17 gesprüht wird. Dadurch kann der Sprühdruck der Sprühdüsen hoch gehalten werden, wodurch eine Regelung möglich ist, bei der die Wasserzufuhr in einem Wassersprühmengenbereich liegt, in dem Wassertröpfchen in den Düsensprühkennlinien von 8 eine bestimmte Größe oder weniger haben. Weiterhin erhöht sich der Sprühdruck mit einer Erhöhung der Wassersprühmenge, um jedoch den ausgelegten Druck in dem Speisewassersystem nicht zu überschreiten, werden zwei der Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfe 78, 79 verwendet usw., wenn der Sprühdruck höher als ein bestimmter Wert wird, wodurch die Zahl der zum Sprühen verwendeten Wassersprühdüsen 17 erhöht wird. Die Zahl der installierten Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfe wird durch die Auslegungsbedingungen wie die maximale Wassermenge, die Zahl der Wassersprühdüsen, den minimalen und maximalen Wassersprühdruck usw. bestimmt. In 9 ist das Speisewassersystem dargestellt, bei dem zwei Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfe verwendet werden.
Sogar in dem Fall, wenn die Wassersprühmenge insgesamt klein ist, kann ein stabiler Leistungssteigerungsbetrieb durchgeführt werden, indem eine Wassersprühmenge pro Düse erhöht wird und eine Veränderung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers des Wassertröpfchen unterdrückt wird, die durch eine Veränderung der Wassersprühmenge verursacht wird.
Ein Betriebsverfahren, bei dem zwei Hilfs-Speisewasser-Verteilerköpfe verwendet werden, ist in 10 gezeigt. Im Fall der maximalen Wassermenge von 100% wird ein Hilfs-Speisewasser-Verteilerkopf verwendet, bis die Wassermenge 50% erreicht. Als Umschaltpunkt bei einer Wassermenge von 50% werden die beiden Verteilerköpfe verwendet, indem der zweite Hilfs-Speisewasser-Verteilerkopf verwendet wird, und führen dann Wasser in der gleichen Menge zu, bis die Wassermenge 100% erreicht.
Auf diese Art können gemäß dieser Ausführungsform sogar bei einer Veränderung der Wassersprühmenge Wassertröpfchen von gewünschter Teilchengröße auf stabile Art erlangt werden, und ein Betrieb mit variabler Leistungserhöhung kann durchgeführt werden, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und Einrichtungen aufrechterhalten wird.
Indem der Speisewasser-Verteilerkopf mit mehreren Speisewasserleitungen 15 versehen wird, ohne dass ein Hilfs-Speisewasser-Verteilerkopf installiert wird, und indem ein Speisewasser-Strömungsregelventil und ein Durchflussmessgerät an der stromabwärtigen Seite des Haupt-Speisewasser-Verteilerkopfs des Speisewassersystems angeordnet werden, ist es weiterhin möglich, die Zahl der betriebenen Wassersprühdüsenleitungen zu ändern.
Durch Vorsehen eines Speisewasser-Strömungsregelventils für jede Wassersprühdüse des Speisewassersystems und durch Vorsehen eines Luftströmungsregelventils für jede Wasserzerstäubungsluftdüse des Luftzufuhrsystems ohne Vorsehen des Hilfs-Speisewasser-Verteilerkopfs ist es weiterhin möglich, die Zahl der betriebenen Wassersprühdüsen zu ändern.
Eine sechste Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 5, 6, 11A und 11B beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Wassermenge oder Luftmenge, die den Wassersprühdüsen 17 zugeführt wird, entsprechend einer Wassersprühmenge geregelt.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. Zusätzlich zu dem Aufbau der ersten Ausführungsform werden das Speisewasserauslass-Strömungsregelventil 26 und das Zerstäubungsluft-Verteilerkopf-Strömungsregelventil 33 entsprechend einer Wassersprühmenge geregelt, so dass eine Luftzufuhrmenge so erhöht und verringert wird, dass ein Luft/Wasser-Verhältnis konstant wird (so dass eine Veränderung unterdrückt wird).
Dadurch können Wassertröpfchen einer bestimmten Teilchengröße erlangt werden (im Fall einer relativ großen Wassermenge ist dies wesentlich), während ein Luftdurchsatz unterdrückt wird, so dass er gering ist. Wenn Luft von dem Kompressor entnommen wird, kann viel Luft von der Einlassluft der Brennkammer zugeführt werden, und ein Betrieb zur Verbesserung der Leistung und des Wirkungsgrads kann durchgeführt werden.
Weiterhin werden das Speisewasserauslass-Strömungsregelventil 26 und das Zerstäubungsluft-Verteilerkopf-Strömungsregelventil 33 entsprechend einer Wassersprühmenge so geregelt, dass sie eine Luftzufuhrmenge so erhöhen und verringern, dass eine Veränderung eines Luft/Wasser-Verhältnisses unterdrückt werden kann und vorzugsweise ein Luft/Wasser-Verhältnis konstant wird.
Konkret wird ein Luft/Wasser-Verhältnis so geregelt, dass es klein ist, wenn eine Wassersprühmenge größer ist, als wenn sie klein ist.
Dadurch können Wassertröpfchen einer bestimmten Teilchengröße erlangt werden (im Fall einer relativ großen Wassermenge ist dies wesentlich), während ein Luftdurchsatz so unterdrückt wird, dass er gering ist. Wenn Luft von dem Kompressor entnommen wird, kann viel Luft von der Einlassluft der Brennkammer zugeführt werden, und ein Betrieb zur Verbesserung der Leistung und des Wirkungsgrads kann durchgeführt werden.
Düsensprühkennlinien, in denen die Teilchengröße der Wassertröpfchen konstant gemacht wurde, sind in 11A gezeigt. Da es notwendig ist, ein Luft/Wasser-Verhältnis entsprechend der Verringerung der Wassersprühmenge zu vergrößern, um die Teilchengröße konstant zu machen, wurden beispielsweise ein Verhältnis zwischen einer Wassersprühmenge und einer Zerstäubungsluftmenge oder ein Luft/Wasser-Verhältnis zur Konstantmachung der Teilchengröße im Voraus in ein Rechenwerk eingegeben, und anschließend wird die Zerstäubungsluftmenge durch Messen einer Wassersprühmenge durch das Speisewasser-Durchflussmessgerät und Berechnung einer notwendigen Zerstäubungsluftmenge geregelt. Dadurch kann eine Veränderung der Teilchengröße entsprechend der Wassersprühmenge unterdrückt werden. Deshalb kann das Auftreten von Erosion an den Kompressorschaufeln durch Aufprallen der Wassertröpfchen auf die Schaufeln verhindert werden, und ein variabler Leistungssteigerungsbetrieb kann durchgeführt werden, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen aufrechterhalten wird.
Alternativ wird sogar durch Erhöhen und Verringern einer Speisewassermenge und sogar durch Änderung des Speisewasser-Verteilerkopfauslass-Strömungsregelventils 26 entsprechend einer Wassersprühmenge das Zerstäubungsluft-Verteilerkopf-Strömungsregelventil 33 so geregelt, dass es konstant ist, um die Luftzufuhrmenge konstant zu machen. Dadurch kann ein variabler Leistungssteigerungsbetrieb durchgeführt werden, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen durch eine einfache Regelung aufrechterhalten wird.
Beispielsweise sind Sprühdüsenkennlinien bei konstant gemachter Zerstäubungsluftmenge in 11B dargestellt. Wie in 11B gezeigt, wurde eine Luftströmungsmenge auf der Basis des Luft/Wasser-Verhältnisses bei einer Wassermenge von 100% der Wasserdüse bestimmt, Luft von einer konstanten Menge wird der Wassersprühdüse unabhängig von einer Veränderung der Wassersprühmenge zugeführt. Dadurch wird die Teilchengröße der gesprühten Wassertröpfchen immer eine Nenngröße oder weniger, und ein variabler Leistungssteigerungsbetrieb kann durchgeführt werden, während ein Auftreten von Erosion durch eine relativ einfache Regelung verhindert werden kann.
Eine siebte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1 und 9 beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird, wenn das Wassersprühen beginnt, eine Regelung so durchgeführt, dass zunächst die Zufuhr von Zerstäubungsluft gestartet wird und anschließend die Zufuhr von zerstäubtem Wasser gestartet wird. Wenn das Wassersprühen gestoppt wird, wird weiterhin die Regelung so durchgeführt, dass zuerst die Zufuhr von zerstäubtem Wasser gestoppt wird und anschließend die Zerstäubungsluftzufuhr gestoppt wird. Weiterhin werden zum Zeitpunkt eines Wassersprühbetriebs Regelungseinrichtungen für Speisewasser und Speiseluft, die den Sprühdüsen zugeführt werden, so geregelt, dass sie auf der Basis eines Gasturbinenauslösesignals gedrosselt werden.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. Konkret wird die folgende Regelung durchgeführt.
Wenn das Wassersprühen auf der Basis eines Wassereinspritzbefehls gestartet wird, wird zunächst das Abzugsluft-Unterbrechungsventil 17 des Zerstäubungsluftsystems geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt strömt Luft in einer Menge an Luft, die von einem Zyklonabscheider 29 abgezogen wurde. Als Nächstes wird das Luft-Strömungsregelventil 84 geöffnet, so dass eine Strömung gemäß einem zu Beginn gesetzten Durchsatz stattfindet und die Luft in die Sprühdüse 17 strömt. Nachdem der Luftdurchgang durch die Düse 17 abgeschlossen ist, wird das Speisewassersystem gestartet. Die Speisewasserpumpe 20 wird gestartet, das Speisewasserunterbrechungsventil 21 wird geöffnet und Wasser strömt mit einem zu Beginn gesetzten Durchsatz durch Betrieb eines Speisewasser-Strömungsregelventils 80. Gemäß diesem Verfahren wird das Sprühwasser durch gesprühte Wasserzerstäubungsluft zerstäubt und von den Sprühdüsen 17 gesprüht. Anschließend wird eine Sprühwassermenge schrittweise erhöht, bis die Wassermenge einen Wassereinspritz-Befehlswert erreicht.
Weiterhin wird in dem Fall, wenn mehrere Hilfs-Speisewasserverteilerköpfe und Hilfs-Zerstäubungsluftverteilerköpfe verwendet werden, wie in 9 gezeigt, ein Umschaltbetrieb bei einer Wassermenge von 50% in 10 entsprechend einem Anstieg der Wassermenge ausgeführt, das Luftströmungsregelventil 84 wird geöffnet, so dass Luft mit gesetztem Durchsatz strömt, und anschließend wird das Speisewasser-Strömungsregelventil 81 so betätigt, dass es geöffnet wird. Auf diese Art ist es möglich, indem zunächst Luft mit gesetztem Durchsatz strömt, Wassertröpfchen-Zerstäubungskennlinien sogar bei dem Vorgang der Erhöhung einer Wassermenge aufrechtzuerhalten.
Ein Vorgang des Stoppens des Wassersprühens wird unter Bezugnahme auf 9 erläutert. Zunächst wird das Speisewasserunterbrechungsventil 21 geschlossen, und anschließend werden die Speisewasser-Strömungsregelventile 80, 81 vollständig geschlossen. Da in einigen Fällen Wasser stromabwärts des Speisewasser-Strömungsregelventils durch Einspritzen von Zerstäubungsluft über mehrere Minuten gesprüht wird, wird hier nach dem Ablauf einer bestimmten Zeit nach dem Stoppen der Zufuhr von Speisewasser das Abzugsluftunterbrechungsventil 27 geschlossen, und die Luftströmungsregelventile 80, 81 werden vollständig geschlossen. Auf diese Art wird auch bei dem Wassersprühstopp-Betriebsvorgang das Luftsprühen gestoppt, nachdem das Speisewasser gestoppt wurde, wodurch die Wasserzerstäubungskennlinien nach dem Stoppen aufrechterhalten werden können.
Dadurch kann ein Wassersprühstart- oder -stoppbetrieb durchgeführt werden, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen aufrechterhalten wird.
Zum Zeitpunkt des Gasturbinenauslösens während des Wassersprühbetriebs werden weiterhin das Speisewasserunterbrechungsventil 21 und das Abzugsluftunterbrechungsventil 27 durch ein Auslösesignal vollständig geschlossen. Obwohl es an gesprühter Zerstäubungsluft fehlt und Wasser von großem Teilchendurchmesser in den Speisewasserkanal gesprüht wird oder das Wasser durch Gewichtsdifferenz heruntertropft, tritt dies in diesem Fall für eine kurze Zeit auf, so dass ein Problem wie Erosion der Kompressorschaufeln dadurch nicht verursacht wird.
Weiterhin wird konkret zunächst ein Befehl zum Stoppen des Wassersprühens auf der Basis eines Signals zur Gasturbinenauslösung ausgegeben. Anschließend wird ein Befehl zum Verringern der Kompressoreinlassleitschaufelöffnung ausgegeben. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Anlage zum Zeitpunkt der Gasturbinenauslösung weiter gewährleistet werden.
Eine achte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 12A und 12B beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird durch Erfassung einer Temperaturverteilung der Luft am Einlass des Kompressors 1 in Umfangsrichtung eine Regelung so durchgeführt, dass eine Temperaturabweichung einen vorgeschriebenen Wert nicht überschreitet.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. Bei dieser Ausführungsform sind weiterhin mehrere Temperaturerfassungseinrichtungen 36 an dem Einlasskanal 13 angeordnet, wie in dem Schnitt entlang der Linie A-A von 12A gezeigt.
Wassertröpfchen 40, die von der Einspritzdüse 17 eingespritzt werden, werden teilweise im Inneren des Einlasskanals 13 verdampft, wodurch die Temperatur der Umgebungsluft sinkt, und werden in den Kompressor 1 eingeführt. Wenn eine Wassermenge, die von einigen einer Reihe von Wassersprühleitungen 15 zugeführt wird, aufgrund von Verstopfung oder Ähnlichem der Sprühdüse 17 nicht ausreicht, tritt zu diesem Zeitpunkt eine Differenz der gemessenen Temperaturen auf, wenn Einlasskanalluft-Temperaturerfassungseinrichtungen 36 an mehreren Positionen vorgesehen sind. Da eine Ungleichmäßigkeit der Strömung an dem Einlassabschnitt normalerweise einen instabilen Betrieb des Kompressors verursacht, ist es auch erforderlich, Gleichmäßigkeit der Temperaturen zu gewährleisten. Ungleichmäßigkeit oder Abweichung der Temperatur in Umfangsrichtung am Einlassabschnitt des Kompressors bedeutet, dass korrigierende Drehzahlen des Kompressors in Umfangsrichtung voneinander abweichen, was eine Fehlanpassung zwischen Stufenkennlinien innerhalb des Kompressors verursacht.
In dem Fall, wenn die Temperaturabweichung am Einlass des Kompressors an der oben genannten Abweichung der Wasserströmung liegt, tritt weiterhin eine Differenz der Mengen von Wassertröpfchen auf, die in den Kompressor 1 einzuführen sind, ohne in dem Einlasskanal 13 in Umfangsrichtung des Einlassabschnitts verdampft worden zu sein. Da in den Kompressor 1 eingeführte Wassertröpfchen dazu dienen, Umgebungstemperaturen einer Hauptluftströmung im Inneren des Kompressors 1 zu senken, indem sie darin verdampft werden, kommt es dazu, dass ein Temperaturabfall in einem bestimmten Abschnitt im Inneren des Kompressors groß wird, wenn eine Abweichung der Wassertröpfchenverteilung in Umfangsrichtung groß ist, während ein Temperaturabfall in einem anderen Abschnitt klein wird, wodurch die Umfangstemperaturabweichung im Inneren des Kompressors sich weiter verschlechtert. Deshalb kann ein Fall auftreten, in dem ein überschüssiges Driftwasser, das den Grenzwert überschreitet, unbeabsichtigt teilweise in dem Kompressor strömt, obwohl der Betrieb innerhalb der Einspritzwasser-Grenzlinie beabsichtigt ist.
Wenn die Verwendung der Einlasstemperatur und -feuchtigkeit des Kompressors 1 für die Regelung der Wassermenge in Erwägung gezogen wird, beeinflusst die oben genannte Temperaturabweichung die Regelung der Wassermenge und verursacht einen Fall, in dem eine überschüssige Menge Wasser über den Wassermengen-Grenzwert hinaus eingespritzt wird, oder im Gegenteil eine geeignete Menge Wasser, die erforderlich ist, um eine Soll-Gasturbinenleistung zu erzielen, nicht eingespritzt werden kann.
Ein Wert wird willkürlich als zulässiger Wert für Temperaturabweichungen vorher bestimmt, Temperatursignale an mehreren Punkten, die von der in 12A, 12B dargestellten Temperaturerfassungseinrichtung 36 erfasst werden, werden der Regeleinheit 35 zugeleitet, anschließend regelt in dem Fall, wenn eine Temperaturabweichung den vorher bestimmten zulässigen Wert überschreitet, die Regeleinheit die Öffnung des Speisewasser-Verteilerkopfauslass-Strömungsregelventils 26 so, dass eine Zufuhrwassermenge, die von jeder Wassersprühleitung 15 ihrer Sprühdüse 17 zuzuführen ist, konstant wird, wodurch die Abweichung so unterdrückt wird, dass sie innerhalb des zulässigen Werts gehalten wird. In einem Fall, wenn beispielsweise die Einspritzdüse 17 durch Fremdstoffe wie Rost, der sich in der Leitung angesammelt hat, verstopft ist, führt dies zu einer Temperaturabweichung, da ein Speisewasserdruck in jeder Wassersprühleitung 15 gleich ist und da eine Wassermenge, die in eine bestimmte Wassereinspritzleitung strömen soll, die viele verstopfte Düsen hat, sich im Vergleich zu Mengen in anderen Wassersprühleitungen verringert. Um Wasserströmungen in den Wassersprühleitungen auszugleichen, werden deshalb Öffnungen der Speisewasser-Verteilerkopfauslass-Strömungsregelventile 26 anderer Wassersprühleitungen, die keiner Verstopfung ausgesetzt sind, reduziert. Dadurch wird die Temperaturabweichung am Einlass des Kompressors durch Ausgleichen der Strömungen in entsprechenden Wassersprühleitungen 15 eliminiert. Da jedoch die Speisewassermenge aufgrund der reduzierten Öffnung des Speisewasser-Verteilerkopfauslass-Strömungsregelventils 26 sinkt, sendet die Regeleinheit 35 ein Ventilöffnungs-Betriebssignal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22, den Druck des Speisewasser-Verteilerkopfs so zu erhöhen, dass eine Anzeige durch das Wasser-Strömungsmessgerät 23 auf eine Soll-Wasserströmung steigt. Wenn der Speisewasserdruck erhöht wird, ist weiterhin eine Menge an Wassertröpfchen-Zerstäubungsluft nicht mehr ausreichend, daher sendet die Regeleinheit 35 ein Ventilöffnungs-Betriebssignal auch an das Luftströmungsregelventil 31, seinen Zufuhrdruck zu erhöhen und die Luftströmung so zu regeln, dass sie einen Sollwert erreicht.
Dadurch wird ein teilweises Auftreten von Vereisung oder Abriss unterdrückt, und ein Hochleistungsbetrieb ist möglich, während die Zuverlässigkeit der Vorrichtung und der Einrichtungen aufrechterhalten wird.
An Stelle des in dem Schnitt A-A von 12A gezeigten Aufbaus kann eine Lufttemperatur-Erfassungseinrichtung 37 an der stromaufwärtigen Seite der Kompressoreinlassleitschaufeln angeordnet sein, wie in dem Schnitt B-B von 12B gezeigt. Der Schnitt B-B ist ein Schnitt stromaufwärts der Kompressoreinlassleitschaufeln 7. Dieser Aufbau kann eine ähnliche Wirkung wie der durch den Schnitt A-A dargestellte Aufbau haben. Die Lufttemperatur-Erfassungseinrichtungen 37 sind an dem Einlass de Kompressoreinlassleitschaufeln 7 voneinander beabstandet in Umfangsrichtung angeordnet, vorzugsweise in gleichem Abstand, wodurch Temperaturabweichungen genauer erfasst werden können, eine Abnormität der Vorrichtung und der Einrichtungen genau erfasst werden kann und eine Wartung der Vorrichtung und der Einrichtungen bewirkt werden kann.
Obgleich ein zulässiger Wert der vorher bestimmten Temperaturabweichung entsprechend dem Typ oder der Art der Gasturbine auf unterschiedliche Werte gesetzt werden sollte, kann er bei dieser Erfindung auf 15°C oder niedriger gesetzt werden.
Ein Beispiel für den Betrieb der Erfindung folgt unter Bezugnahme auf 1 und 13.
13 zeigt eine Vereisungsgrenze am Einlass des Kompressors 1.
In dem Fall, dass der Atmosphärenzustand 10°C und die relative Feuchtigkeit 30% beträgt, liegt sie in Punkt A in 13. Bei Verdampfung eines Abschnitts des eingespritzten Wassers zwischen der stromabwärtigen Seite der Wassereinspritzeinheit und der stromaufwärtigen Seite des Kompressors sinkt eine Einlasstemperatur des Kompressors 1 theoretisch auf 3,5°C an dem Punkt C bei einer relativen Feuchtigkeit von 100%. Jedoch wird eine Luftgeschwindigkeit in der Nähe der Kompressoreinlassleitschaufel 7 auf ungefähr 200 m/s erhöht. Dadurch sinkt eine statische Lufttemperatur, und eine Gewinnungstemperatur an der Oberfläche der Schaufeln der Kompressoreinlassleitschaufel 7 verringert sich um 2 bis 3°C. Daher besteht die Möglichkeit, dass in den Kompressor eingeführte Wassertröpfchen an der Wandoberfläche des Gehäuses und an der Kompressoreinlassleitschaufel 7 festfrieren.
Wenn eine Vereisungserscheinung stattfindet, sinkt die Leistung der Gasturbine aufgrund einer Verringerung der Menge an Einlassluft in dem Kompressor 1. Weiterhin besteht die Möglichkeit, dass die Kompressorschaufel durch periodisches Verstreuen von gewachsenem Eis beschädigt wird. Außerdem werden in dem Fall, wenn teilweise Vereisung in Umfangsrichtung am Einlass des Kompressors auftritt, in den Kompressor gesaugte Einlassluftmengen in Umfangsrichtung ungleichmäßig, was zu unausgeglichenen Vibrationen eines Rotationsabschnitts der Gasturbine oder zu einem instabilen Betrieb des Kompressors führt.
Im praktischen Betrieb ist es erforderlich, einen unteren Temperaturgrenzwert zu setzen, der im Hinblick auf eine Öffnung der Kompressoreinlassleitschaufel 7 im Betrieb, eine Temperaturabweichung in Umfangsrichtung am Einlass des Kompressors 1 und entsprechenden Veränderungen und der Genauigkeit der Messungen der Lufttemperaturerfassungseinrichtungen 36 mit einem geeigneten Grenzabstand bestimmt werden sollte. Bei dieser Ausführungsform ist er auf 15°C voreingestellt. In 13 z.B. ist der untere Grenzwert auf 5°C gesetzt, und ein Bereich 3, der unter 5°C liegt, ist als Wassersprühverbotszone definiert. Daher reicht im Fall von 13 ein zulässiger Wassersprühbereich bis zu Punkt B, an dem eine Einlasstemperatur des Kompressors 1 5°C und eine relative Feuchtigkeit 75% beträgt.
In 13 geschieht es in dem Fall, wenn ein Atmosphärenzustand im Bereich 1 liegt, theoretisch nicht, dass eine Einlasstemperatur des Kompressors 1 niedriger als 5°C wird, wodurch eine Wassersprüheinschränkung wegen Vereisung eliminiert wird. In dem Fall, wenn der Atmosphärenzustand im Bereich 2 liegt, wird die Wassermenge so geregelt, dass die Einlasstemperatur des Kompressors 1 nicht unter 5°C sinkt, da es möglich ist, dass die Einlasstemperatur des Kompressors 1 unter 5°C sinkt und in den Bereich 3 eintritt. Zu diesem Zeitpunkt wird, da eine teilweise Vereisung am Einlass des Kompressors nicht zugelassen werden sollte, die gleiche Wasserströmungsregelung wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung so durchgeführt, dass alle erfassten Werte von Temperatursignalen von Lufttemperaturerfassungseinrichtungen 36 nicht unter 5°C sinken.
Wenn der Atmosphärenzustand während des Betriebs in den Bereich 3 von 13 eintritt, nämlich, wenn eine Temperatur am Trockenkugelthermometer des Atmosphärenzustands unter 5°C sinkt, wird es notwendig, die Wasserzufuhr rasch zu stoppen, da die Vereisungserscheinung in zwei oder drei Minuten beginnt, daher sendet die Regeleinheit 35 ein Ventilschließungs-Betriebssignal an das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21. Sonst wird die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet.
In dem Fall, wenn der Atmosphärenzustand von 6 im Bereich 2 liegt, d.h. wenn eine Temperatur am Trockenkugelthermometer der Atmosphäre unter 5°C liegt, ist ein Anstieg der zu steigernden Leistung der Gasturbine begrenzt, da eine Wassersprühmenge für eine Regelung im praktischen Betrieb gering wird, wodurch ein geringerer Vorteil erzielt wird. Ohne dass zugelassen wird, dass die Wasserregelung bis zur Grenze der Vereisung durchgeführt wird, sendet die Regeleinheit 35 ein Ventilschließungs-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21, wenn die Temperatur am Feuchtkugelthermometer unter 5°C sinkt. Sonst wird die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet. In diesem Fall wird die Möglichkeit der Vereisung vollständig eliminiert, wodurch ein sichererer Betrieb gewährleistet wird.
In der Ansaugkammer 11 in 1 sind die Atmosphärenzustands-Erfassungseinrichtung 38 und die Atmosphärenfeuchtigkeits-Erfassungseinrichtung 75 installiert. Die Atmosphärenzustands-Erfassungseinrichtung 38 und die Atmosphärenfeuchtigkeits-Erfassungseinrichtung 75 können an einer beliebigen Stelle an der stromaufwärtigen Seite der Wassereinspritzeinheit angeordnet sein, vorausgesetzt, dass sie nicht von Regentropfen beeinflusst werden. Die Ergebnisse der Erfassung durch die Atmosphärentemperatur-Erfassungseinrichtung 38 und die Atmosphärenfeuchtigkeits-Erfassungseinrichtung 75 ermöglichen die Feststellung, in welchem Bereich von 13 eine Positionierung erfolgen muss. Weiterhin können auch ein Ergebnis der Erfassung durch die Kompressoreinlass-Ansaugkanal-Lufttemperatur-Erfassungseinrichtung 36 und die Kompressoreinlass-Gasfeuchtigkeits-Erfassungseinrichtung 61 von 13 verwendet werden. Weiterhin kann in dem Fall, wenn ein Signal von erfasster Feuchtigkeit eine relative Feuchtigkeit ist, dieses in der Regeleinheit 35 in absolute Feuchtigkeit umgewandelt werden.
Eine neunte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 14, 15 und 16 beschrieben.
14 ist ein schematisches Diagramm, das ein Beispiel für Betriebszustands-Erfassungseinrichtungen zeigt, die die Gasturbine selbst umgeben und sich auf die Wasserströmungsregelung beziehen.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen den Aufbau der ersten Ausführungsform haben. Zusätzlich zu dem Aufbau ist, wie in 14 gezeigt, ein Kompressoreinlass- Gesamtdruckmessgerät 39 in dem oberen Abschnitt des Kompressorlufteinlassabschnitts 14 vorgesehen, eine Wanddruck-Erfassungseinrichtung 43 ist in einem Einlassgehäuse der Kompressoreinlassleitschaufel 7 vorgesehen, ein Kompressorwand-Druckveränderungs-Erfassungsdrucksensor 44 ist in einer Zwischenstufe des Kompressors vorgesehen, eine Kompressorförderabschnitts-temperaturerfassungseinrichtung 45 und eine Kompressorförderdruck-Erfassungseinrichtung 46 sind an einem Förderabschnitt des Kompressors 1 vorgesehen, eine Gasturbinen-Abgastemperaturerfassungseinrichtung 47 ist in einem Gasturbinen-Auslassverteiler 8 vorgesehen, eine Lagervibrations-Erfassungseinrichtung 42 ist an dem Kompressorvorderlager 6 vorgesehen, eine Lagervibrations-Erfassungseinrichtung 52 ist an einem Turbinenauslassseitenlager 9 vorgesehen, eine Metalltemperatur-Erfassungseinrichtung 41 ist an einem Drucklager 5 vorgesehen, und ein Abzugserfassungsniveauschalter 48 ist in dem Kompressorlufteinlassabschnitt vorgesehen. Es ist nicht nötig, alle oben genannten Erfassungseinrichtungen etc. vorzusehen.
15 zeigt Änderungen der Betriebsbedingungen der gesamten Gasturbine bei Auftreten von Vereisungserscheinungen.
Die Wassersprüheinspritzung beginnt in Punkt A in 15, und entsprechend einer ansteigenden Menge des gesprühten Wassers sinkt eine Kompressoreinlasstemperatur. In einem Zustand, wenn die Atmosphärentemperatur zu niedrig ist, beginnt jedoch eine Vereisungserscheinung von Punkt B aus stattzufinden, wodurch die Gesamtleistung der Gasturbine beeinflusst wird. Wenn die Vereisungserscheinung im Einlass des Kompressors stattfindet, wächst Eis an den Oberflächen der Einlassleitschaufel 7 und des Gehäuses, wodurch ein vorderer Ringbereich des Kompressors verkleinert wird und wodurch eine Kompressoreinlassluftströmung verringert wird. Wenn die Kompressoreinlassluftströmung verringert wird, sinkt eine Gasturbinenleistung. Da eine Geschwindigkeit der Luftströmung in dem Einlass des Kompressors sinkt, steigt weiterhin ein Druck auf die Wand des Gehäuses in dem Einlassabschnitt der Kompressoreinlassleitschaufel 7. Ein Absinken der Mengen der Luftströmung an dem Einlass des Kompressors führt zu einem Absinken der Mengen der Luftströmung an dem Einlass der Gasturbine, wodurch ein Förderdruck des Kompressors so weit sinkt, dass der Betrieb bei einer konstanten Verbrennungstemperatur aufrechterhalten wird. Wenn der Förderdruck des Kompressors während des Betriebs bei der konstanten Verbrennungstemperatur sinkt, steigt eine Abgastemperatur der Gasturbine. In dem Fall, wenn eine durch die Vereisungserscheinung ausgelöste Zwischenstufen-Fehlanpassung in dem Kompressor auftritt, sinkt ein adiabatischer Wirkungsgrad des Kompressors merklich, wodurch die Fördertemperatur des Kompressors erhöht wird.
16 zeigt Änderungen des gesamten Betriebszustands der Gasturbine bei Auftreten einer Abrisserscheinung.
Die Wassereinspritzung beginnt von Punkt A in 16. Mit steigender Wassereinspritzmenge sinkt die Einlasstemperatur des Kompressors, und seine Leistung beginnt zu steigen. In dem Fall, wenn eine ungleichmäßige Temperaturverteilung am Einlass des Kompressors, eine ungleichmäßige Verteilung der in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen in dessen Umfangsrichtung, eine Zwischenstufen-Fehlanpassung innerhalb des Kompressors aufgrund einer zu großen Wassereinspritzung in ihn oder Ähnliches auftritt, besteht jedoch die Möglichkeit, dass eine Schaufelabrisserscheinung im Inneren des Kompressors die Folge sein kann. Wenn eine Abrisserscheinung der Schaufeln auftritt, erhöht sich eine Veränderung von Wanddrücken des Kompressors aufgrund einer instabilen Strömung durch den Abriss. Da ein Abrissschaufelbereich seine Luftströmung hemmt, sinkt die Menge an Einlassluft des Kompressors. Die Verringerung der Menge der Einlassluft des Kompressors verursacht eine Verringerung der Gasturbinenleistung. Da eine Luftströmungsgeschwindigkeit am Einlass des Kompressors zum Sinken gebracht wird, steigt weiterhin ein Gehäusewanddruck im Einlassabschnitt der Kompressoreinlassleitschaufel 7. Da die Verringerung der Einlassluftmenge des Kompressors zu einer Verringerung der Einlassluft zu der Gasturbine führt, sinkt auch der Förderdruck des Kompressors so lange, wie ein Betrieb mit konstanter Verbrennungstemperatur aufrechterhalten wird. Wenn der Förderdruck des Kompressors im Betrieb bei konstanter Verbrennungstemperatur verringert wird, steigt eine Abgastemperatur der Gasturbine. Der adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors sinkt aufgrund der Abrisserscheinung merklich, wodurch die Fördertemperatur des Kompressors erhöht wird. Zusammen mit einem Anstieg des Veränderungsniveaus der Kompressorwanddrücke erhöht sich auch eine Vibration in einem Rotationsabschnitt der Gasturbine, wodurch ein Wert der Vibration seines Lagers steigt.
Obwohl, wie oben erwähnt, die Gasturbine selbst im Wesentlichen von den Sprühwassermengen-Grenzlinien geschützt ist, kann langfristig ein Fall auftreten, in dem die Verwendung dieser Grenzlinien allein den Schutz der Gasturbine selbst nicht gewährleisten kann, im Hinblick auf Einflüsse wie ein Sinken der Pumpgrenzabstände aufgrund von Altersverschleiß des Kompressors etc. Daher wird es notwendig, dass die betreffenden Betriebszustände am Umfang der Gasturbine für jedes Erfassungsobjekt bezüglich seines vorher bestimmten zulässigen Veränderungswerts erfasst und überwacht werden.
1) Da die Abrisserscheinung im Inneren des Kompressors und die Vereisungserscheinung an der Einlassleitschaufel 7 des Kompressors zu einem Sinken der Kompressoreinlassluftmenge führen, wird es möglich, ihr Auftreten durch Überwachen der Kompressoreinlassluftmenge zu erfassen. Im praktischen Betrieb sendet in dem Fall, wenn die Kompressoreinlassluftmenge innerhalb einer vorher bestimmten Zeitspanne unter den vorher bestimmten zulässigen Wert sinkt, die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann in dem Fall, wenn der zulässige Veränderungswert überschritten wird, die Wasserzufuhr unterbrochen werden, um die Gasturbine zu schützen. In diesem Fall überträgt die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Hier wird die Kompressoreinlassluftmenge berechnet, z.B. unter Verwendung von Signalen von dem Kompressoreinlass-Gesamtdruckmessgerät 39, das in dem oberen Abschnitt des Kompressoreinlassabschnitts 14 angeordnet ist, von der Einlassabschnitt-Gehäusewand-Druckerfassungseinrichtung 43 in dem Einlass der Kompressoreinlassleitschaufel 7, und einem Temperatursignal von der Einlasskanal-Lufttemperatur-Erfassungseinrichtung 36.
Dadurch können die Vereisungs- oder Abrisserscheinungen sicher erfasst werden, so dass die Zuverlässigkeit der Gasturbine sicher gewährleistet werden kann.
2) Die Überwachung des Einlassabschnitt-Gehäusewanddrucks in dem Einlass der Kompressoreinlassleitschaufel 7 wird durchgeführt, um die Erscheinungen des Abreißens im Inneren des Kompressors und der Vereisung an der Kompressoreinlassleitschaufel zu erfassen und einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. In dem Fall, wenn sich die Kompressoreinlassströmung verringert, erhöht sich der oben genannte Kompressorleitschaufeleinlass-Gehäusewanddruck. Z.B. wird beim Stoppen der Gasturbine eine Kompressoreinlasströmungsmenge 0, zu diesem Zeitpunkt ist ihr Gehäusewanddruck im Zustand des Atmosphärendrucks, der ein maximaler Wert ist. Mit steigender Drehzahl der Gasturbine und mit einem Anstieg der Menge der Einlassluftströmung erhöht sich eine Luftgeschwindigkeit, wodurch der statische Druck abnimmt oder der Gehäusewanddruck sinkt.
Der oben genannte Kompressorleitschaufeleinlass-Gehäusewanddruck wird für die Berechnung der Kompressoreinlassluftmenge verwendet. Für beide können in einer linearen Funktion Näherungswerte gebildet werden, wobei eine angemessene Genauigkeit im tatsächlichen Maß des Gasturbinenbetriebs gewährleistet wird. Daher besteht der Vorteil, dass Speisewasser allein auf der Grundlage des Kompressorleitschaufeleinlass-Gehäusewanddrucks sofort unterbrochen werden kann, wenn der Betriebszustand des Kompressors 1 instabil wird, ohne dass das Ergebnis der Berechnung der Kompressoreinlassluftmenge ausgeführt werden muss.
Im praktischen Betrieb wird die Gehäusewanddruck-Erfassungseinrichtung 43 in dem Einlassabschnitt der Kompressoreinlassleitschaufel 7 angebracht, und in dem Fall, wenn der oben genannte Kompressoreinlass-Gehäusewanddruck einen vorher bestimmten Zeitraum lang über den vorher bestimmten Grenzwert steigt, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, um dessen Öffnung zu verkleinern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann in dem Fall, wenn der zulässige Veränderungswert überschritten wird, die Wasserzufuhr unterbrochen werden, um die Gasturbine selbst zu schützen. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Alternativ kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Dadurch können die Erfassungseinrichtungen einfach installiert werden, die Erscheinung der Vereisung oder Abreißen kann einfach erfasst werden und die Zuverlässigkeit der Gasturbine kann gewährleistet werden.
3) Die Überwachung des Kompressorförderdrucks wird durchgeführt, um die Erscheinungen des Abrisses im Inneren des Kompressors und der Vereisung an der Kompressoreinlassleitschaufel zu erfassen und einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. Wenn die Kompressoreinlass-Strömungsmenge sinkt, sinkt der oben genannte Kompressorförderdruck so lange, wie ein Betrieb bei konstanter Verbrennungstemperatur durchgeführt wird. Ein Verhältnis zwischen der Kompressoreinlassluftströmung und dem Kompressorförderdruck kann im Fall eines Betriebs mit konstanter Verbrennungstemperatur durch eine lineare Funktion mit angemessener Genauigkeit annähernd ausgedrückt werden. Daher besteht der Vorteil, dass die Wasserzufuhr auf der Basis des Kompressorförderdrucks sofort unterbrochen werden kann, wenn der Betriebszustand des Kompressors 1 instabil wird, ohne dass das Ergebnis der Berechnung der Kompressoreinlassluftströmungsmenge ausgeführt werden muss.
Im praktischen Betrieb ist die Kompressorförderdruck-Erfassungseinrichtung 46 in dem Förderabschnitt des Kompressors 1 angebracht, und in dem Fall, wenn der oben genannte Kompressorförderdruck innerhalb eines vorher bestimmten Zeitraums unter den vorher bestimmten Grenzwert fällt, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, dessen Öffnung zu verkleinern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann in dem Fall, wenn der zulässige Veränderungswert überschritten wird, die Wasserzufuhr unterbrochen werden, um die Gasturbine zu schützen. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Da das Druckniveau hoch ist und eine Änderung des Niveaus rasch erfasst werden kann, kann die Zuverlässigkeit der Gasturbine bei Auftreten einer Vereisungs- oder Abrisserscheinung rasch gewährleistet werden.
4) Die Überwachung der Kompressorfördertemperatur wird durchgeführt, um die Erscheinungen des Abrisses im Inneren des Kompressors und der Vereisung an der Kompressoreinlassleitschaufel zu erfassen und einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. In dem Fall, wenn ein Abriss- oder Vereisungsphänomen bei steigender Wassereinspritzmenge auftritt, sinkt die Kompressorfördertemperatur nicht, sondern bleibt konstant oder steigt trotz der erhöhten Wassermenge, da der adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors sinkt. Dabei sollte die Einlasstemperatur des Kompressors durch die Wassereinspritzung sinken, und zusätzlich sollte die Kompressorfördertemperatur in einem annähernd linearen Verhältnis zu der Menge des eingespritzten Wassers sinken, da die Temperatur der Hauptluftströmung durch Verdampfung von in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen sinken soll. Ein Fall, indem die Kompressorfördertemperatur nicht sinkt, zeigt daher, dass der Kompressorwirkungsgrad aufgrund eines instabilen Betriebs innerhalb des Kompressors gesunken ist.
Im praktischen Betrieb ist die Kompressorfördertemperatur-Erfassungseinrichtung 45 in dem Förderabschnitt des Kompressors 1 angebracht, und in dem Fall, wenn der oben genannte Kompressorförderdruck innerhalb eines vorher bestimmten Zeitraums unter den vorher bestimmten Grenzwert fällt, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verkleinern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann in dem Fall, wenn der zulässige Veränderungswert überschritten wird, die Wasserzufuhr unterbrochen werden, um die Gasturbine selbst zu schützen. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
5) Die Überwachung des adiabatischen Wirkungsgrads des Kompressors wird durchgeführt, um die Abrisserscheinung im Inneren des Kompressors und die Vereisungserscheinung an der Kompressoreinlassleitschaufel zu erfassen, um die Zwischenstufen-Fehlanpassung innerhalb des Kompressors zu erfassen, und um einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. Da die Kompressorfördertemperatur mit einer steigenden Wassereinspritzmenge sinkt, steigt offensichtlich der adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors. Wenn jedoch eine Abriss- oder Vereisungserscheinung bei steigender Wassereinspritzmenge auftritt, sinkt der adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors. Eine leichte Fehlanpassung zwischen Zwischenstufen innerhalb des Kompressors, die nicht deutlich nur aus der Erfassung der oben genannten Kompressor-Einlassströmungsmenge, dem Förderdruck und der Fördertemperatur zu ersehen ist, kann weiterhin deutlicher durch den adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors erfasst werden. Die Kompressorfördertemperatur, die einfach ist, weil sie nicht berechnet werden muss, neigt dazu, von einem Sinken des Kompressorförderdrucks beeinflusst zu werden, wenn ein Nachlassen der Leistung des Kompressors erfasst wird. Daher kann der Fall eintreten, dass die Verringerung der Leistung des Kompressors doch nicht ohne Berechnung des adiabatischen Wirkungsgrads des Kompressors erfasst werden kann.
Auf der Basis von Messungen durch das Kompressoreinlass-Gesamtdruckmessgerät 39 und die Einlasskanalluft-Temperaturerfassungseinrichtung 36, die in dem oberen Abschnitt des Kompressoreinlassabschnitts 14 angebracht sind, und durch die Kompressorfördertemperatur-Erfassungseinrichtung 45 und die Kompressorförderdruck-Erfassungseinrichtung 46, die in dem Förderabschnitt des Kompressors 1 angebracht sind, wird in der praktischen Anwendung bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Menge der Wassereinspritzung zu verringern, wenn festgestellt wird, dass der oben genannte adiabatische Wirkungsgrad des Kompressors innerhalb des vorher bestimmten Zeitraums unter den vorher bestimmten Grenzwert gefallen ist. Weiterhin kann die Wasserzufuhr unterbrochen werden, wenn sie über dem zulässigen Veränderungswert liegt, um den Hauptkörper der Gasturbine zu schützen. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Dadurch kann das Auftreten von Vereisungs- oder Abrisserscheinungen einfach erfasst werden, sogar wenn sich die Atmosphärentemperatur ändert, wodurch die Zuverlässigkeit der Gasturbine einfach gewährleistet werden kann.
6) Die Überwachung der Gasturbinen-Abgastemperaturen wird zur Erfassung der Abrisserscheinung im Inneren des Kompressors und der Vereisungserscheinung an der Kompressoreinlassleitschaufel und zum Erreichen eines Sicherheitsbetriebs der Gasturbine durchgeführt. Bei einer Absenkung der Kompressoreinlass-Strömungsmenge sinkt der oben genannte Kompressorförderdruck, und die Gasturbinenabgastemperatur steigt so lange, wie der Betrieb mit einer konstanten Verbrennungstemperatur aufrechterhalten wird. Dadurch besteht der Vorteil, dass in jedem Fall, wenn der Betriebszustand des Kompressors 1 instabil wird, das Speisewasser auf der Grundlage der Gasturbinen-Abgastemperaturen sofort unterbrochen werden kann.
Bei der praktischen Anwendung wird die Gasturbinen-Abgastemperaturerfassungseinrichtung 47 in dem Gasturbinen-Auslassverteiler 8 angebracht, und in dem Fall, wenn die Abgastemperatur innerhalb eines vorher bestimmten Zeitraums einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Im Fall einer Überschreitung des zulässigen Veränderungswerts kann weiterhin die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Die Überwachung der Schwankungen der Gasturbinen-Abgastemperaturen wird durchgeführt, um eine ungleichmäßige Verteilung von Wassertröpfchen, die in Umfangsrichtung des Kompressors in diesen eingeführt wurden, sowie einen instabilen Betrieb der Brennkammer zu erfassen und einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. Im Fall einer ungleichmäßigen Verteilung der Kompressoreinlasstemperaturen und einer ungleichmäßigen Verteilung der Wassertröpfchen, die in Umfangsrichtung des Kompressors in diesen eingeführt wurden, ist ein stabiler Betrieb der Brennkammer gestört, da Veränderungen der Mengen von Luft und Dampf auftreten, die der Brennkammer zugeführt werden, und der gestörte Betrieb erscheint als eine Veränderung der Turbineneinlasstemperaturen, d.h. als erhöhte Schwankung der Abgastemperaturen.
In der praktischen Anwendung bezüglich der in dem Gasturbinen-Auslassverteiler 8 angebrachten Gasturbinen-Abgastemperatur-Erfassungseinrichtung 47 sendet die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu senken, wenn eine Abweichung der Abgastemperatur den vorher bestimmten Grenzwert überschreitet. Im Fall einer Überschreitung des zulässigen Veränderungswerts kann weiterhin die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 sofort gestoppt werden.
Dadurch können Vereisungs- oder Abrisserscheinungen bei ihrem Auftreten rasch erfasst werden, so dass die Zuverlässigkeit der Gasturbine schnell gewährleistet werden kann.
7) Die Überwachung der Lagervibrationen wird zur Erfassung von Ungleichmäßigkeiten von Kompressoreinlassluftmengen und Wassertröpfchen, die in den Kompressor eingeführt wurden, in dessen Umfangsrichtung aufgrund der Abrisserscheinungen im Inneren des Kompressors oder der Vereisungserscheinungen an der Kompressoreinlassleitschaufel und zum Erreichen eines Sicherheitsbetriebs der Gasturbine durchgeführt. Wenn eine Abrisserscheinung auftritt, sogar wenn es sich um einen Rotationsabriss, der erzwungene Vibrationen an den Kompressorschaufeln erzeugt, oder ein Flattern in abgerissener Strömung handelt, das eine Eigenschwingung der Kompressorschaufeln verursacht, führt dies dazu, dass Vibrationsstärken des rotierenden Körpers sich erhöhen. Daher besteht der Vorteil, dass die Wasserzufuhr sofort ansprechend auf die Lagervibrationen unterbrochen werden kann, wenn der Betriebszustand des Kompressors 1 instabil wird.
Im praktischen Betrieb ist die Lagervibrations-Erfassungseinrichtung 42 an dem Vorderlager 6 des Kompressors vorgesehen, und die Lagervibrations-Erfassungseinrichtung 52 ist in dem Turbinenauslassseitenlager 9 vorgesehen, und wenn ein Vibrationswert der Lager einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Wenn ein zulässiger Veränderungswert überschritten wird, kann weiterhin die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 sofort gestoppt werden.
Dadurch kann ein teilweises Auftreten von Vereisungs- oder Abrisserscheinungen direkt erfasst werden. Die Zuverlässigkeit der Gasturbine kann vor solchen Erscheinungen geschützt werden.
8) Die Überwachung von Metalltemperaturen der Drucklager wird durchgeführt, um Änderungen der Druckkräfte in axialen Richtungen des Kompressors und der Turbine zu erfassen, die durch Wassereinspritzung hervorgerufen werden, und um den Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. Durch Wassereinspritzung wird bewirkt, dass eine Arbeitsverteilung zwischen den Stufen in dem Kompressor von ihrem ursprünglichen Auslegungszustand abweicht. Daher wird ein Gleichgewicht zwischen Druckkräften in axialen Richtungen des Kompressors und der Turbine gestört, wodurch bewirkt wird, dass ein Oberflächendruck an dem Drucklager steigt und dadurch die Metalltemperatur des Lagers wahrscheinlich ansteigt.
In praktischen Betrieb ist die Metalltemperaturerfassungseinrichtung 41 an dem Drucklager 5 angebracht, und wenn die Drucklagermetalltemperatur einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser- Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Sonst kann bei einer Überschreitung eines zulässigen Veränderungswerts die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 sofort in ihrem Betrieb unterbrochen werden. Ein Ungleichgewicht zwischen dem Kompressor 1 und der Turbine 3 kann sicher erfasst werden, so dass die Zuverlässigkeit der Gasturbine sicher gewährleistet werden kann.
9) Die Überwachung der Schwankungen der Kompressorwanddrücke wird durchgeführt, um Abrisserscheinungen innerhalb des Kompressors zu erfassen und einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu erreichen. Es ist schwierig zu unterscheiden, wenn die Atmosphärenbedingungen den Bereichen 2 oder 3 in 6 entsprechen, die unter Bezugnahme auf die zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurden, ob eine Abrisserscheinung oder eine Vereisungserscheinung einfach von einer Kompressoreinlassluftmenge, einem Kompressoreinlassleitschaufeleinlass-Gehäusewanddruck, einem Kompressorförderdruck, einer Fördertemperatur, einem adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors und einer Gasturbinenabgastemperatur herrührt. In einem Fall, wenn es viele Abrissbereiche gibt und diese Abrissbereiche darüber hinaus gleichmäßig in den Umfangsrichtungen verteilt sind, treten sie außerdem nicht unbedingt als Lagervibrationen in Erscheinung. Bei Auftreten einer Abrisserscheinung, und wenn es sich um eine erzwungene Vibration an Kompressorschaufeln aufgrund eines Drehabrisses handelt, kann Druckschwankung im Zusammenhang mit dem Abriss direkt erfasst werden, da bewirkt wird, dass der Abrissbereich sich in Umfangsrichtung verschiebt.
Im praktischen Betrieb ist der Kompressorwanddruck-Veränderungserfassungs-Drucksensor 44 in einer Zwischenstufe des Kompressors 1 angebracht, und wenn ein Schwankungswert des Kompressorwanddrucks einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern. Sonst kann bei einem Überschreiten eines zulässigen Veränderungswerts die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasserunterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Da die Abrisserscheinung direkt erfasst werden kann, kann die Zuverlässigkeit der Gasturbine sicher gewährleistet werden.
10) Die Überwachung der Fördertemperaturen des Kompressors an mehreren Punkten wird zur Erfassung von Ungleichmäßigkeiten von Kompressoreinlassluftmengen und Wassertröpfchen, die in den Kompressor eingeführt wurden, in dessen Umfangsrichtungen aufgrund der Vereisungserscheinungen an der Kompressoreinlassleitschaufel und zum Erreichen eines Sicherheitsbetriebs der Gasturbine durchgeführt. Nur aus einer Kompressoreinlasstemperatur allein ist es schwierig, eine Umfangsverteilung der in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen zu erfassen. Weiterhin ist dieses Verfahren ein direkteres Mittel zur Erfassung von Umfangs-Ungleichmäßigkeiten innerhalb des Kompressors als eine Erfassung durch die Gasturbinen-Abgastemperatur und die Lagervibration.
Im praktischen Betrieb sind mehrere Kompressorförderabschnitts-Temperaturerfassungseinrichtungen 45 gleichmäßig in Umfangsrichtung auf einer gleichen Ebene in dem Förderabschnitt des Kompressors 1 angebracht, und wenn eine Veränderung der Temperaturen der Kompressorfördertemperatur-Erfassungeinrichtungen einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann bei einem Überschreiten eines zulässigen Veränderungswerts die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 sofort notabgeschaltet werden.
Dadurch kann eine teilweise auftretende Vereisungs- oder Abrisserscheinung in geeigneter Weise erfasst werden.
11) Eine Fehlanpassung innerhalb des Kompressors wird auf der Basis einer Axialströmungsgeschwindigkeit an der Endstufe des Kompressors erfasst, wodurch ein Sicherheitsbetrieb der Gasturbine durchgeführt wird. 17A stellt jedes Geschwindigkeitsdreieck an Kompressorlaufschaufeln mit und ohne Wassereinspritzung in der oberen Strömung des Kompressors dar. 17B stellt ein Verhältnis von Einfallswinkeln der Kompressorlaufschaufeln gegenüber Mengen von in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen dar.
Die in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen werden in diesem verdampft, wobei sie Wärme von der Umgebungs-Hautptluftströmung aufnehmen und die Temperatur der Hauptluftströmung senken, was zu einem reduzierten Volumendurchsatz an Luft führt. Dieser reduzierte Volumendurchsatz bedeutet, dass die Axialströmungsgeschwindigkeit der Hauptluftströmung verringert wird, und die Auswirkung davon zeigt sich am deutlichsten in der Endstufe des Kompressors. Wenn die Axialströmungsgeschwindigkeit sinkt, wird ein Einfallswinkel einer Laufschaufel im Einlass der Kompressorlaufschaufeln groß, wie in 17A gezeigt, wodurch er leicht dazu neigt, einen Abriss in positiver Richtung zu verursachen. Wenn ein Abriss auftritt, führt er zu einem starken Absinken des Wirkungsgrads des Kompressors, und zusätzlich ist das Auftreten einer möglichen Beschädigung der Schaufel aufgrund von Flattern in abgerissener Strömung zu befürchten, daher muss diese Erscheinung im praktischen Betrieb immer vermieden werden.
Daher wird ein Grenzwert für einen zulässigen Bereich gesetzt, in dem der Einfallswinkel der Kompressorlaufschaufeln sich ändern kann, und es wird gewährleistet, dass die Änderungen des Einfallswinkels innerhalb eines Bereichs von Einfallswinkeln eingeschränkt werden, der entsprechend Änderungen von Atmosphärentemperaturen bei Normalbetrieb anwendbar ist. Bei Normalbetrieb des Kompressors erreicht ein Einfallswinkel einer Kompressorlaufschaufel in deren hinterer Stufe ein Maximum, wenn die Atmosphärentemperatur am niedrigsten ist. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung, die in 17B dargestellt ist, ist ein Einfallswinkel bei 0°C Atmosphärentemperatur als Grenzwert für den Zeitpunkt der Wassereinspritzung definiert. Die Axialgeschwindigkeit in dem Kompressor kann an einer beliebigen Stufe berechnet werden. Da eine Fehlanpassung am wahrscheinlichsten an seiner Endstufe auftritt, wird bei dieser Ausführungsform die Endstufe gewählt.
18 zeigt eine Regeleinheit zur Erfassung einer Fehlanpassung in der Endstufe des Kompressors durch Erfassung einer Axialströmungsgeschwindigkeit an der Endstufe des Kompressors und Regelung einer Wassersprühmenge der Sprühdüse 17 auf der Basis des erfassten Werts.
Es kann davon ausgegangen werden, dass der in 17B dargestellte Einfallswinkel annähernd durch die Axialströmungsgeschwindigkeit allein bestimmt wird, vorausgesetzt, dass die Zahl der Umdrehungen konstant bei ihrem Nennwert liegt. Daher wird die Wassermenge so geregelt, dass gewährleistet wird, dass die Axialströmungsgeschwindigkeit der Endstufe des Kompressors den vorher bestimmten Grenzwert nicht unterschreitet, nämlich z.B. die Axialströmungsgeschwindigkeit bei 0°C Atmosphärentemperatur bei Normalbetrieb. An Stelle der Axialströmungsgeschwindigkeit der Endstufe des Kompressors kann ein berechneter Einfallswinkel oder Strömungs-Wirkungsgrad zur Regelung der Wassermenge verwendet werden. Bei jedem der oben genannten Verfahren ist eine Berechnung der Axialströmungsgeschwindigkeit nötig.
Die Axialströmungsgeschwindigkeit an der Endstufe des Kompressors wird auf der Basis einer Kompressorauslassströmungsmenge Gcd, einer Verdichtungsauslassgasdichte ρ und einem Kompressorauslass-Ringbereich berechnet. Der Kompressorauslass-Ringbereich ist unter diesen ein konstanter Wert, der durch Abmessungen jedes Maschinentyps bestimmt wird, daher ist es nur nötig, die Kompressorauslassströmungsmenge Gcd und die Verdichtungsauslassgasdichte ρ zu berechnen.
Die Verdichtungsauslassgasdichte ρ kann berechnet werden, wenn ein Druck, eine Temperatur und eine Gaskonstante am Auslass des Kompressors bekannt sind. Als Druck und Temperatur können die erfassten Werte des Kompressorförderdrucks Pcd und der Kompressorfördertemperatur Tcd verwendet werden. Was die Gaskonstante Rwet betrifft, kann diese erhalten werden, indem die Gaskonstante Rdry der trockenen Luft mit absoluter Feuchtigkeit Xs3 der Kompressorförderluft ausgeglichen wird, da wegen der Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors Bestandteile des Kompressorauslassgases leicht von den Bestandteilen von trockener Einlassluft abweichen. In dem Fall, wenn ein Verhältnis der Wassereinspritzmenge zu der Kompressoreinlassluftströmung klein ist, kann weiterhin die Gaskonstante Rdry der trockenen Luft ohne Korrektur der Feuchtigkeit verwendet werden, um die Berechnung zu vereinfachen, da die Gaskonstante weniger stark beeinflusst wird.
Die Kompressorauslassströmungsmenge Gcd wird berechnet, indem die in dem Kompressor verdampfte Wassertröpfchenmenge Gw1 zu der Kompressoreinlass-Feuchtzustands-Luftmenge Gwet hinzuaddiert wird. Der Grund liegt darin, dass es nötig ist, einen Anstieg der Arbeitsgas-Strömungsmenge aufgrund der verdampften feuchten Bestandteile zu berücksichtigen, um eine Axialströmungsgeschwindigkeit an der Endstufe des Kompressors zu berechnen, da der gesamte Abschnitt der in den Kompressor eingeführten Wassertröpfchen vollständig verdampft, während er zu dem Auslassabschnitt des Kompressors hinunterströmt. In dem Fall, wenn ein Abzug des Gases von der Zwischenstufe des Kompressors zur Verwendung bei der Kühlung der Turbinenschaufeln, der Abdichtung des Lagers usw. erfolgt, wird eine abgezogene Menge des Gases subtrahiert.
Die in dem Kompressor verdampfte Wassertröpfchenmenge Gw1 bezieht sich auf die Wassertröpfchen-Einspritzmenge innerhalb desselben Kompressors, die bei der vierten Ausführungsform der Erfindung beschrieben ist und die auf dieselbe Art berechnet wird wie bei der vierten Ausführungsform. Weiterhin kann diese durch die effektive Wassereinspritzmenge ersetzt werden, die bei der dritten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wurde, oder eine Anzeige des Wasser-Strömungsmessgeräts 23 kann zur Vereinfachung direkt verwendet werden.
Da eine Kompressoreinlass-Luftströmung, die von einem normalen Messinstrument berechnet werden soll, in trockenem Zustand ist, wird die Feuchtzustands-Kompressoreinlassluftmenge Gwet berechnet, indem eine geringe Differenz der Gasbestandteile aufgrund der Verdampfung von Wassertröpfchen im Inneren des Kompressors kompensiert wird. Für diese Kompensation wird die absolute Feuchtigkeit Xs2 zwischen der unteren Strömung der Kompressor-Wassereinspritzeinheit und der oberen Strömung des Kompressors erfasst, und die Feuchtzustands-Kompressoreinlass-Strömungsmenge Gwet wird berechnet, wobei eine relative Dichte der feuchten Luft verwendet wird. Um die Berechnung zu vereinfachen, kann eine Trockenzustand-Kompressoreinlass-Strömungsmenge Gdry so, wie sie ist, und ohne Kompensation verwendet werden.
Die Regeleinheit 35 berechnet eine Axialströmungsgeschwindigkeit an der Endstufe des Kompressors von der Kompressorauslass-Strömungsmenge Gcd und der Kompressorauslass-Gasdichte ρ, die berechnet wurden, anschließend sendet die Regeleinheit 35 in dem Fall, wenn die Axialströmungsgeschwindigkeit einen vorher bestimmten Grenzwert unterschreitet, ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Bei einem Überschreiten des zulässigen Veränderungswerts kann weiterhin die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Die Überwachung der Abzugsmenge am Einlassabschnitt des Kompressors wird durchgeführt, um ein Überfließen des Abzugs in den Kompressor zu verhindern, wenn aus irgendeinem Grund der Abzug im Inneren des Einlasskanals nicht gefördert werden kann, und um einen Sicherheitsbetrieb der Gasturbine zu gewährleisten und eine Abnutzung oder Erosion der Kompressorschaufeln zu verhindern.
In dem Fall, wenn der Einlasskanal 13 an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors der Gasturbine in der oberen Richtung angeordnet ist, wie in 14 gezeigt, steigt eine Höhe des Abzugs in dem Kompressoreinlassabschnitt so hoch an, dass sie in den Kompressor überfließt, falls keine Maßnahmen ergriffen werden, wenn die Abzugsauslassventile 53, 54 in einem Abzugfördersystem durch Fehlfunktion etc. geschlossen sind. Wenn ein Überfließen des Abzugs in den Kompressor zugelassen wird, kann dies ein schwer wiegendes Problem wie Abnutzung der Kompressorschaufeln, instabilen Betrieb des Kompressors, eine erhöhte Verbrennungsvibration, ein Erlöschen der Flamme in der Brennkammer, erhöhte Lagervibrationen usw. hervorrufen und damit zu einem Ausfall führen, der die Gasturbine selbst schädigt.
Ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Abzugserfassung ist in 14 dargestellt. In dem Bodenabschnitt des Kompressoreinlassabschnitts ist eine Abzugsförderöffnung vorgesehen, und eine Abzugsförderleitung 50 ist vorgesehen, die eine Abzugsabschrägung hat, um den Abzug einfach zu fördern. Der geförderte Abzug wird in einer Abzugsrinne gesammelt. Eine Abzugshöhen-Erfassungsleitung 49, die vertikal aufrecht von der Abzugsauslassleitung 50 angeordnet ist, ist mit einem Niveauschalter 48 versehen. Wenn die Abzugshöhe einen vorher bestimmten Grenzwert überschreitet, wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern, um die Wassereinspritzmenge zu verringern. Weiterhin kann bei einem Überschreiten eines zulässigen Veränderungswerts die Wasserzufuhr zum Schutz des Hauptkörpers der Gasturbine unterbrochen werden. In diesem Fall sendet die Regeleinheit 35 ein Schließen-Betriebssignal an das Speisewasser-Unterbrechungsventil 21. Sonst kann die Speisewasserpumpe 20 notabgeschaltet werden.
Eine zehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1, 19 und 20 beschrieben.
Die Regeleinheit führt eine Regelung so durch, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkammer 2 erhöht wird, wenn die Wassersprühmenge von der Sprühdüse höher ist, als wenn sie niedrig ist.
19 zeigt ein Beispiel für die Erfassung der Feuchtigkeit von dem Kompressor zugeführter Luft und einer Wassersprühmenge der Sprühdüse 17 und für die Regelung (oder Kompensation) einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkammer 2 auf der Basis der erfassten Werte. 20 zeigt ein Beispiel für die Erfassung der Kompressorförderfeuchtigkeit und für die Regelung (oder Kompensation) einer Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkammer 2 auf der Basis der erfassten Werte. Eine Gasturbinen-Abgastemperatur entsprechend der absoluten Feuchtigkeit des Kompressors und der Dampf- oder Wassermenge der Brennkammer wird kompensiert. Durch geändertes Setzen einer Abgastemperatur-Regelllinie so, dass sie höher ist, oder durch Kompensieren eines Abgas-Messwerts wird eine Kraftstoffeinspritzmenge erhöht.
Es ist normal, dass die Gasturbine unter Nennlast bei konstanter Verbrennungstemperatur betrieben wird. Eine direkte Messung der Verbrennungstemperatur ist jedoch schwierig, da die Verbrennungstemperatur extrem hoch ist. Daher wird eine Gasturbinen-Abgastemperatur anstatt einer direkten Messung der Verbrennungstemperatur gemessen. Um die Verbrennungstemperatur auf einem konstanten Wert zu halten, wird eine Abgastemperatur-Regellinie vorher bestimmt, die mit den Kompressorförderdrücken oder Kompressorverdichtungsverhältnissen in Zusammenhang steht, und eine Kraftstoffströmungsmenge wird so geregelt, dass die gemessenen Werte auf der Regellinie liegen. Bei einer Gasturbine des Typs, bei dem die Wassereinspritzung an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors durchgeführt wird, steigt eine absolute Feuchtigkeit der von dem Kompressor geförderten Luft aufgrund der Verdampfung von Wasser im Inneren des Einlasskanals 13 und des Kompressors 1 stärker als normal, was zu einer Änderung der Bestandteile des Turbineneinlassgases aufgrund seiner erhöhten Feuchtigkeitskomponente führt, wodurch ein Verhältnis der spezifischen Wärmekapazität des Gases, das im Inneren der Turbine als Arbeitsmedium dient, geändert wird. In diesem Fall wird ein Sinken des Verhältnisses der spezifischen Wärmekapazität aufgrund der Änderungen in den Gasbestandteilen vorherrschend, obwohl eine Wirkung des zugefügten Feuchtigkeitsgehalts auf den Turbinenwirkungsgrad gering ist, und ein Versuch, die Verbrennungstemperatur konstant zu halten, führt zu einer Erhöhung der Abgastemperatur.
Daher tritt beim praktischen Betrieb der Gasturbine, wenn die gleiche Abgastemperatur-Regellinie verwendet wird, unabhängig von einer Differenz der Verhältnisse der spezifischen Wärmekapazität ein Betrieb bei einer Verbrennungstemperatur unterhalb des Auslegungswerts auf, wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Einlass der Turbine groß wird, wodurch verhindert wird, dass die vollständige Verwendung der Leistungssteigerungswirkung der Erfindung gezeigt wird.
Daher wird eine Regelung so durchgeführt, dass eine Kraftstoffeinspritzmenge in die Brennkammer 2 erhöht wird, wenn eine Wassereinspritzmenge von der Sprühdüse größer ist, als wenn sie klein ist.
Daher wird, wie in 20 gezeigt, durch Messen einer absoluten Feuchtigkeit einer geförderten Luft von dem Kompressor eine Abgastemperatur-Korrekturmenge entsprechend einer Änderung der Verbrennungstemperaturen abhängig von dem Feuchtigkeitsgehalt berechnet. Durch Subtrahieren der oben genannten Abgastemperatur-Korrekturmenge von einer tatsächlichen gemessenen Abgastemperatur wird ein Abgastemperatur-Korrekturwert zur Verwendung bei der Regelung von Verbrennungstemperaturen berechnet. Dadurch wird es möglich, die Gasturbine mit konstanter Verbrennungstemperatur bei beliebiger Wassereinspritzmenge zu betreiben, wodurch eine maximale Leistungssteigerungswirkung erzielt wird.
Weiterhin wird abhängig von dem Brennkammertyp eine Dampfeinspritzung oder eine Wassereinspritzung für die Brennkammer durchgeführt, um NOx zu reduzieren. In diesem Fall erhöht sich ebenfalls der Feuchtigkeitsgehalt in dem Einlass der Turbine, wodurch ein Verhältnis der spezifischen Wärmekapazität des Gases geändert wird, das in der Turbine als Arbeitsmedium dient, und wenn ein Versuch unternommen wird, die Verbrennungstemperatur auf einem konstanten Wert zu halten, steigt die Abgastemperatur. Daher wird eine Abgastemperatur-Korrekturmenge berechnet, die einer Änderung der Verbrennungstemperaturen als Folge des Feuchtigkeitsgehalts entsprechen, indem eine absolute Netto-Feuchtigkeit an dem Turbineneinlass aus einer Summe einer Dampf- oder Wassereinspritzmenge in die Brennkammer und einer absoluten Feuchtigkeit der Kompressorauslassluft berechnet wird. Durch Subtrahieren der oben genannten Abgastemperatur-Korrekturmenge von einer tatsächlichen gemessenen Abgastemperatur wird ein Abgastemperatur-Korrekturwert zur Verwendung bei der Regelung von Verbrennungstemperaturen berechnet. Dadurch wird es möglich, die Gasturbine bei beliebiger Wassereinspritzmenge in den Kompressor und bei beliebiger Dampf- oder Wassereinspritzmenge in die Brennkammer mit konstanter Verbrennungstemperatur zu betreiben, wodurch eine maximale Leistungssteigerungswirkung erzielt wird.
Weiterhin kann an Stelle der Korrektur der gemessenen Abgastemperatur die Abgastemperaturregellinie korrigiert werden.
Eine Erfassungseinrichtung für absolute Feuchtigkeiten der Kompressorförderluft kann gleich wie bei der dritten Ausführungsform sein. Weiterhin kann der Feuchtigkeitsgehalt in dem Gas, das in der Brennkammer strömt, wie in 19 gezeigt an Stelle der direkten Erfassung der absoluten Feuchtigkeit der Kompressorförderluft aus einer absoluten Feuchtigkeit der Atmosphäre unter Betriebsbedingungen und einer effektiven Wassereinspritzmenge berechnet werden. In diesem Fall wird die Berechnung der effektiven Wassereinspritzmenge auf die gleiche Art durchgeführt wie bei der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Eine elfte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1, 21A und 21B beschrieben.
Diese Ausführungsform kann einen im Wesentlichen ähnlichen Aufbau wie die erste Ausführungsform haben. Zusätzlich zu dem Aufbau ist eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der NOx-Konzentration an dem Abgasströmungsdurchgang der Turbine 3 vorgesehen.
Durch Erfassung der NOx-Konzentration wird eine Wassereinsprühmenge von der Sprühdüse 17 so geregelt, dass sie einen Grenzwert nicht überschreitet. Ein Beispiel der Regelung ist in 7d gezeigt. In 7d wird Wasser eingesprüht, um die NOx-Konzentration auf den Sollwert zu verringern, wenn die NOx-Konzentration an dem Gasturbineneinlass höher als eine Soll-NOx-Konzentration ist. In diesem Fall liegt eine Wassereinsprühmenge innerhalb eines Bereichs, der niedriger als ein maximaler Wassereinspritz-Befehlswert von 7c ist.
Die Wassereinsprühmenge erhöht eine Feuchtigkeit einer Kompressorförderluft, die eine Verbrennungsluft für die Brennkammer ist, und hat die gleiche Wirkung wie eine NOx-Verringerungswirkung aufgrund einer Erhöhung der Feuchtigkeit, die durch Wasser- oder Dampfeinspritzung in die Brennkammer verursacht wird. Jedoch verringert das Verfahren der Wassereinsprühung in den Kompressor eine Lufttemperatur im Inneren der Einlassluftleitung und kann eine Leistung der Gasturbine durch Verringern einer Kraft für den Kompressor erhöhen.
Bei dieser Ausführungsform strömt weiterhin ein Gas, das Wasser und Luft im Inneren der Brennkammer gleichmäßig mischt, in der Brennkammer, so dass ein Mischzustand von Wasser und Luft besser ist, im Vergleich zu der oben genannten NOx-Emissionsverringerung, die durch die Wasser- oder Dampfeinspritzung in die Brennkammer durchgeführt wird. Deshalb kann die NOx-Emission mit einem einfachen Aufbau verringert werden, wobei Verbrennungsvibrationen unterdrückt werden und eine stabile Verbrennung aufrechterhalten wird.
Zusätzlich zu der Wassereinsprühung durch die Sprühdüse 17 ist in 21A und 21B ein Fall gezeigt, bei dem ein Mechanismus zur Einspritzung von Dampf in die Brennkammer vorgesehen ist.
21A zeigt ein Verhältnis zwischen Wassereinspritzmengen und NOx-Konzentrationen im Abgas der Gasturbine, und 21B zeigt ein Verhältnis zwischen Wassereinspritzmengen und Verbrennungsvibration.
In 21A und 21B ist ein Betriebszustand mit einer Null-Wassereinspritzmenge im oberen Strom des Kompressors so definiert, dass er bei Punkt A liegt. Wenn eine Dampf- oder Wassereinspritzmenge in die Brennkammer konstant ist und wenn die Wassereinspritzmenge in die stromaufwärtige Seite des Kompressors erhöht wird, verringert sich eine NOx-Konzentration in dem Abgas von der Gasturbine, jedoch steigen die Verbrennungsvibrationen der Brennkammer. Daher wird bewirkt, dass die Regeleinheit 35 ein Signal an das Speisewasser-Strömungsregelventil 22 sendet, seine Öffnung zu verringern und die Einspritzwassermenge zu verringern, so dass die NOx-Konzentration und die Verbrennungsvibrationen jeweils innerhalb zulässiger Werte liegen.
Sonst kann die Dampf- oder Wassereinspritzmenge in die Brennkammer reduziert werden, um die Verbrennungsvibrationen konstant zu halten, während die Wassereinspritzmenge in der stromaufwärtigen Seite des Kompressors erhöht wird. Es besteht jedoch ein widersprüchliches Verhältnis dadurch, dass die Verringerung der Dampf- und Wassereinspritzmenge in die Brennkammer die NOx-Konzentration im Abgas der Gasturbine erhöht. Durch Überwachung sowohl der oben genannten Verbrennungsvibrationen und der NOx-Konzentration in dem Abgas, und indem beide so unterdrückt werden, dass sie innerhalb ihrer zulässigen Werte liegen, wird daher die Dampf- und Wassereinspritzmenge in die Brennkammer so geregelt, dass bewirkt wird, dass der Betriebspunkt in 21A, 21B bei steigender Wassereinspritzmenge von Punkt A zu Punkt B und anschließend zu Punkt C verschoben wird.
Eine zwölfte Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 1, 22A und 22B beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform wird eine Regelung so durchgeführt, dass ein Vorgemischverhältnis der Gasturbine entsprechend einem Zeitpunkt einer Wassereinsprühung in großer Menge und einem Zeitpunkt einer Wassereinsprühung in kleiner Menge geändert wird. Die Regelung wird so durchgeführt, dass ein Verhältnis der Diffusionsverbrennung erhöht wird, wenn die Wassereinsprühung größer ist, als wenn sie klein ist.
Diese Ausführungsform kann im Wesentlichen einen ähnlichen Aufbau haben wie die erste Ausführungsform. Zusätzlich zu dem Aufbau ist eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung der NOx-Konzentration am Abgas-Strömungsdurchgang der Turbine 3 vorgesehen, und Signale werden in die Regeleinheit 35 eingegeben. Weiterhin werden Verbrennungsvibrationen erfasst, und das Signal wird in die Regeleinheit 35 eingegeben. Im normalen Betriebszustand nach Vollendung des Starts führt beispielsweise die Regeleinheit 35 eine Regelung so durch, dass ein Diffusionsverbrennungsverhältnis zum Zeitpunkt der Wassereinsprühung höher wird als zum Zeitpunkt des Stoppens der Wassereinspritzung, um eine NOx-Emissionsmenge zu verringern und vorzugsweise zusätzlich dazu Verbrennungsvibrationen zu unterdrücken.
Weiterhin wird die Regelung so durchgeführt, dass das Diffusionsverbrennungsverhältnis erhöht wird, wenn eine Wassereinspritzmenge größer ist, als wenn sie klein ist.
22A zeigt ein Verhältnis der Vorgemischverbrennungsverhältnisse der Brennkammer zu Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentrationen, und 22B zeigt ein Verhältnis der Vorgemischverbrennungsverhältnisse zu Verbrennungsvibrationen.
Wenn ein Gaskraftstoff wie verflüssigtes Naturgas oder Ähnliches als Kraftstoff für die Brennkammer verwendet wird, werden die Vorgemischverbrennung und die Diffusionsverbrennung allgemein in Kombination verwendet. Wenn das Vorgemischverbrennungsverhältnis mit steigender Last der Gasturbine erhöht wird, wird bewirkt, dass die Gasturbinen-Abgas-NOx-Konzentration sinkt, jedoch gibt es einen Betriebspunkt, an dem die Verbrennungsvibration steigt. Daher wird im praktischen Betrieb der Gasturbine ein optimales Vorgemischverbrennungsverhältnis gesetzt, bei dem sowohl die Abgas-NOx-Konzentration als auch die Verbrennungsvibration so unterdrückt werden können, dass sie innerhalb ihrer zulässigen Werte liegen. Der Normalbetriebspunkt in der Gasturbine ist durch Punkt A in 22A, 22B bezeichnet. In dem Fall, wenn die Wassereinspritzung in der stromaufwärtigen Seite des Kompressors erfolgt, tritt jedoch die Verbrennungsvibration leichter auf als im Normalbetrieb bei dem gleichen Vorgemischverbrennungsverhältnis, wodurch der Betriebspunkt zu Punkt B verschoben wird. Um die Verbrennungsvibrationen auf die gleiche Höhe wie Punkt A des Normalbetriebspunkts der Gasturbine zu unterdrücken, wird es notwendig, das Vorgemischverbrennungsverhältnis zu verringern und das Diffusionsverbrennungsverhältnis zu erhöhen. Wenn jedoch das Vorgemischverbrennungsverhältnis zu weit verringert wird, steigt die Abgas-NOx-Konzentration. Deshalb wird das Vorgemischverbrennungsverhältnis auf den Betriebspunkt C verringert, an dem gewährleistet ist, dass sowohl die Verbrennungsvibration als auch die Abgas-Nox-Konzentration so unterdrückt werden, dass sie innerhalb ihrer zulässigen Werte liegen.
Fluidzustände ändern sich stark in Abhängigkeit davon, ob eine Wassereinsprühung durchgeführt wird oder nicht, und von Veränderungen der Wassereinspritzmengen. Gemäß dieser Ausführungsform ist es jedoch möglich zu bewirken, dass die Gasturbine mit hoher Leistung betrieben wird, während die Zuverlässigkeit der Anlage aufrechterhalten wird, indem ein Instabilwerden des Verbrennungszustands unterdrückt wird und indem Veränderungen der NOx-Konzentration und des Brennkammerdrucks unterdrückt werden.
Wassereinsprühmengen oder Wassertröpfchen-Zerstäubungsluft-Mengen an der stromaufwärtigen Seite des Kompressors sind ungefähr proportional zu Zufuhrdrücken von Wasser oder Zerstäubungsluft.
Aus den Kennlinien der Sprühdüse 17 können eine Wassereinsprühmenge, ein Wasserzufuhrdruck, eine Zerstäubungsluftmenge und ein Luftzufuhrdruck eindeutig bestimmt werden. In dem Fall, wenn die Sprühdüse 17 verstopft ist, verringert sich ein Öffnungsbereich, so dass der Förderdruck steigt, um die gleiche Wassersprühmenge einzuspritzen. Im praktischen Betrieb ist es während des kontinuierlichen Betriebs unmöglich, das Verstopfen der Sprühdüse durch Augenschein zu überwachen; eine Verstopfungsrate der Sprühdüse wird auf der Basis von Abweichungen des Zufuhrdrucks von dem Auslegungswert berechnet. Es ist bevorzugt, die Sprühdüse gegen eine andere auszutauschen, wenn die Verstopfungsrate einen vorher bestimmten zulässigen Verstopfungsratenwert überschreitet.
Unter Bezugnahme auf 14 wird eine Abzugsverhinderungsvorrichtung für die Druckerfassungsleitungen erläutert.
Von den Druckerfassungsleitungen um den Hauptkörper der Gasturbine benötigen die folgenden die Abzugsverhinderungseinrichtungen, d.h. eine Kompressoreinlass-Gesamtdruckleitung 39, die an einem oberen Abschnitt des Kompressoreinlassabschnitts 14 angeordnet ist, eine Wanddruck-Erfassungseinrichtung 43 eines Gehäuses des Einlasses der Kompressoreinlassleitschaufel 7 und eine Kompressorförderdruck-Erfassungseinrichtung 46 am Förderabschnitt des Kompressors 1. In 14 ist nur die Kompressoreinlass-Gesamtdruckleitung 39 gezeigt. Die Messleitung 67 weist ein Abzugsgefälle auf, um zu verhindern, dass Abzug auf dem Weg zurückbleibt, und sie ist an ihrem unteren Abschnitt mit einem Abzugsgewinnungsbehälter 69 versehen. Die Messleitungen 67 und 68 sind mit einem oberen Abschnitt des Abzugsgewinnungsbehälters 69 verbunden. Die Messleitung 68 verbindet den Abzugsgewinnungsbehälter 69 mit einem Druckwandler 71. Ein Abzugsförderventil 70 ist an dem unteren Abschnitt des Abzugsgewinnungsbehälters 69 vorgesehen. Diese Ausführungsform wird auch für die Feuchtigkeitserfassungsleitung 59 an dem Kompressoreinlass und die Feuchtigkeitserfassungsleitung 60 für Kompressorförderluft angewandt.
Erfindungsgemäß können eine Gasturbine und eine Regeleinheit, die sowohl die Leistung als auch den Wärmewirkungsgrad durch Wassereinsprühung in die Einlassluft, die in den Kompressoreinlass eingeführt wird, gemäß einem praktischen Betriebsregelungsverfahren zur Verfügung gestellt werden.

Claims

Gasturbine mit einem Kompressor (1) zur Verdichtung von ihm zugeführter Luft und zur Förderung der verdichteten Luft, einer Brennkammer (2) zur Verbrennung der komprimierten Gase aus dem Kompressor (1) und Kraftstoff, einer Gasturbine (3) die von einem Verbrennungsgas aus der Brennkammer (2) angetrieben wird, einer Einspritzeinheit (17), die stromaufwärts des Kompressors (1) angeordnet und so aufgebaut ist, dass Wassertröpfchen in die dem Kompressor (1) zugeführte Luft gesprüht werden, um die Temperatur der in den Kompressor (1) zuzuführenden Luft unter die Atmosphärentemperatur abzukühlen, und dass die gesprühten Wassertröpfchen, die in den Kompressor (1) eingeführt wurden, zusammen mit der Luft, deren Temperatur verringert wurde, während des Durchgangs durch den Kompressor (1) verdampft werden, einer ersten Erfassungseinheit (75) zur Erfassung der Feuchtigkeit der dem Kompressor (1) zuzuführenden Luft, einer zweiten Erfassungseinheit (55), die zur Erfassung der Feuchtigkeit der von dem Kompressor (1) geförderten Luft vorgesehen ist, und einer Regeleinheit (35) zur Regelung einer von der Einspritzeinheit (17) in die Luft zu sprühenden Sprühmenge der Wassertröpfchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) auf der Basis der Differenz zwischen der durch die erste Erfassungseinheit (75) erfassten Feuchtigkeit und der durch die zweite Erfassungseinheit (75) erfassten Feuchtigkeit eine für eine Verdampfung während des Durchgangs durch den Kompressor (1) effektive Sprühmenge von Wassertröpfchen in der in den Kompressor (1) zuzuführenden Luft berechnet, und die von der Einspritzeinheit (17) zu sprühende Sprühmenge an Wassertröpfchen auf der Basis des Berechnungsergebnisses regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die von der Einspritzeinheit (17) zu sprühende Sprühmenge an Wassertröpfchen zusätzlich auf der Basis der Öffnung einer Kompressoreinlassleitschaufel (7) regelt, die in dem Kompressor (1) angeordnet ist.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass die Einspritzung von Wassertröpfchen aus der Einspritzeinheit (17) zum Zeitpunkt des Startens der Gasturbine gestoppt wird und die Einspritzung der Wassertröpfchen aus der Einspritzeinheit (17) gestartet wird, nachdem die Gasturbine einen Nennbetrieb erreicht hat.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) mehrere von Sprühdüsen (17) für ein Sprühen von Wassertröpfchen umfasst, und die Regeleinheit so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass, wenn die Wassertröpfchenmenge größer ist als eine vorgeschriebene Menge, die Anzahl der Wassertröpfchen sprühenden Sprühdüsen größer wird, als die Anzahl der Wassertröpfchen sprühenden Sprühdüsen, wenn die Wassertröpfchenmenge geringer ist, als eine vorgeschriebene Menge.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) ein Wasserzufuhrsystem (15), ein Luftzufuhrsystem (16) und eine Sprühdüse (17) aufweist, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem (15) und dem Luftzufuhrsystem (16) zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass eine Veränderung zwischen einem Verhältnis von der Sprühdüse (17) zuzuführenden Wasser und Luft bei einer geringen Wassertröpfchenzufuhrmenge und einem Verhältnis von der Sprühdüse (17) zuzuführenden Wasser und Luft bei großer Wassertröpfchenzufuhrmenge unterdrückt wird.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) ein Wasserzufuhrsystem (15), ein Luftzufuhrsystem (16) und eine Sprühdüse (17) aufweist, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem (15) und dem Luftzufuhrsystem (16) zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass ein Verhältnis zwischen Wasser und Luft, die der Sprühdüse (17) zugeführt werden, erhöht wird, wenn eine Sprühmenge an Wassertröpfchen größer ist verglichen mit einer kleinen Sprühmenge.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) ein Wasserzufuhrsystem (15), ein Luftzufuhrsystem (16) und eine Sprühdüse (17) aufweist, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem (15) und dem Luftzufuhrsystem (16) zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Wasserzufuhrmenge und die Luftzufuhrmenge so regelt, dass sie die Wasserzufuhrmenge abhängig von einer Erhöhung und einer Verringerung einer Sprühmenge an Wassertröpfchen erhöht und verringert, und die Luftzufuhrmenge konstant hält.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) ein Wasserzufuhrsystem (15), ein Luftzufuhrsystem (16) und eine Sprühdüse (17) aufweist, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem (15) und dem Luftzufuhrsystem (16) zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass zunächst eine Zufuhr von Luft zu der Sprühdüse (17) gestartet wird, und dann eine Zufuhr von Wasser zu der Sprühdüse (17) gestartet wird, wodurch das Sprühen von Wassertröpfchen gestartet wird.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinheit (17) ein Wasserzufuhrsystem (15), ein Luftzufuhrsystem (16) und eine Sprühdüse (17) aufweist, der Wasser und Luft von dem Wasserzufuhrsystem (15) und dem Luftzufuhrsystem (16) zugeführt wird und die Wassertröpfchen sprüht, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass das Sprühen von Wassertröpfchen zunächst durch Verringerung einer der Sprühdüse (17) zuzuführenden Luftmenge und dann durch Verringerung einer der Sprühdüse (17) zugeführten Wassermenge gestoppt wird.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass sie zuerst ein Signal zum Anhalten des Wassertröpfchensprühens ausgibt und dann einen Befehl zur Verringerung der Öffnung einer Kompressoreinlassleitschaufel (7) auf der Basis eines Gasturbinenauslösesignals während des Betriebs der Einspritzeinheit (17) ausgibt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lufttemperatur-Erfassungseinrichtungen (36) in einem Einlassluftkanal (13) in Umfangsrichtung angeordnet sind, und die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass eine Wassersprühmenge verringert wird, wenn eine Abweichung der erfassten Werte einen vorgeschriebenen Wert während des Wassertröpfchensprühbetriebs erreicht.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass sie den Massenströmungsdurchsatz der in den Kompressor (1) eingeführten Luft überwacht und eine Wassersprühmenge verringert, wenn der Durchsatz einen vorher beschriebenen Wert während des Wassertröpfchensprühbetriebs erreicht.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erfassungseinheit (43) zur Erfassung des Drucks einer Gehäusewand eines Einlassleitschaufelabschnitts (7) des Kompressors (1) angeordnet ist, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie eine Wassersprühmenge während des Wassertröpfchensprühbetriebs auf der Basis des erfassten Wanddrucks regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie die Einspritzeinheit (17) so regelt, dass ein Förderdruck des Kompressors (1) überwacht wird und eine Wassersprühmenge verringert wird, wenn während des Wassertröpfchensprühbetriebs der Förderdruck einen vorgeschriebenen Wert unterschreitet.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie einen adiabatischen Wirkungsgrad des Kompressors (1) überwacht und eine Wassersprühmenge auf der Basis des adiabatischen Wirkungsgrads während Wassertröpfchensprühbetriebs regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie eine Abgastemperatur überwacht und eine Wassersprühmenge während eines Wassertröpfchensprühbetriebs auf der Basis der Abgastemperatur regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie Vibrationen eines Gasturbinenlagers überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der Vibrationswerte regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie eine Drucklagermetalltemperatur überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der Drucklagermetalltemperatur regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie eine Axialströmungsgeschwindigkeit eines in dem Kompressor (1) strömenden Fluids überwacht und während eines Wassertröpfchensprühbetriebs eine Wassersprühmenge auf der Basis der axialen Strömungsgeschwindigkeit regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie zum Zeitpunkt des Wassertröpfchensprühens eine der Brennkammer (2) zugeführte Kraftstoffmenge im Vergleich zu einer Kraftstoffmenge erhöht, die der Brennkammer (2) zum Zeitpunkt des Stoppens des Wassersprühens zugeführt wird.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rgeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie eine Wassersprühmenge auf der Basis der erfassten NOx-Konzentration regelt.
Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (2) einen Vormischer für eine Verbrennung eines Kraftstoff/Luft-Vorgemisches aufweist, und dass die Regeleinheit (35) so ausgelegt ist, dass sie ein Verhältnis von Kraftstoff und Luft in dem Kraftstoff/Luft-Vorgemisch größer wird, wenn die Sprühwassermenge höher ist.