CH698566A2

CH698566A2 - Verfahren und System zur Abgasrückführung (AGR) bei Turbinenmotoren.

Info

Publication number: CH698566A2
Application number: CH00235/09A
Authority: CH
Inventors: Samer Aljabari; Michael John Bowman; Luciano Joseph Cerone; Scott Mordin Hoyte
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2008-02-19
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2009-08-31
Also published as: CH698566B1; US20090205334A1; CN101514657A; CN101514657B; JP5536351B2; DE102009003481B4; US8051638B2; JP2009197797A; DE102009003481A1

Abstract

Es werden ein Verfahren und ein System zur Abgasrückführung bereitgestellt. Das Verfahren sowie das System umfassen das Empfangen, über einen Ansaugabschnitt, von Eintrittsluft an einem Eingang eines Verdichters (103), das Erzeugen verdichteter Luft aus der empfangenen Eintrittsluft im Verdichter (103) und das Zuführen der verdichteten Luft aus dem Verdichter (103) zu einer Brennkammer (104), wobei die Brennkammer (104) mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt. Das Verfahren sowie das System umfassen auch das Empfangen der mit der Verbrennung einhergehenden Verbrennungsprodukte in einer Turbinenkomponente (106), wobei die Turbinenkomponente (106) Abgase auslässt, und das Rückführen mindestens eines Anteils der Abgase über eine Rückführleitung zum Ansaugabschnitt, wobei die rückgeführten Abgase eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Aspekte der Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein Turbinenmotoren und insbesondere die Verwendung der Abgasrückführung (AGR) bei Turbinenmotoren.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Gasturbinenmotoren sind typischerweise auf einen optimalen Temperaturbereich abgestimmt. Wenn die Umgebungstemperatur am Einlass eines Turbinenmotors von diesem optimalen Temperaturbereich abweicht, dann kann der Gasturbinenmotor und/oder der kombinierte Prozess unerwünschten Schwankungen im Wirkungsgrad, in der Leistung, Abgabe, Belastung usw. ausgesetzt werden. Daher besteht in der Industrie ein Bedarf, die Umgebungstemperatur am Einlass des Turbinenmotors unter bestimmten Bedingungen auf eine Optimaltemperatur zu halten, um Betriebsschwankungen zu verringern.

Kurzdarstellung der Erfindung

[0003] Eine technische Wirkung einer Ausführungsform der Erfindung kann die Verringerung von Betriebsschwankungen und/ oder der Auswirkungen auf Turbinenmotoren und/oder den kombinierte Prozesse sein.

[0004] Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Verfahren zur Abgasrückführung bereitgestellt werden. Das Verfahren kann umfassen das Empfangen von Eintrittsluft an einem Eingang eines Verdichters über einen Ansaugabschnitt, das Erzeugen verdichteter Luft aus der empfangenen Eintrittsluft im Verdichter und das Zuführen der verdichteten Luft aus dem Verdichter zu einer Brennkammer, wobei die Brennkammer mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt. Das Verfahren kann auch umfassen das Empfangen der mit der Verbrennung einhergehenden Verbrennungsprodukte in einer Turbinenkomponente, wobei die Turbinenkomponente Abgase auslässt; und das Rückführen mindestens eines Anteils der Abgase über eine Rückführleitung zum Ansaugabschnitt, wobei die rückgeführten Abgase -eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

[0005] Nach einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein System zur Abgasrückführung bereitgestellt werden. Das System kann umfassen einen Verdichter, wobei der Verdichter über einen Ansaugabschnitt Eintrittsluft empfängt und aus der empfangenen Eintrittsluft verdichtete Luft erzeugt, eine Brennkammer, die Brennstoff und vom Verdichter erzeugte verdichtete Luft empfängt, wobei die Brennkammer mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt, und eine Turbinenkomponente, die mit der Verbrennung einhergehende Verbrennungsprodukte empfängt, wobei die Turbinenkomponente Abgase auslässt. Das System kann auch eine Rückführleitung zur Rückführung mindestens eines Anteils der Abgase zum Ansaugabschnitt umfassen, wobei die rückgeführten Abgase eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

[0006] Nach einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein System zur Abgasrückführung bereitgestellt werden. Das System kann einen Verdichter umfassen,-wobei der Verdichter über einen Ansaugabschnitt Eintrittsluft empfängt und aus der empfangenen Eintrittsluft verdichtete Luft erzeugt, eine Brennkammer, die Brennstoff und vom Verdichter erzeugte verdichtete Luft empfängt, wobei die Brennkammer mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt, eine Turbinenkomponente, die mit der Verbrennung einhergehende Verbrennungsprodukte empfängt, wobei die Turbinenkomponente Abgase auslässt, und Mittel, um mindestens einen Anteil der Abgase zum Ansaugabschnitt rückzuführen, wobei die rückgeführten Abgase eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0007] Nachdem Aspekte der Erfindung auf allgemeine Weise beschrieben wurden, wird nun auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen; die nicht unbedingt massstabsgetreu sind und wobei:
<tb>Fig. 1<sep>ein Beispiel eines Turbinensystems mit einer Abgasrückführung nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

<tb>Fig. 2<sep>eine Arbeitsweise des Turbinensystems von Fig. 1 nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht.

<tb>Fig. 3<sep>ein Steuermodul zum Betreiben einer Gasturbine einer Abgasrückführung für die Gasturbine nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

<tb>Fig. 4 und 5<sep>alternative Beispiele für Turbinensysteme mit Abgasrückführung nach beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung zeigen.

<tb>Fig. 6<sep>ein Beispieldiagramm zeigt, das einen Einfluss von Schwankungen in der Umgebungstemperatur auf Gasturbinenleistung (kW), den Wirkungsgrad (EFF) und kombinierte Prozesse (cc) nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

[0008] Ausführungsformen der Erfindung werden nun Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher beschrieben, in denen einige Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden. Diese Erfindung kann in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt, die hierin dargelegt werden; vielmehr werden diese Ausführungsformen so beschrieben, dass diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und der Umfang der Erfindung sich dem Fachmann erschliesst. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchweg auf gleiche Elemente.

[0009] Allgemein können Ausführungsformen der Erfindung Systeme und Verfahren zur Rückführung von Abgasen zu einer Ansaugöffnung (z.B. Einlass) des Turbinenmotors bereitstellen. Durch die Rückführung der Abgase kann die Umgebungstemperatur der Eintrittsluft des Turbinenmotors nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auf geeignete Weise erhöht werden. Tatsächlich kann die Abgasrückführung die Reduktion Betriebsschwankungen und ihrer Auswirkung auf die Komponenten des Turbinenmotors verringern.

Beispielhafte Aspekte der Rückführung können nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung eines oder mehreres von Enteisung, Reduktion der Verbrennungsdynamik, Beseitigung der Abstimmung für grosse Umgebungstemperaturbereiche, Beseitigung oder Reduktion des Bedarfs an Einlass-Zapfwärme (IBH), Verringerung einer-übermässigen Belastung am Rotor, Minimierung der Gefahr einer gestörten Verdichterförderung umfassen.

[0010] Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Turbinensystems 100 mit Abgasrückführung nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 wird ein Turbinenmotor 102 wie z. B. eine Gasturbine gezeigt, die nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Verdichter 103, eine Brennkammer 104, einen Rotor oder eine Welle 105, eine Turbinenkomponente 106 und einen Generator 108 umfasst. Der Rotor oder die Welle 105 kann den Verdichter 103 physikalisch mit der Turbinenkomponente 106 verbinden. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können der Verdichter 103 und die Turbinenkomponente 10 6 oder mindestens ein Teil davon mit dem Rotor oder der Welle 105 drehbar sein. Der Generator 108 (d. h., Last) kann ebenfalls mit dem Rotor oder der Welle 105 verbunden sein.

Auch wenn der Generator 108 in Fig. 1 an einem vorderen Abschnitt des Turbinenmotors 102 angeordnet ist, ist anzumerken, dass diese Darstellung der Veranschaulichung dient und dass der Generator 108 auch am hinteren Abschnitt des Turbinenmotors liegen könnte, ohne von den Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen.

[0011] Die Arbeitsweise des Turbinensystems von Fig.1 wird nun Bezug nehmend auf das Flussdiagramm von Fig. 2erläutert. In Block 202 empfängt der Verdichter 103 über einen Ansaugabschnitt des Turbinenmotors 102 Eintrittsluft. Wenn die Eintrittsluft den Verdichter 103 durchläuft, wird der Druck der Luft erhöht und am Auslass des Verdichters 103 wird verdichtete Luft erzeugt. Die verdichtete Luft, die am Auslass des Verdichters 103 erzeugt wird, oder mindestens ein Teil davon kann der Brennkammer 104 zugeführt werden. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Verdichter 103 eine Vielzahl von Laufschaufeln zum Fördern der Luft durch den Verdichter aufweisen, um die verdichtete Luft zu erzeugen.

[0012] In Block 204 kann die Brennkammer 104 die verdichtete Luft zusammen mit Brennstoff wie z. B. einem Brennstoff aus Mineralöl (z. B. Kerosin, Düsenkraftstoff usw.), Propan, Erdgas oder einem anderen brennbaren Brennstoff oder Gas empfangen. Allgemein kann die Brennkammer 104 mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff die Verbrennung durchführen. Verbrennungsprodukte wie z.B. Heissgase können durch die Verbrennung durchführt werden. Die Verbrennungsprodukte werden dann aus der Brennkammer 104 zur Turbinenkomponente 106 ausgelassen, wie in Block 206 angegeben. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Verbrennungsprodukte die Turbinenkomponente 106 durchlaufen und Schaufeln der Turbinenkomponente 106 antreiben (d.h. drehen).

In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Bewegung der Schaufeln der Turbinenkomponente 106 über den Rotor oder die Welle 105 auch den Verdichter 103 und den Generator 108 antreiben. Abgase können dann über einen Auslassabschnitt des Turbinenmotors 102 aus der Turbinenkomponente 106 ausgelassen werden. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Abgase im Bereich von 150-180 Grad Fahrenheit (etwa 65,56-82,22 Grad Celsius) liegen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Abgase aber auch in anderen Temperaturbereichen liegen, einschliesslich Temperaturen, die niedriger als 150 Grad Fahrenheit (etwa 65, 56 Grad Celsius) oder höher als 180 Grad Fahrenheit (etwa 82, 22 Grad Celsius) sind.

Auch wenn hierin beispielhafte Temperaturbereiche genannt wurden, versteht es sich, dass diese Temperaturbereiche nur der Veranschaulichung dienen und den Betriebstemperaturbereich der beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung, nicht einschränken sollen.

[0013] In Block 208 kann ein zum Turbinenmotor 102 gehöriges Steuermodul zum Beispiel über einen Temperaturfühler bestimmen, ob eine Umgebungstemperatur am Ansaugabschnitt des Turbinenmotors niedriger ist als ein(e) optimale oder erwünschte/vorbestimmte Temperatur oder Temperaturbereich (z.B. ISO-Einlasstemperatur). Wenn das Steuermodul bestimmt, dass die Temperatur am Ansaugabschnitt erhöht werden muss, dann kann das Steuermodul die Einleitung mindestens eines Anteils der Abgase in eine Rückführleitung (z.B. Rohrleitung) zulassen, der durch ein oder mehrere Ventile 110 geregelt wird, wie in Block 210 angegeben. Durch Anpassung einer Stellung (z.B. geschlossen, eine oder mehrere geöffnete Stellungen) eines oder mehrerer Ventile 110 kann die Menge der rückgeführten Abgase entsprechend angepasst werden.

Zum Beispiel kann in einer veranschaulichenden Ausführungsform der Erfindung ein Bereich von 10% bis 60% der Abgase in die Rückführleitung geleitet werden. Es versteht sich, dass der Bereich der rückgeführten Abgase ausserhalb des beispielhaften Bereichs von 10% bis 60% angepasst werden kann, ohne von Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Differenzdruck zwischen einem Einlass (z.B., Ansaugöffnung) und den Auslass des Turbinenmotors 102 vorliegen, und daher kann keine Unterdrucksetzung benötigt werden, um das rückgeführte Abgas durch die Rückführleitung zum Ansaugabschnitt des Turbinenmotors 102 zu treiben.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann aber auch eine Unterdrucksetzung verwendet werden, die vielleicht durch ein oder mehrere Gebläse erzeugt wird, um das Abgas durch die Rückführleitung zu treiben oder zusätzlich zu treiben.

[0014] Zusätzlich kann nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung die Rückführleitung wahlweise eines oder beides von einem Wärmeaustauscher III und einem Filter 112 einschliessen. Der Wärmeaustauscher 111 kann die Temperatur der Abgase in der Rückführleitung senken oder reduzieren, bevor sie dem Ansaugabschnitt zugeführt werden. Der Wärmeaustauscher III kann nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Kühler sein. Und das Filter 112 kann wirken, um Partikel aus den rückgeführten Abgasen zu entfernen. Es ist auch anzumerken, dass ein Abgaskatalysator zur Nachbehandlung der Abgase wahlweise in der Rückführleitung oder vor dem Eintritt der Abgase in die Rückführleitung vorgesehen sein kann. Der Abgaskatalysator kann wirken, um Schadstoffe aus den Abgasen zu entfernen.

Zum Beispiel kann ein Abgaskatalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) verwendet werden, um Stickoxide (NOx) aus den Abgasen zu entfernen.

[0015] Noch auf Block 210 Bezug nehmend, können Abgase, die nicht in die Rückführleitung geleitet werden, einem zur Turbinenkomponente 106 gehörigen Abgaskamin 107 zugeführt werden, der die Abgase zum Beispiel in die Atmosphäre auslässt. Es ist anzumerken, dass in alternativen Ausführungsformen der Erfindung die Abgase auch wieder eingefangen werden können, um zum Antrieb einer Dampfturbine oder einer sonstigen Vorrichtung genutzt zu werden.

[0016] Wieder auf Block 208 Bezug nehmend, kann das Steuermodul bestimmen, dass die Temperatur des Ansaugabschnitts nicht erhöht zu werden braucht, wobei die Abgase in diesem Fall dem Abgaskamin 107 zugeführt werden, wie in Block 212 angegeben. Es versteht sich aber, dass die Abgase alternativ dazu wieder eingefangen werden können, um zum-Antrieb einer Dampfturbine genutzt zu werden.

[0017] Ein Steuermodul, das eine Gasturbine mit der Abgasrückführung für die Gasturbine betreibt, wird auf Fig. 3 bezugnehmend ausführlicher beschrieben. Wie in Fig. 3gezeigt, kann ein Steuermodul 302 wie z. B. ein modellgestütztes Steuermodul (MBC) Daten von einem oder mehreren Sensoren 306 empfangen und an einen oder mehrere Stellantriebe 304 sowie an das Steuerventil 110 und den Wärmeaustauscher 111 der Rückführleitung Steuersignale ausgeben. Die Stellantriebe können nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung den Brennstoffström, die Einlass-Leitschaufelstellung und den Einlass-Zapfwärmestrom zum Turbinenmotor 102 einem gewünschten Betrieb des Turbinenmotors 102 entsprechend anpassen. Die Sensoren 306 können Temperaturfühler einschliessen, die eine Umgebungstemperatur an einem Ansaugabschnitt des Turbinenmotors 102 (z.

B., am Eingang des Verdichters), am Auslassabschnitt des Turbinenmotors oder an einer anderen Stelle am oder in der Nähe des Turbinenmotors 102 bestimmen. Es ist anzumerken, dass die Sensoren 306 auch andere Sensoren umfassen können, einschliesslich Sensoren zur Erkennung des Verdichterauslassdrucks (PCD), der Verdichterauslasstemperatur (TCD) und der Ausgangsleistung (MW).

[0018] Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Temperaturfühler 102 an einem Ansaugabschnitt dem Steuermodul 302 Temperaturdaten zuführen. Auf der Basis dieses Temperaturfühlers kann das Steuermodul 302 bestimmen, dass die Umgebungstemperatur am Ansaugabschnitt niedriger ist als die/der optimale oder erwünschte/vorbestimmte Temperatur oder Temperaturbereich. In dieser Situation kann das Steuermodul 302 eine Abgasmenge erhöhen, die zur Rückführleitung geleitet wird, indem es durch ein oder mehrere Steuersignale eine Stellung des Ventils 110 (z.B., durch Setzen des Ventils 110 in eine oder mehrere geöffnete Stellungen) anpasst. Das Steuermodul 302 kann bei Bedarf auch den Wärmeaustauscher 111 betreiben, um die Temperatur der Abgase in der Rückführleitung zu senken.

Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Wärmeaustauscher 111 auch einen Mechanismus aufweisen, um Kondensat zu entfernen, das durch den Betrieb des Wärmeaustauschers 111 erzeugt wird.

[0019] Es versteht sich, dass viele Modifikationen am Turbinensystem möglich sind, wie oben Bezug nehmend auf Fig. 1-3erläutert wurde. Auch wenn Fig. 4 und 5im Folgenden einige alternative Ausführungsformen des Turbinensystems veranschaulichen, versteht es sich, dass weitere Varianten möglich sind, ohne von Ausführungsformen der Erfindung abzuweichen.

[0020] Fig. 4 zeigt ein Turbinensystem 400 nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, das sowohl eine Gasturbine 402 als auch eine Dampfturbine 409 umfasst. Wie in Fig. 4gezeigt, kann die Gasturbine 402, die der Turbine 102 von Fig. 1entspricht, nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Verdichter 403, eine Brennkammer 404, einen Rotor oder eine Welle 405, eine Turbinenkomponente 406 und einen Generator 408 umfassen. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Abgase aus der Turbinenkomponente 406 einem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HSRG) 408 zur Zwischenüberhitzung von Dampf aus einer Dampfturbine 409 zugeführt werden. Das heisst, kondensierter Dampf aus der Dampfturbine 409 kann vom HSRG 408 empfangen werden und zwischenüberhitzter Dampf kann dann zur Dampfturbine 409 zurück geleitet werden.

Die Dampfturbine 409 kann den Generator 410 über einen Rotor oder eine Welle 411 antreiben. Die Abgase aus der Dampfturbine 409 können auch durch eine Dampfturbinen-Rückführleitung zum HSRG 408 rückgeführt werden.

[0021] Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Abgase, die zur Rückführleitung für die Gasturbine 402 geleitet werden, aus dem HSRG 408 zugeführt werden. Das heisst, nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann ein Steuermodul das Ventil 412 anpassen, um die Rückführung mindestens eines Anteils der Abgase zu regeln, der vom HSRG 408 eingefangen wird. Wie in Fig. 4gezeigt, kann eine Quelle dieser Abgase im HSRG 408 die Gasturbine 402 und/oder die Dampfturbine 409 umfassen. Eine zusätzliche Abgasquelle können eine oder mehrere Heizelemente im HSRG 408 sein. Zusätzlich zur Steuerung des Ventils 412 kann das Steuermodul nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung auch den Kühler 413 betreiben, um die Temperatur der Abgase für die Rückführleitung der Gasturbine 402 zu senken.

Es ist auch anzumerken, dass auch das Filter 414 vom Steuermodul gesteuert werden kann, um die Entfernung von Partikeln aus den Abgasen in der Rückführleitung zu unterstützen, wenn es ein elektronisch betriebenes Filter ist.

[0022] Fig. 5 zeigt ein Turbinensystem 500 nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, das sowohl eine Gasturbine 502 als auch eine Dampfturbine 509 umfasst. Die Gasturbine 502, die der Turbine 102 von Fig. 1 entspricht, kann nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung einen Verdichter 503, eine Brennkammer 504, einen Rotor oder eine Welle 505, eine Turbinenkomponente 506 und einen Generator 508 umfassen. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können die Abgase aus der Turbinenkomponente 50 6 einem Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HSRG) 508 zur Zwischenüberhitzung von Dampf aus einer Dampfturbine 50 9 zugeführt werden. Das heisst, kondensierter Dampf aus der Dampfturbine 509 kann vom HSRG 508 empfangen werden und zwischenüberhitzter Dampf kann zur Dampfturbine 509 zurück geleitet werden.

Die Dampfturbine 509 kann dann den Generator 510 über einen Rotor oder eine Welle 511 antreiben.

[0023] Wie in Fig. 5 gezeigt, können drei Ventile vorhanden sein, die die Rückführung von Abgasen zu einem Ansaugabschnitt der Gasturbine 502 regeln können. Zum Beispiel können Ventile 512 und 513 bestimmen, ob Abgase aus der Dampfturbine 509 zum HSRG 508, zur Rückführleitung für den Ansaugabschnitt der Gasturbine 502 geleitet werden oder beides. Wenn zum Beispiel das Ventil 512 geschlossen ist und das Ventil 513 geöffnet ist, dann werden Abgase dem Ansaugabschnitt zugeführt, aber nicht dem HRSG 508. Alternativ dazu können beide Ventile 512 und 513 geöffnet sein, und ein erster Anteil der Abgase kann zum HSRG 508 geleitet werden, während ein zweiter Anteil der Abgase zur Rückführleitung für den Ansaugabschnitt der Gasturbine 502 geleitet werden kann.

Andrerseits kann das Ventil 513 geschlossen sein, während das Ventil 512 geöffnet sein kann, um Abgase zum HSRG 508, aber nicht zur Rückführleitung für den Ansaugabschnitt der Gasturbine 502 zu leiten. Zusätzlich kann ein Ventil 514 vorgesehen sein, um eine Abgasmenge aus dem HSRG 508 zu regeln, die über die Rückführleitung zum Ansaugabschnitt der Turbine 502 geleitet wird. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Steuermodul die Quelle der Abgase bestimmen - das heisst, aus dem HSRG 508 und/oder aus der Dampfturbine 509 - die zur Rückführleitung für den Ansaugabschnitt der Gasturbine 502 geleitet werden soll. Wenn zum Beispiel die Temperaturdifferenz im Ansaugabschnitt gross ist, dann können der Rückführleitung aus dem HSRG 508 Abgase mit höherer Temperatur zugeführt werden.

Andererseits, wenn die Temperaturdifferenz im Ansaugabschnitt kleiner ist, dann können der Rückführleitung aus der Dampfturbine 509 Abgase mit geringerer Temperatur zugeführt werden.

[0024] Es versteht sich, dass viele Varianten der hierin beschriebenen Turbinensysteme möglich sind. Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung brauchen die rückgeführten Abgase nicht direkt mit der Eintrittsluft vermischt werden, um die Temperatur der Eintrittsluft zu erhöhen. Statt dessen kann Wärme aus den rückgeführten Abgasen in der Rückführleitung über einen oder mehrere Wärmeabgabemechanismen erhalten werden, die zur Rückführleitung gehörige Kühlkörper oder -rippen umfassen. Auf diese Weise brauchen leistungsmindernde Gase wie z.B. NOx nicht wieder in das Turbinensystem eingeleitet zu werden.

[0025] Fig. 6 ist ein Beispieldiagramm, das einen Einfluss der Schwankungen in der Umgebungstemperatur auf die Gasturbinenleistung (kW), den Wirkungsgrad (EFF) und kombinierte Prozesse (cc) nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Wie in Fig. 6 gezeigt, kann eine Optimaltemperatur der Temperatur eines ISO-Tags 602 entsprechen. Nach einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Temperatur des ISO-Tags 602 (oder Standardtags) etwa 59[deg.]F betragen.

[0026] Viele andere Modifikationen und andere Ausführungsformen der Erfindung, die hierin dargelegt wurde, werden dem Fachmann aufgrund der Lehren in der obigen Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen einfallen. Daher versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die spezifischen Ausführungsformen beschränkt, die offenbart wurden, und dass Modifikationen und andere Ausführungsformen im Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen. Auch wenn hierin spezifische Ausdrücke benutzt wurden, sind sie lediglich in einem generellen und beschreibenden Sinne und nicht als einschränkend zu verstehen.

Claims

1. Verfahren zur Abgasrückführung, umfassend:

das Empfangen (202), über einen Ansaugabschnitt, von Eintrittsluft an einem Eingang eines Verdichters (103, 403 oder 503);

das Erzeugen (202) von verdichteter Luft aus der empfangenen Eintrittsluft im Verdichter (103, 403 oder 503);

das Zuführen (204) der verdichteten Luft aus dem Verdichter (103, 403 und 503) zu einer Brennkammer (104, 404 oder 504), wobei die Brennkammer (104, 404 oder 504) mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt;

das Empfangen (206) der mit der Verbrennung einhergehenden Verbrennungsprodukte an einer Turbinenkomponente (106, 406 oder 506), wobei die Turbinenkomponente Abgase auslässt; und

das Rückführen (210) mindestens eines Anteils der Abgase zum Ansaugabschnitt über eine Rückführleitung, wobei die rückgeführten Abgase eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Abgase aus der Turbinenkomponente (406, 506) ausgelassen werden, um einen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) (408, 508) zu erwärmen, wobei der rückgeführte Anteil der Abgase aus dem HRSG (408, 508) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Abgase erste Abgase sind und wobei der HRSG (408, 508) kondensierten Dampf für eine Dampfturbine (409, 509) zwischenüberhitzt, wobei mindestens ein Anteil zweiter Abgase aus der Dampfturbine in die Rückführleitung geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ausserdem umfassend:

das Empfangen, an einem Steuermodul (302), von Temperaturdaten von einem Sensor (306), wobei das Steuermodul (302) mindestens zum Teil auf der Basis der empfangenen Temperaturdaten betreibbar ist, um eine Abgasmenge zu regeln, die über die Rückführleitung zum Ansaugabschnitt rückgeführt wird.

5. System zur Abgasrückführung, umfassend:

einen Verdichter (103, 403 oder 503), wobei der Verdichter (103, 403 oder 503) über einen Ansaugabschnitt Eintrittsluft empfängt und aus der empfangenen Eintrittsluft verdichtete Luft erzeugt;

eine Brennkammer (104, 404 oder 504), die Brennstoff und vom Verdichter (103, 403 oder 503) erzeugte verdichtete Luft empfängt, wobei die Brennkammer (104, 404 oder 504) mit der verdichteten Luft und dem Brennstoff eine Verbrennung durchführt;

eine Turbinenkomponente (106, 406 oder 506), welche die mit der Verbrennung einhergehenden Verbrennungsprodukte empfängt, wobei die Turbinenkomponente Abgase auslässt; und

eine Rückführleitung zur Rückführung mindestens eines Anteils der Abgase zum Ansaugabschnitt, wobei die rückgeführten Abgase eine Temperatur der Eintrittsluft erhöhen.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Abgase aus der Turbinenkomponente (406, 506) ausgelassen werden, um einen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) (408, 508) zu erwärmen, wobei der rückgeführte Anteil der Abgase aus dem HRSG (408, 508) geleitet wird.

7. System nach Anspruch 6, wobei die Abgase erste Abgase sind, wobei der HRSG (408, 508) kondensierten Dampf für eine Dampfturbine zwischenüberhitzt, und wobei mindestens ein Anteil zweiter Abgase aus der Dampfturbine in die Rückführleitung geleitet wird.

8. System nach Anspruch 5, ausserdem umfassend eine Rückführleitung, wobei die Rückführleitung einen Wärmeaustauscher (111, 413 oder 515) einschliesst, der betreibbar ist, um eine Temperatur der Abgase in der Rückführleitung zu senken.

9. System nach Anspruch 5, ausserdem umfassend:

ein Steuermodul (302), wobei das Steuermodul (302) Temperaturdaten von einem Sensor empfängt und mindestens zum Teil auf der Basis der empfangenen Temperaturdaten ein Ventil (110, 412 oder 512-514) steuert, um mindestens einen Anteil der Abgase über eine Rückführleitung zum Ansaugabschnitt rückzuführen.

10. System nach Anspruch 5, ausserdem umfassend:

einen Abgaskatalysator zur Behandlung der Abgase, die aus der Turbinenkomponente (106, 406 oder 506) ausgelassen werden, wobei der Abgaskatalysator Schadstoffe aus den Abgasen entfernt.