CH701545A2

CH701545A2 - System und Verfahren zum Liefern von Brennstoff an eine Gasturbine.

Info

Publication number: CH701545A2
Application number: CH01240/10A
Authority: CH
Inventors: Korey Frederic Rendo; Colin Wilkes; Daniel Martin Moss; Timothy Russell Bilton
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-07-30
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2011-01-31
Also published as: CN101988431A; US20110023491A1; DE102010036487A1; JP2011033029A

Abstract

Ein System (30) zur Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine (32) beinhaltet ein Rohrleitungssystem (34), das Brennstoff bei einem Druck grösser als angenähert 34,5 bar (500 psi) enthält. Ein Druckregelventil (38), das stromabwärts von dem Rohrleitungssystem angeschlossen ist, verringert den Druck des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 13,8 bar (200 psi). Ein Wärmetauscher (42), der stromabwärts von dem Druckregelventil (38) angeschlossen ist, erwärmt den feuchtgesättigten oder trockengesättigten Brennstoff, um einen überhitzten Brennstoff zu erzeugen. Ein Regelventil (44), das stromabwärts von dem Wärmetauscher (42) angeschlossen ist, verringert den Druck des überhitzten Brennstoffs auf weniger als 3,45 bar (50 psi). Ein Verfahren zum Liefern von überhitztem Brennstoff an eine Gasturbine (32) beinhaltet das Aufnehmen eines Brennstoffs mit einem Druck höher als angenähert 35 bar (500 psi) und die Verringerung des Druckes auf weniger als angenähert 14 bar (200) psi. Das Verfahren beinhaltet ferner das Abscheiden gasförmigen Brennstoffs von flüssigem Brennstoff, das Verringern des Druckes des gasförmigen Brennstoffs auf weniger als etwa 3,45 bar und das Einströmenlassen des überhitzten Brennstoffs in die Gasturbine (32).

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinenbrennstoff System. Insbesondere beschreibt die vorliegende Erfindung ein Brennstoffsystem, das einer Gasturbine überhitzten Gasbrennstoff zuführen kann.

Hintergrund der Erfindung

[0002] Gasturbinen werden in grossem Umfang im kommerziellen Betrieb zur Energieerzeugung eingesetzt. Gasturbinen enthalten allgemein im vorderen Bereich einen Verdichter, um die Mitte herum einen oder mehrere Brenner und im hinteren Bereich eine Turbine. Der Verdichter verdichtet Schritt für Schritt ein Arbeitsfluid und gibt das verdichtete Arbeitsfluid an die Brennkammern. Die Brennkammern mischen das Arbeitsfluid mit Brennstoff und entzünden das Gemisch, um Verbrennungsgase hoher Temperatur, Druck und Geschwindigkeit zu erzeugen. Die Verbrennungsgase verlassen die Brennkammern und strömen zu der Turbine, wo sie unter Erzeugung von Arbeit expandieren.

[0003] Flüssigkeiten kondensierter Gase in dem Brennstoff erzeugen ernsthafte schädliche Auswirkungen in den Brennkammern, die zu einem Maschinenschaden führen können. Der Brennstofflieferant sorgt typischerweise für strenge Kontrollen, um den Feuchtigkeitsgehalt des Brennstoffs zu verringern. Es ist jedoch eine zusätzliche Brennstoffbehandlung erforderlich, um sicherzustellen, dass an die Brennkammern gelieferter Brennstoff im Wesentlichen frei von Flüssigkeiten ist.

[0004] Fig. 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines typischen Brennstoffsystems 10 für die Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine 12. Das Brennstoffsystem 10 enthält im Wesentlichen eine Brennstoffquelle 14 mit einem Druck von angenähert 34,5 bis 48 bar (500 bis 700 psi). Der Brennstoff kann feuchtgesättigt (definiert als Fluid mit einer Temperatur und Druck unter dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff), trockengesättigt (definiert als Fluid mit einer Temperatur und Druck gleich dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff), oder überhitzt (definiert als Fluid mit einer Temperatur und Druck über dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff) sein. Der Brennstoff strömt durch einen Abscheider 16, und der Abscheider 16 entfernt alle kondensierten Fluide (z.B. Wasser, kondensierte Kohlenwasserstoffe usw.) aus dem Brennstoff. Ein Durchflussregelventil 18 regelt den Brennstoffström zu den Brennkammern der Gasturbine 12. Während sich der Brennstoff durch das Durchflussregelventil 18 hindurch ausdehnt, bewirkt der Joule-Thomson-Effekt eine Verringerung in der Temperatur des Brennstoffs. Die Ausdehnung des Brennstoffs kann bewirken, dass die Brennstofftemperatur unter den Taupunkt des Kohlenwasserstoffs fällt, was die Ausbildung eines Kondensats ermöglicht. Um zu verhindern, dass die Brennstofftemperatur unter den Taupunkt des Kohlenwasserstoffs fällt, enthält das Brennstoffsystem typischerweise einen oder mehrere Wärmetauscher 20, 22 stromaufwärts vor dem Durchflussregelventil 18. Die Wärmetauscher 20, 22 bringen Wärme in den Brennstoff ein, um den Brennstoff zu überhitzen und sicherzustellen, dass die Brennstofftemperatur jederzeit über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs bleibt.

[0005] Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung der Temperatur- und Druckänderungen in dem Brennstoff während seines Durchlaufs durch das Brennstoffsystem. Zum Zwecke der Darstellung veranschaulicht Fig. 2 den in das Brennstoffsystem eintretenden Brennstoff als überhitzten Brennstoff, dargestellt durch den Punkt A. Die Wärmetauscher 20, 22 erhitzen den Brennstoff, um die Temperatur auf den Punkt B zu erhöhen. Während sich der Brennstoff durch das Durchflussregelventil 18 hindurch ausdehnt, verringert der Joule-Thomson-Effekt die Temperatur des Brennstoffs von dem Punkt B zu dem Punkt C. Insbesondere bleibt der Gasausdehnungspfad von dem Punkt B zu dem Punkt C jederzeit über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs, was eine Kondensation in dem Brennstoff verhindert. Der Abstand zwischen den Punkten A und B stellt den von den Wärmetauschern 20, 22 bereitgestellten Überhitzungsanteil dar, um sicherzustellen, dass die Brennstofftemperatur jederzeit über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs bleibt, um Kondensation zu verhindern.

[0006] Um sicher zu stellen, dass eine angemessene Wärmequelle während aller Betriebszustände zur Verfügung steht, sind typischerweise mehrere Wärmetauscher erforderlich. Beispielsweise kann die Gasturbine 12 während normaler Betriebszustände die erforderliche Wärme liefern. Es könne heisses verdichtetes Arbeitsfluid aus dem Verdichter oder Hochtemperaturabgase aus der Turbine entnommen und einem Wärmetauscher 22 zugeführt werden, um den Brennstoff angemessen zu überhitzen. Jedoch steht während eines Hochfahrbetriebs die Wärme nicht ohne weiteres aus der Gasturbine 12 zur Verfügung und erfordert somit einen zweiten Wärmetauscher 20 mit einer unabhängigen Wärmequelle 24.

[0007] Die Notwendigkeit für einen zweiten Wärmetauscher mit einer unabhängigen Wärmequelle zur Lieferung von Wärme während Hochfahrbetriebszuständen erfordert zusätzliche Kapitalkosten beim Bau des Gasturbinensystems. Zusätzlich nutzt der zweite Wärmetauscher typischerweise Heizschlangen, eine indirekt befeuerte Heizeinrichtung, eine Wärmepumpe oder ähnliche Vorrichtungen zur Lieferung von Wärme, was während des Hochfahrens Brennstoff oder zusätzliche Energie verbraucht, an der es typischerweise mangelt. Ferner verringert die durch den zweiten Wärmetauscher verbrauchte Energie zum Überhitzen des Brennstoffs den Gesamtwirkungsgrad der Gasturbinenanlage.

[0008] Daher besteht ein Bedarf nach einem verbesserten Brennstoffversorgungssystem, das während des Startvorgangs überhitzten Brennstoff an die Gasturbine liefern kann. Idealerweise erfordert das Brennstoffversorgungssystem keine zusätzlichen Kapitalkosten für eine unabhängige Wärmequelle und erfordert keine erheblichen Anteil zusätzlicher Energie, die während des Startvorgangs der Turbine knapp ist.

Kurzbeschreibung der Erfindung

[0009] Aspekte und Vorteile der Erfindung werden nachstehend in der folgenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die Praxisausführung der Erfindung erkannt werden.

[0010] Eine Ausführungsform der Erfindung ist ein System zur Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine. Das System beinhaltet ein Rohrleitungssystem, das einen Brennstoffvorrat bei einem Druck grösser als angenähert 34,5 bar (500 psi) enthält. Eine Einrichtung zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats ist stromabwärts von dem Rohrleitungssystem angeschlossen, um den Druck des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 14 bar (200 psi) zu verringern. Ein Abscheider ist stromabwärts von der Einrichtung zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats angeschlossen und enthält einen Gasauslass und einen Flüssigkeitsauslass. Ein Regelventil ist mit dem Gasauslass verbunden, und das Regelventil verringert den Druck des Brennstoffvorrats, um einen überhitzten Brennstoff mit einem Druck von weniger als angenähert 3,45 bar (50 psi) zu erzeugen.

[0011] In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein System zur Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine ein Rohrleitungssystem, das einen Brennstoffvorrat bei einem Druck grösser als angenähert 32 bar (500 psi) enthält. Ein Druckverringerungsventil ist stromabwärts von dem Rohrleitungssystem angeschlossen, und das Druckverringerungsventil ist dafür konfiguriert, den Druck des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 14 bar (200 psi) zu verringern. Ein Wärmetauscher ist stromabwärts von dem Druckverringerungsventil angeschlossen, um den Brennstoffvorrat zu erwärmen. Ein Regelventil ist stromabwärts von dem Wärmetauscher angeschlossen, und das Regelventil verringert den Druck des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 3,45 bar (50) psi.

[0012] Die vorliegende Erfindung beinhaltet ferner ein Verfahren zum Liefern von überhitztem Brennstoff an eine Gasturbine. Das Verfahren beinhaltet den Schritt der Aufnahme eines Brennstoffvorrats mit einem Druck höher als angenähert 34,5 bar (500 psi) und einen Schritt einer Verringerung des Druckes des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 14 bar (200) psi, um einen feuchtgesättigten Brennstoff mit einem Gemisch aus gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff zu erzeugen. Das Verfahren beinhaltet ferner die Abscheidung des gasförmigen Brennstoffs von dem flüssigen Brennstoff, die Verringerung des Druckes des gasförmigen Brennstoffs auf weniger als etwa 3,45 bar (50 psi), um überhitzten Brennstoff zu erzeugen und das Einströmen des überhitzten Brennstoffs in die Gasturbine.

[0013] Der Fachmann wird die Merkmale und Aspekte derartiger Ausführungsformen und weiterer nach Betrachtung der Beschreibung erkennen.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0014] Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschliesslich ihrer besten Ausführungsart für den Fachmann wird nachstehend in dem Rest der Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten

[0015] Fig. 1 eine vereinfachte Darstellung eines typischen Systems für die Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine ist;

[0016] Fig. 2 eine graphische Darstellung des Druckes und der Temperatur des in Fig. 1 zugeführten Brennstoffs ist;

[0017] Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung eines Systems für die Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;

[0018] Fig. 4 eine graphische Darstellung des Druckes und der Temperatur des in Fig. 3 zugeführten Brennstoffs ist.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0019] Es wird nun in Detail auf vorliegende Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Die detaillierte Beschreibung verwendet numerische und Buchstabenbezeichnungen zum Bezeichnen von Merkmalen in den Zeichnungen.

[0020] Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich wird es für den Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden können, ohne von deren Schutzumfang oder Erfindungsgedanken abzuweichen. Gleiche oder ähnliche Bezeichnungen in den Zeichnungen und in der Beschreibung wurden zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Teile der Erfindung verwendet. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.

[0021] Fig. 3 stellt eine vereinfachte Darstellung eines Brennstoffsystems 30 für eine Gasturbine 32 gemäss einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereit. Das Brennstoff System 30 enthält im Wesentlichen ein Rohrleitungssystem 34, das einen Brennstoffvorrat 36 enthält, eine Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats, einen Abscheider 40, einen Wärmetauscher 42 und ein Regelventil 44.

[0022] Das Rohrleitungssystem 34 enthält den Brennstoffvorrat 36 und transportiert den Brennstoffvorrat 36 von seiner Quelle zu dem Brennstoffsystem 30. Der Brennstoffvorrat 36 kann jeder für eine Verbrennung in einer Gasturbine geeignete Brennstoff sein. Mögliche Brennstoffe, die von kommerziellen Verbrennungsmaschinen genutzt werden, umfassen Hochofengas, Koksofengas, Erdgas, verdampftes verflüssigtes Erdgas (LNG) und Propan. Der Brennstoff hat typischerweise einen Druck von angenähert 34,5 bis 48 bar (500 bis 700 psi) und eine Temperatur von angenähert 10 bis 21 °C (50 bis 70 °F) in Abhängigkeit von der geographischen Region, der Rohrisolation und Begleitheizung. Da Erdgas und verdampfter LNG-Brennstoff typischerweise dem Brennstoffsystem 30 durch eine Erdrohrleitung zugeführt werden, können die tatsächliche Temperatur und der Druck des Brennstoffs abhängig von Jahreszeit, Brennstofflieferant, Ort und anderen Umgebungsbedingungen schwanken. Der Lieferant kann den Brennstoff als feuchtgesättigten Brennstoff (definiert als einer mit einer Temperatur und Druck unter dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff), trockengesättigten (definiert als einer mit einer Temperatur und Druck gleich dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff), oder überhitzten (definiert als einer mit einer Temperatur und Druck über dem Taupunkt von Kohlenwasserstoff) liefern.

[0023] Die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats ist stromabwärts von dem den Brennstoffvorrat 36 enthaltenden Rohrleitungssystem 34 angeschlossen. Die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats kann ein oder mehrere Joule-Thomson-Ventile, Druckverringerungsventile, Drosselventile, verstellbare Blenden oder irgendein anderes Ventil enthalten, welches eine adiabatische Expansion Gases ermöglicht, was zu einer Verringerung seiner Temperatur aufgrund des Joule-Thomson-Effektes führt. Ein Umgehungsventil 39 kann in Verbindung mit der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verwendet werden, um den maximalen Betriebsdurchflussbereich nach Bedarf zu erweitern. Der Brennstoff strömt durch das Rohrleitungssystem 34 zu der Einrichtung 28 zur Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats 38, und die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verringert den Druck des Brennstoffs auf weniger als 14 bar (200 psi). Während der Druck des Brennstoffs abnimmt, bewirkt der Joule-Thomson-Effekt einen Abfall der Temperatur um 0,033 bis 0,038 °C pro 01,4 bar (0,06 bis 0,07 °F pro 1 psi) Druckabfall, wobei der tatsächliche Temperaturabfall von der Zusammensetzung und Temperatur des ankommenden Brennstoffs abhängt. Der die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlassende Brennstoff kann daher trockengesättigt (d.h. an dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) oder feuchtgesättigt (d.h. unter dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) sein. Der tatsächliche Zustand des Brennstoffs hängt von verschiedenen Faktoren, wie z.B. dem verwendeten spezifischen Brennstoff und der Temperatur und dem Druck des Brennstoffs ab, der die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlässt.

[0024] Der Abscheider 40 und Wärmetauscher 42 sind stromabwärts von der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats angeschlossen, um den Brennstoff vor dem Erreichen des Regelventils 44 zu konditionieren. Obwohl sowohl der Abscheider 40 als auch der Wärmetauscher 42 in Fig. 3 dargestellt sind, können zusätzliche Ausführungsformen innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung nur den Abscheider 40 beinhalten, während andere Ausführungsformen nur den Wärmetauscher 42 beinhalten können.

[0025] Der Abscheider 40, falls vorhanden, entfernt alle in dem feuchtgesättigten oder trockengesättigten die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlassenden Brennstoff vorhandenen Flüssigkeiten. Der Abscheider 40 kann einen Koaleszenzfilter, einen Trägheitsabscheider und Nebelabscheider enthalten oder irgendeine andere in dem Fachgebiet bekannte Struktur, zum physikalischen Abscheiden von Gasen und Flüssigkeit mit hohem Wirkungsgrad zu beinhalten. In weiteren Ausführungsformen kann der Abscheider 40 einen Absorptionsturm mit einem Absorptionsöl enthalten, das den flüssigen Brennstoff aus dem Brennstoffström entfernt. Der Abscheider 40 gibt die Flüssigkeiten durch einen Flüssigkeitsauslass 46 zur Rückführung für eine weitere Nutzung in dem Brennstoffsystem aus. Der gasförmige Brennstoff strömt aus dem Abscheider 40 durch einen Gasauslass 48 als trockengesättigter Brennstoff (d.h. an den Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) oder als überhitzter Brennstoff (d.h. über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) heraus. Wiederum hängt der tatsächliche Zustand des gasförmigen Brennstoffs von verschiedenen Faktoren ab, wie z.B. dem verwendeten spezifischen Brennstoff und der Temperatur und dem Druck des den Abscheider 40 verlassenden Brennstoff.

[0026] Der Wärmetauscher 42, falls vorhanden, liefert Wärme an den Brennstoff, nachdem er die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats und den Abscheider 40 (falls vorhanden) passiert hat. Aufgrund der relativ niedrigen Temperatur des Brennstoffs nach der Expansion erfordert der Wärmetauscher 42 keine Hochtemperaturwärmequelle, um die Temperatur des Brennstoffs über den Taupunkt des Kohlenwasserstoffs anzuheben. Demzufolge kann der Wärmetauscher 42 beispielsweise eine geothermische Wärmequelle 50 nutzen. Eine geothermische Wärmequelle 50 beinhaltet jede Wärmequelle, die die relativ konstante Erdreichtemperatur als Wärmequelle nutzt. Beispiele umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Grundwasser, Umgebungstemperatur und möglicherweise sogar der Brennstoffvorrat 36, welcher typischerweise durch eine Erdrohrleitung transportiert wird, wie es in «Concept for passive heating at meter/gate stations» von Dr. Wayne S. Hill and Elizabeth C. Poulin, veröffentlich am 1. Februar 1992 beschrieben wird. Alternativ können herkömmlichere Energiequellen, wie z.B. auch Dampf aus einem Hilfskessel genutzt werden, wobei aber eine Hochtemperatur-Wärmequelle keine Notwendigkeit für diese Anwendung ist.

[0027] Der Wärmetauscher 42 erhöht die Temperatur des Brennstoffs über den Taupunkt des Kohlenwasserstoffs. Wenn der Abscheider 40 vorhanden ist, ist der den Wärmetauscher 42 verlassende gasförmige Brennstoff wahrscheinlich ein überhitzter Brennstoff (d.h., über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs). Wenn der Abscheider 40 nicht verwendet wird, kann der den Wärmetauscher 42 verlassende Brennstoff trockengesättigt sein (d.h. an dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) oder überhitzt (d.h. über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) sein. Wie vorstehend diskutiert, hängt der tatsächliche Zustand des Brennstoffs von verschiedenen Faktoren, wie z.B. dem verwendeten spezifischen Brennstoff und der Temperatur und dem Druck des Brennstoffs ab, der die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats oder den Abscheider 40 verlässt.

[0028] Das Regelventil 44 ist stromabwärts von dem Abscheider 40 und/oder Wärmetauscher 42 angeschlossen und steuert den Brennstoffström zu der Gasturbine 32. Das Regelventil 44 kann ein Joule-Thomson-Ventil, ein Drosselventil, eine verstellbare Blende oder eine ähnliche dem Fachmann bekannte Vorrichtung zum Regeln eines Fluidstroms sein. Während des Hochfahrens der Gasturbine 32 verringert das Regelventil 44 den Druck des trockengesättigten oder überhitzten Brennstoffs, um einen überhitzten Brennstoff mit einem Druck zwischen etwa 1,7 bis 3,45 bar (25 und 50 psi) in Abhängigkeit von den Hochfahranforderungen der Gasturbine 32 zu erzeugen. Der gewünschte Brennstoffdruck nimmt allmählich zu, sobald die Gasturbine 32 belastet wird, und das Regelventil 44 regelt dementsprechend, um überhitzten Brennstoff bei dem gewünschten Druck zu liefern. An einem bestimmten Punkt arbeitet die Gasturbine 32 auf einem ausreichenden Pegel, um die Entnahme von heissem verdichteten Arbeitsfluid aus dem Verdichter oder von Hochtemperaturabgasen aus der Turbine zuzulassen, um eine zusätzliche Überhitzung für den Brennstoff bereitzustellen.

[0029] Fig. 4 ist eine graphische Darstellung des Drucks und der Temperatur des in Fig. 3 zugeführten Brennstoffs. Der in das Brennstoffsystem 30 eintretende Brennstoff kann feuchtgesättigter Brennstoff (d.h., unter dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs), trockengesättigter Brennstoff (d.h., an dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) oder überhitzter Brennstoff (d.h., über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) sein. Für Darstellungszwecke stellt Fig. 4den die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlassenden Brennstoff als feuchtgesättigten Brennstoff gemäss Darstellung durch den Punkt E dar.

[0030] Die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats reduziert den Druck und die Temperatur des Brennstoffs, wie dies durch die Linie D-E angezeigt ist. Wie vorstehend erläutert, kann der die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlassende Brennstoff trockengesättigter Brennstoff (d.h. bei dem’ Taupunkt von Kohlenwasserstoff) oder feuchtgesättigter Brennstoff (d.h. unterhalb des Kohlenwasserstofftaupunkts) sein. Für die Zwecke der Veranschaulichung zeigt Figur 4den Brennstoff, der aus der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats austritt, als ein feuchtgesättigter Brennstoff, wie dies durch den Punkt E angezeigt ist.

[0031] Der Brennstoff passiert dann den Abscheider 40 und/oder Wärmetauscher 42. Wenn ein Abscheider 40 vorhanden ist, scheidet der Abscheider 40 die kondensierte Flüssigkeit aus dem Brennstoff ab, was zu einem neuen Taupunkt des Kohlenwasserstoffs für den gasförmigen Brennstoff gemäss Darstellung durch die gestrichelte Kurve in Fig. 4führt. Wie vorstehend diskutiert, kann der aus dem Abscheider 40 strömende gasförmige Brennstoff trockengesättigt sein (d.h an dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) oder überhitzt (d.h., über dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) sein. Für Darstellungszwecke stellt Fig. 4den den Abscheider 40 verlassenden Brennstoff als trockengesättigten Brennstoff gemäss Darstellung durch den Punkt E auf der gestrichelten Kurve für den neuen Taupunkt des Kohlenwasserstoffs dar.

[0032] Wenn der Wärmetauscher 42 nicht vorhanden ist, strömt dann der trockengesättigte Brennstoff durch das Regelventil 44, das die Temperatur und Druck des gasförmigen Brennstoffs gemäss Darstellung durch die Linie E-F weiter unter Erzeugung einer Überhitzung verringert, da der Gasexpansionspfad von der neuen Taupunktkurve des Kohlenwasserstoffs abweicht. Dieses erfolgt, da die Temperaturänderung in Bezug auf die durch das Regelventil 44 erzeugte Druckänderung (AT/AP) eine grössere Steigung als die neue Taupunktkurve des Kohlenwasserstoffs hat. Daher erzeugt die neue Kombination der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats, Abscheiders 40 und Regelventils 44 überhitzten Brennstoff für die Gasturbine 32 während des Startvorgangs ohne die Notwendigkeit eines Startvorgang-Wärmetauschers gemäss Darstellung durch die Liniensegmente D-E-F in Fig. 4(mit einem durch die gestrichelte Kurve dargestellten neuen Taupunkt des Kohlenwasserstoffs).

[0033] Wenn ein Wärmetauscher zusammen mit dem Abscheider 40 vorhanden ist, erhöht der Wärmetauscher 42 die Temperatur des den Abscheider 40 verlassenden trockengesättigten Brennstoffs gemäss Darstellung durch die Linie E-E1. Diese zusätzliche Überhitzung des gasförmigen Brennstoffs liefert einen zusätzlichen Sicherheitsabstand, um weiterhin sicherzustellen, dass der an die Gasturbine 32 gelieferte Brennstoff frei von jeglichen Flüssigkeiten oder Kondensat bleibt. Der überhitzte gasförmige Brennstoff strömt dann durch das Regelventil 44, welches die Temperatur und den Druck des Brennstoffs gemäss Darstellung durch die Linie E’-F’ weiter reduziert. Daher kann die neue Kombination der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats, des Abscheiders 40, Wärmetauschers 42 und Regelventils 44 überhitzten Brennstoff für die Gasturbine 32 während eines Hochfahrvorgangs gemäss Darstellung durch die Liniensegmente D-E-E’-F1 in Fig. 4 (mit einem durch die gestrichelte Kurve dargestellten neuen Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) liefern.

[0034] Wenn der Abscheider 40 nicht vorhanden ist, erhöht der Wärmetauscher 42 die Temperatur des die Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats verlassenden feuchtgesättigten Brennstoffs gemäss Darstellung durch die Linie E-E1. Bei dieser Ausführungsform ohne einen Abscheider bleibt der Taupunkt des Kohlenwasserstoffs unverändert, und der Wärmetauscher 42 überhitzt den feuchtgesättigten Brennstoff, um überhitzten Brennstoff frei von jeglichen Flüssigkeiten oder Kondensat zu liefern. Der überhitzte Brennstoff strömt dann durch das Regelventil 44, welches die Temperatur und den Druck des Brennstoffs weiter gemäss Darstellung durch die Linie E’-F’ reduziert. Daher kann die neue Kombination der Einrichtung 38 zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats, des Abscheiders 40, Wärmetauschers 42 und Regelventils 44 überhitzten Brennstoff für die Gasturbine 32 während eines Hochfahrvorgangs gemäss Darstellung durch die Liniensegmente D-E-E’-F’ in Fig. 4 (ohne Änderung in dem Taupunkt des Kohlenwasserstoffs) liefern.

[0035] Es dürfte für den Fachmann erkennbar sein, dass Modifikationen und Varianten an den Ausführungsformen der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang und dem Erfindungsgedanken gemäss Beschreibung in den beigefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten abzuweichen.

[0036] Ein System 30 zur Lieferung von Brennstoff an eine Gasturbine 32 beinhaltet ein Rohrleitungssystem 34, das Brennstoff bei einem Druck grösser als angenähert 34,5 bar (500 psi) enthält. Ein Druckregelventil 38, das stromabwärts von dem Rohrleitungssystem angeschlossen ist, verringert den Druck des Brennstoffvorrats auf weniger als angenähert 14 bar (200 psi). Ein Wärmetauscher 42, der stromabwärts von dem Druckregelventil 38 angeschlossen ist, erwärmt den feuchtgesättigten oder trockengesättigten Brennstoff, um einen überhitzten Brennstoff zu erzeugen. Ein Regelventil 44, das stromabwärts von dem Wärmetauscher 42 angeschlossen ist, verringert den Druck des überhitzten Brennstoffs auf weniger als 3,45 bar (50 psi). Ein Verfahren zum Liefern von überhitztem Brennstoff an eine Gasturbine 32 beinhaltet das Aufnehmen eines Brennstoffs mit einem Druck höher als angenähert 34,5 bar (500 psi) und die Verringerung des Druckes auf weniger als angenähert 14 bar (200) psi. Das Verfahren beinhaltet ferner das Abscheiden gasförmigen Brennstoffs von flüssigem Brennstoff, das Verringern des Druckes des gasförmigen Brennstoffs auf weniger als etwa 3,45 bar und das Einströmen lassen des überhitzten Brennstoffs in die Gasturbine 32.

Bezugszeichenliste

[0037] <tb>10<sep>Brennstoffsystem (Stand der Technik) <tb>12<sep>Gasturbine <tb>14<sep>Brennstoffvorrat <tb>16<sep>Abscheider <tb>18<sep>Durchflussregelventil <tb>20<sep>Hochfahr-Wärmetauscher <tb>22<sep>Betriebs-Wärmetauscher <tb>24<sep>Unabhängige Wärmequelle <tb>30<sep>Brennstoffsystem <tb>32<sep>Gasturbine <tb>34<sep>Rohrleitungssystem <tb>36<sep>Brennstoffvorrat <tb>38<sep>Einrichtung zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats <tb>39<sep>Umgehungsventil <tb>40<sep>Abscheider <tb>42<sep>Wärmetauscher <tb>44<sep>Regelventil <tb>46<sep>Flüssigkeitsauslass <tb>48<sep>Gasauslass <tb>50<sep>geothermische Wärmequelle

Claims

1. System (30) zum Liefern von Brennstoff an eine Gasturbine (32), aufweisend: a. ein Rohrleitungssystem (34), wobei das Rohrleitungssystem (34) einen Brennstoffvorrat (36) bei einem Druck grösser als angenähert 34,5 bar (500 psi) enthält; b. eine Einrichtung (38) zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats, die stromabwärts von dem Rohrleitungssystem (34) angeschlossen ist, um den Druck des Brennstoffvorrats (36) auf weniger als angenähert 14 bar (200 psi) zu verringern; c. einen Abscheider (40), der stromabwärts von der Einrichtung (38) zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats angeschlossen ist, wobei der Abscheider (40) einen Gasauslass (48) und einen Flüssigkeitsauslass (46) enthält; und d. ein Regelventil (44), das an dem Gasauslass (48) angeschlossen ist, wobei das Regelventil (44) den Druck des Brennstoffvorrats (36) verringert, um einen überhitzten Brennstoff mit einem Druck von weniger als angenähert 3,45 bar (50 psi) zu erzeugen.

2. System (30) nach Anspruch 1, das ferner einen Wärmetauscher (42) enthält, der stromabwärts von der Einrichtung (38) zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats angeschlossen ist.

3. System (30) nach Anspruch 2, wobei der Wärmetauscher (42) eine geothermische Wärmequelle (50) beinhaltet.

4. System (30) nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Einrichtung (38) zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats ein Joule-Thomson-Ventil enthält.

5. System (30) nach einem der Ansprüche 1-4, wobei die Einrichtung (38) zum Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats eine variable Blende enthält.

6. System (30) nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Abscheider (40) einen Koaleszenzfilter enthält.

7. System (30) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Abscheider (40) einen Absorptionsturm mit einem Absorptionsöl enthält.

8. Verfahren zum Liefern von überhitztem Brennstoff an eine Gasturbine (32), mit den Schritten: a. Aufnehmen eines Brennstoffvorrats (36) mit einem Druck höher als angenähert 34,5 bar (500 psi); b. Verringern des Druckes des Brennstoffvorrats (36) auf weniger als angenähert 14 bar (200) psi, um einen feuchtgesättigten Brennstoff mit einem Gemisch aus gasförmigem Brennstoff und flüssigem Brennstoff zu erzeugen; c. Abscheiden des gasförmigen Brennstoffs von dem flüssigen Brennstoff; d. Verringern des Druckes des gasförmigen Brennstoffs auf weniger als etwa 3,45 bar (50 psi), um überhitzten Brennstoff zu erzeugen; und e. Einströmen des überhitzten Brennstoffs in die Gasturbine (32).

9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt der Erwärmung des gasförmigen Brennstoffs beinhaltet.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, das ferner den Schritt der Erwärmung des gasförmigen Brennstoffs mit einer geothermischen Wärmequelle (50) beinhaltet.