Regelungskonzept für eine schadstoffarme Gasturbinenbrennkammer

Den Gasturbinen wurde wegen ihres wachsenden Marktanteils in den letzten Jahren besondere Aufmerksamkeit geschenkt. Neben der Verbesserung des Wirkungsgrades wurden Entwicklungen zur Minimierung der Schadstoffemissionen vorangetrieben. Das Minderungspotential ist bei der Verwendung von Brenngasen der öffentlichen Gasversorgung besonders hoch. Während bei konventionellen Brennkammern eine Regelung der Verbrennung nicht notwendig ist, sind zur vollen Ausnutzung des Schadstoffreduktionspotentials und für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Gasturbine neue Regelungskonzepte erforderlich. In dieser Arbeit wird ein Regelungskonzept für eine extrem schadstoffarme Gasturbinenbrennkammer für den Betrieb mit Erdgas vorgestellt. Die Regelung ist als Temperaturregelung konzipiert und den speziellen Anforderungen des Gasturbinenbetriebs angepaßt. Dabei wird die meßtechnisch schwer erfaßbare Flammentemperatur aus der gemessenen Luftzahl (λ-Wert) unter Annahme eines adiabaten Verbrennungsablaufs mittels der Wärmebilanz berechnet. Als Grundlage für den Entwurf des Regelungssystems wird für den Brenner und die angrenzenden Prozesse ein Modell erstellt. Das Regelungskonzept basiert auf drei wesentlichen Komponenten: Erstens wird die Zufuhr von Verbrennungsluft schnell, aber ungenau vorgesteuert und unterlagert nachgeregelt. Zweitens wird die Genauigkeit durch eine langsame überlagerte Temperaturregelung verbessert. Drittens wird die Genauigkeit durch eine Adaption weiter gesteigert. Die Effizienz des Regelungskonzeptes wird anhand von Simulationen sowie anhand von Versuchen an einem Brennerprototyp demonstriert