Gas Turbine Control-temop control.pdf

Gas Turbine Control Gas Turbine Control By mohammad  on 10 January, 2010 ­ 1:11 pm Hi, I am very glad to see the intellectuals here and their responses, sharing knowledge. I am working with frame 6(GE) machine, I am reading manuals since last days.. Please explain what main parameters are used in: " Temperature control(like main actual exhaust temp ,CPD???)" and "Speed Control(TNH, TNR CPD????)" as I am getting confused for differentiating between all these control. And please can you tell me is there any way to search particular topic in topic list, so that i can also see previous discussion on this topic. Thanks.....

By Peg

 on 10 January, 2010 ­ 6:46 pm

> And please can you tell me is there any way to search particular topic in topic list, so that i can also see previous discussion on this topic. < We have a search capability. To use it click the question mark (?) on the upper right side of the menu bar. You'll see a page with the following information: Some tips for better search results... 1. Precede each search term with a "+", as follows: * +Modbus +TCP Otherwise, any post with either term will match. 2. Use double quotes around phrases, as follows: * +"Allen Bradley" +ethernet Otherwise, posts containing these words in separate locations will match. 3. To exclude a word, precede it with a "­", as follows: * +Modbus ­Plus This will return only posts containing "Modbus" but NOT containing "Plus". 4. Note that common words (and, that, etc.) and words shorter than 2 characters are automatically excluded from searches. Enter your information in the search box and click search. Regards, Peg, one of your friendly moderators

By CSA

 on 11 January, 2010 ­ 12:26 am

THANKS, PEG!!! I think the new 'Search' box is kind of undersized and lost in it's new location. mohammad, I'm working on a response to your first post, but the darned Droop Speed Control question just will NOT go away. So patience, please. I think what you seem to be missing is that Speedtronic panels use a "minimum select" function to choose the lowest value of FSR to control the fuel flow­ rate. There are several FSR values that are being calculated at all times. FSRSU (Start­up FSR); FSRACC (Acceleration Control FSR); FSRN (Speed Control FSR); FSRT (Temperature Control FSR); FSRSD (Shutdown FSR). These all are inputs to the minimum select function, and "the least one wins". When the turbine is running and producing power, FSRSU and FSRSD are usually set to 100% to keep them up and out of the way. As a turbine is loaded from zero load, as FSRN increases to load the turbine, FSRT decreases. When FSRT is less than FSRN, then the unit will be on temperature control. There is another FSR value, FSRMIN, Minimum FSR, which is set be a miminum limit to try to prevent flameout. We don't know what operator interface you have for the Speedtronic turbine control panel you have (which we don't know, either). If you have a Mark V or a newer, or an HMI on your Mark IV, you should have a FSR display, which will show the various values all on the same display, which can be very informative. If you have a Mark IV without an HMI, you can still put all the FSR values on the Logic Forcing Display and see them all at once. If you have an older Speedtronic panel, well, you'll need several voltmeters. There has been a LOT written on this site about Speedtronic panels, so you should find most of what you're looking for (except LVDT feedback calibration procedures, and that probably ain't never gonna happen). But, the first rule of posting is that "Feedback is the most important contribution (c)" here at control.com. If you can take a few minutes to write a question, you can take a few minutes to let us know if the information was helpful or not. We encourage people to use the 'Search' function to see if their question has

been asked previously, and the feedback lets people know if the information was useful or not. As you will find when you use the 'Search' function. The second rule of posting is that to get as concise a response as possible, the more information you can provide the better the response will likely be. As much as GE­design heavy duty gas turbines are alike (the TURBINE), the auxiliaries and the packaging and the applications can be very, Very, VERY different. We can't know the particulars about your turbine, its auxiliaries, its packaging, and it's control system. It might be a Frame 5, but not all "Frame 5s" are the same! So, the more information you can provide, the better the response you're likely to get. So. give us a clue. And you'll likely be very pleased with the response you receive. And, don't forget to let us know if our responses were helpful. We get paid as much as you paid to post here: Nothing. So, it's nice to know if we've been helpful. Or not. And, please be patient. Again, this is a free "service".

By mohammad  on 12 January, 2010 ­ 12:01 pm Thanks a lot peg and CAS for your time. I am working with MARK IV as well as MARK VI, so i am aware of "minimum select function". Please tell me how SRV control loop depends on CPD. as in manual given " GT firing temperature can be determine as a function of exhaust temperature and pressure ratio. The latter is determined from the measured CPD." Plz elaborate.

By CSA

 on 12 January, 2010 ­ 9:11 pm

So many questions, and so little patience. While your desire to learn and understand is admirable, please remember this is a free forum and we usually meet or exceed most people's expectations. But, one thing we are not is an instantaneous troubleshooting and problem­solving reference.If you have an urgent need you probably need to get someone to site to help with resolving the problem. Your question exhaust temperature control is answered as follows: The internal temperature of hot combustion gases which are passing through the stationary first stage turbine nozzle and onto the rotating first stage turbine buckets is called the "firing temperature" and is not to be confused with "flame temperature" which is usually higher than the firing temperature. (Flame temperature is reduced by cooling and dilution air to "firing temperature".) If the firing temperature is too high, the nozzles and buckets will not last very long. If it's too low, the parts will last longer but the efficiency of the turbine will be less than it could be. There is an optimal firing temperature that represents high efficiency and reasonable hot gas path parts life. The problem is that there has been no economical means for measuring the firing temperature and there is actually no direct means on GE heavy duty gas turbines for measuring firing temperature. BUT, with decades of data and testing, it has been determined that there is a direct relationship between firing temperature and exhaust temperature and compressor discharge pressure. And that firing temperature can be very closely modeled or approximated using turbine exhaust temperature as a function of compressor discharge pressure. So, there is a formula that looks at compressor discharge pressure and exhaust temperature and sets a limit to try to approximate the maximum firing temperature, which represents Base Load, and which is the optimal internal temperature for producing power efficiently while maximizing hot gas path parts life. One of the really great things about Speedtronic heavy duty gas turbine control systems is that they were all generally built to implement the same control philosophy, albeit with new technology as each successive version was developed and released. If you know about the Mark IV, then you know that when the unit is being started the minimum value of FSR should be FSRSU and FSRACC. (Newer Speedtronic panels actually use FSRACC to control the rate of acceleration during start­up by using acceleration as a feedback; older panels just ramped FSRSU or FSRACC at a certain rate in the hopes that the actual acceleration would be the desired value without actually monitoring the acceleration rate). And you know that when the unit is being shutdown after the generator breaker opens and 14HS drops out, that the fuel control is done on FSRSD down to flame­out. During start­up once the unit reaches Full Speed­No Load (synchronous speed), fuel control is usually accomplished with Droop Speed Control. And when being operated in parallel with other prime movers and their generators on a grid, the load from breaker closure to Base Load (exhaust temperature control) is done with Droop Speed Control. As the unit is loaded, the compressor discharge pressure will increase relatively proportionally. When the compressor discharge pressure (CPD) reaches a particular value, as determined from the exhaust temperature reference algorithm/block, fuel control will switch from Droop Speed Control to CPD­biased exhaust temperature control (presuming everything is working correctly, *AND* that the unit is being operated properly). At that point, the Speedtronic will be trying to put as much fuel in the machine as possible to try to make the actual exhaust temperature equal to the exhaust temperature reference, which is a function of CPD (hence the name CPD­biased exhaust temperature control). This is usually called 'Base Load' and represent the maximum power output that can be obtained for the current operating conditions. [NOTE that Base Load is NOT rated load except under certain operating conditions.] The switching between FSRs should be smooth and undetectable (from a load standpoint) under normal operation. There are fields on displays on the Speedtronic operator interfaces to let the viewer know which FSR is in control. There can be more than one exhaust temperature control (exhaust temp control is also sometimes called exhaust temperature limit). The primary method is supposed to be based on CPD; and the back­up can be one of a couple of methods. The intent is for the unit to always operate on primary exhaust temperature control when being operated at Base Load. Exhaust temperature control can be expressed as a "curve" on a graph. These graphs represent the exhaust temperature control limits. (Note that in maths, a straight line is also a curve, one with a linear relationship.) In the graphs, the flat line at the top is referred to as the 'isothermal limit' and is the maximum allowable exhaust temperature reference. The exhaust temperature control "curves" are the negatively­sloped lines (lines sloped down and to the right are considered to have a negative slope) at the right side of the graphs. I like to use the terminology TTXM and TTRX on the left because when the unit is operating on exhaust temperature control the Speedtronic is trying to make the actual exhaust temperature (TTXM) equal to the exhaust temperature reference (TTRX). So, the two are basically the same, and you will see the two terms used interchangeably on lots of GE documentation.         |         |         |‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐            |                      \            |                       \            |                        \            |                         \      TTXM  |                          \   CPD‐biased  (TTRX) |                           \   Exhaust Temperature

        |                            \   Control         |                             \            |                              \            |                               \            |                                \            |                                 \            |                                  \            |                                   \            _____________________________________________                         CPD CPD‐biased exhaust temperature control is usually called "primary" exhaust temperature control, and it's signal name is usually TTRXP.         |         |         |‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         |                         *         |                          *         |                           *         |                            *   TTXM  |                             *  FSR‐biased  (TTRX) |                              *  Exhaust Temperature         |                               *  Control         |                                *         |                                 *         |                                  *         |                                   *         |                                    *         |                                     *         |                                      *         _____________________________________________                         FSR FSR‐biased exhaust temperature control is usually called "secondary" or "back‐up" exhaust temperature control, and it's signal name is usually TTRXS.         |         |         |‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐         |                      \  *         |                       \  *         |                        \  *         |                         \  *   TTXM  |                          \  *  (TTRX) |                           \  *         |                            \  *         |                             \  *         |                              \  *         |                               \  *         |                                \  *         |                                 \  *         |                                  \  *         |                                   \  *         _____________________________________________                         CPD                        (FSR)

Super­imposing the two exhaust temperature control limits on each other, FSR­biased exhaust temperature control is supposed to mirror and be just slightly "above" (to the right of) CPD­biased exhaust temperature control. One very important thing to note: The negatively­sloped exhaust temperature control lines represent constant firing temperature(s), which is not the same as the exhaust temperature. Operating at a constant firing temperature is called "Base Load". Firing temperature has been discussed many times on control.com as well as above. And because the back­up exhaust temperature control curve is supposed to be just slightly to the right side of the primary exhaust temperature control curve, that means the firing temperature of the back­up curve is a couple of degrees higher than that of the primary curve. In older days, it was kind of meant to be a back­up to CPD bias, when there was only one CPD pressure transducer, the idea being that if the single CPD transducer failed the unit could continue to run (in an emergency) on the back­up exhaust temperature control control which was based on FSR. But nowadays, most new machines have multiple CPD transducers and if they have DLN combustion systems, they can't run without a CPD signal. The turbine exhaust temperature reference (TTRX) is usually the lower of either TTRXP or TTRXS. As otised said, FSR bias could be used to approximate CPD bias, but the accuracy of that approximation depends on a lot of things, including LVDT feedback calibration (which isn't done very well at most sites; it's just "GE": Good Enough). A lot of sites find that they are actually running on FSR­biased exhaust temperature control, or back­up exhaust temperature control. That's usually because of a problem with the calculation of the Control Constants, or LVDT­ or flow divider feedback calibration, or some combination of the three. The only real way to tell how the two curves relate to each other is to plot them using the Control Constant values. (NOTE: They should not intersect, the CPD curve should be to the left of the back­up curve, and they should not be offset by very much.) The exhaust temperature control formula has been written many times in posts on control.com. The only thing that changes are the names of the Control Constants depending on the vintage of the Speedtronic turbine control panel. Also, the lines can have a changing slope, meaning that there can be more than on line for a "curve". (Multiple lines with varying slopes are used to approximate a curve.) TTRX = TTKn_I ­ (CPD ­ TTKN_C) * TTKn_M The above formula is of the form f(x)=mx+b, where the slope is negative, or f(x) = (­m * x) + b. Rearranging terms, f(x) = b ­ (m * x) where 'b' = TTKn_I, 'm' = TTKn_M, and 'x' = (CPD ­ TTKn_C) where CPD is compressor discharge pressure feedback. Most new GE­design heavy duty gas turbines with Constant Settable Droop use MW (Megawatt, or Load) Bias as the back­up to CPD bias. The MW back­up curve should be to the right of the CPD curve and offset from it slightly. And all the same calculation issues apply, but the improper fuel flow feedback calibration or bad LVDT feedback don't apply to the MW back­up curve.

Droop Speed Control and it's inputs and feedbacks was just recently covered on control.com. Finally, SRV control is not a function of CPD, and the citation you provided has nothing to do with SRV control

By pichet on 10 March, 2010 ­ 12:40 am Hi, CSA As you mention that mean i can increases or decreases gas turbine MW output by adjust TTKn_M right? And, Could you explain about the TTK0, TTK1, TTK2, TTK3, etc curve which one used for CPD control and which one used for FSR control. Best regards, pichet pichet.panya [at] thainatpwr.com

By CSA  on 10 March, 2010 ­ 11:15 am 0 out of 1 members thought this post was helpful... Changes to the exhaust temperature control Control Constants will affect the output at Base Load, but changing them to increase output will cause the internal temperatures (specifically the firing temperature, the temperature of the combustion gases leaving the first stage turbine nozzles) to increase, and that will decrease parts life. It should be noted that any manufacturer is going to maximize the firing temperature for the parts installed in the machine in order to maximize the amount of money charged for the machine. So, the exhaust temperature control constants installed in the machine are already set for the optimum parts life, which means the upper limit of safe and reliable parts life for the planned maintenance outage cycle. It's like a detergent manufacturer; they recommend putting 0.2 L of detergent in the washing machine. That's the maximum amount of detergent they can recommend, because they want to sell as much detergent as possible. It doesn't mean you should always use that much, or that you should use more for more effective cleaning. The amount they are recommending is already the maximum that can be reasonably be used without causing harm to the materials and the washing machine. Same with pesticides and fertilizers; using more than the recommended amount is usually harmful because the recommended amount is usually the safest maximum amount in order to maximize sales. So, changing exhaust temperature control constants may get you more power, but it's going to cost you in terms of parts life, and maybe even result in a catastrophic failure of combustion liners, transition pieces, turbine nozzles or turbine buckets while the unit is running. Which would be really costly in terms of parts and lost production. No one should ever be changing exhaust temperature Control Constants. Just because they can be changed (which is an oversight on my opinion, to allow field changes without password privilege) doesn't mean they should be changed. And changing one Control Constant of an array without understanding the knock­on effects that change can have on turbine operation can cause more operational problems. As for which control constants are for CPD control and which are for secondary bias, you need to consult the sequencing/application code for your unit. Some units have very simple exhaust temp curves, some have multi­segmented curves. The exhaust temp array can also be set up for Peak Load and for a second fuel, as well. So, there is no hard and fast standard as to which Control Constants are always used for what purpose; the CSP or application code for the unit at your site defines how the Control Constants are assigned and which ones are "active" when. The presentation of any of this material is not intended to be used for "tweaking" of turbine operation outside of the parameters specified in the Control Specifications. It's only intended as an explanation of how control schemes are accomplished. Use of this material to tweak turbine operation outside the parameters defined by the Control Specification is entirely done at the sole risk of the person implementing the change(s). Any damage or harm that may occur as the result of making changes to parameters specified in the Control Specification is entirely the responsibility of the person implementing the change(s). In other words: Don't try this at home. There; the legal aspect has been covered.

By aliya on 16 March, 2011 ­ 2:00 pm Hi all, Thanks for so well explanations. Sorry for asking, but still i am confused for the CPD biased and FSR biased curve. Please correct if i am wrong. What i understand is  As per CPD curve negative slope­ |         |         |‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐            |                      \            |                       \            |                        \            |                         \      TTXM  |                          \   CPD‐biased  (TTRX) |                           \   Exhaust Temperature         |                            \   Control         |                             \            |                              \            |                               \            |                                \            |                                 \            |                                  \            |                                   \            _____________________________________________

                        CPD

as per figure, As CPD increases, Firing temperature should come down. To maintain the constant temperature, fuel flow increases , and hence exhaust temperature should increase. But what i saw today, contradicting to this graph, when CPD was going high , CPD biased exhaust temperature reference was going up. and i saw by plotting graph by myself. Lot many confusions are , like if CPD increases then what happens?? Firing temperature increases?? Exhaust temperature increases?? Exhaust temperature reference increases?? FSR increases?? or just firing temperature set point increases?? Kindly tolerate my questions and give a flowing answer, so i can relate all these parameters with one string. Please.

By CSA  on 16 March, 2011 ­ 10:25 pm 0 out of 1 members thought this post was helpful... Questions are good; doubts are bad. The sloped portion of the graph represents constant firing temperature, which is not measured. Only exhaust temperature and CPD are measured. I don't know when you were measuring exhaust temperature (whether or not the unit was at Base Load or Part Load), but something is wrong. The formula in the post you took the graph from clearly says that as CPD increases the corresponding exhaust temperature will decrease for the same (constant) firing temperature (the sloped portion of the graph). The inverse relationship is ONLY true when the unit is operating with CPD­biased exhaust temperature control active. The control field on the operator interface main display must read "Temperature Control", and the Base Load indication must be "illuminated". The unit can't be on Pre­Selected Load Control or any other control means for the inverse relationship to be true. When operating on CPD­biased exhaust temperature control, as CPD increases the fuel flow will also increase­­slightly­­which means FSR will increase slightly. As CPD decreases, fuel flow will decrease­­slightly­­which means FSR will decrease slightly. And, for the same (constant) firing temperature the exhaust temperature will decrease as CPD increases and fuel flow and FSR increase. And exhaust temperature will increase as CPD decreases and fuel flow and FSR decrease. Because of the inverse relationship defined by the negative slope of the CPD­biased exhaust temperature control line (curve). It is counter­intuitive, but it is the way the turbine operates when, and only when, it is operating on CPD­biased exhaust temperature control (Base Load). CPD­biased exhaust temperature control is usually signal name TTRXP. And secondary, or back­up, biased exhaust temperature control is usually signal name TTRXS. Exhaust temperature control, TTRX, is the lesser of TTRXP and TTRXS. And when the unit is operating on CPD­biased exhaust temperature control then the Speedtronic will be trying to put as much fuel in the unit as it can for the running CPD to make the actual exhaust temperature, TTXM, equal to the exhaust temperature reference, TTRX. And if you plot CPD and FSR and TTRXP and TTXM and TTRX and fuel flow­rate when the the unit is operating on CPD­biased exhaust temperature control you will plot a negatively­sloped line for TTRX and TTXM as CPD increases. When the unit is **NOT** operating on CPD­biased exhaust temperature control, then as CPD increases exhaust temperature will increase, and as CPD decreases exhaust temperature will decrease.

By Febri  on 14 January, 2010 ­ 12:35 am I think SRV control is based on Pressure control to maintain enaough pressure of gas for combustion. CPD will impact to FSR control (FSRT). if we are using fuel gas, then FSR selected will apply on GCV not SRV. You can study more on logic diagram on Toolbox to find it.

By otised

 on 14 January, 2010 ­ 5:13 pm

Just for the record, the SRV (speed ratio valve) controls the interstage pressure between the SRV and the GCV as a function of HP turbine speed. (The pressure setpoint is a function of HP turbine speed.)

By sennaraya on 5 October, 2014 ­ 1:50 am 0 out of 1 members thought this post was helpful... GE heavy duty gas turbines firing temperature can be determined by the following formula.  TTRF=(CPD)^0.28×TTXM

By Ronald Anderson Senior Turbine Controls on 16 February, 2012 ­ 7:43 pm 1 out of 1 members thought this post was helpful... Hello Mohammed, I hope I can help you a little bit. I have about 27 years experience as a Senior Turbine Controls Engineer specializing on GE turbines. Temperature Control is a ceiling that prevents you from over firing the turbine, which is used to limit the main fuel control parameter called Fuel Stroke Reference (FSR), It has multiple overlapping control curves and is a constantly calculated value determined by external field parameters, sequencing, factory fixed and field modifiable control constants. It's components, but not all, are Compressor Discharge Pressure (CPD) and exhaust temperature median (TTXM)

which is exhaust temperature averaged and weighted. CPD is used as the main of many biases to the temperature control isothermal constant. This is a very critical (and complex at times)fuel limiting calculation that prevents damage or excessive parts degradation to the unit. TNH is the Turbine Speed on single shaft machines and the speed high pressure turbine vs. the low pressure turbine (TNL) on two shaft machines. TNR is the Turbine Speed Reference another calculated value for the speed or load setpoint that the controller wants the turbine to operate at. I have taught schools for GE and for others on GE Speedtronic Controllers of various models and am at an expert level on MKI (analog from the 1970's through the MKV series). No matter how old or new the platform, they are all trying to do the same thing. I work for advanced turbine controls now, but if I were you and just starting out, you would need the following books, GE Gas Turbine Dictionary of Terms, GE Mnemonic Nomeclature Index which defines things like FSROUT, TNH, TNR etc..which are used in code, and a write up on GE Control Philosophy contained in Vol.1 of most GE Customer Manuals, either hard copy or pdf. I'm on linked in if you want to contact me. I hope that this has been helpful to you. Your use of this site is subject to the terms and conditions set forth under Legal Notices and the Privacy Policy. Please read those terms and conditions carefully. Subject to the rights expressly reserved to others under Legal Notices, the content of this site and the compilation thereof is © 1999­2014 Nerds in Control, LLC. All rights reserved.