CH702740B1 - System und Verfahren zum Hochfahren eines Wärmerückgewinnungsdampfgenerators. - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein System, das wenigstens einen ersten Turbinenabschnitt (110) und einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (300) umfasst. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (300) enthält einen Überhitzer (160), eine erste Hauptdampfleitung (170) in Verbindung mit dem Überhitzer (160) und dem ersten Turbinenabschnitt (110) und eine erste Vorwärmungsleitung (310), die stromabwärts von der ersten Hauptdampfleitung (170) dergestalt angeordnet ist, dass die erste Hauptdampfleitung (170) über einen Dampfstrom aus dem Überhitzer (160) ohne Eintritt in den ersten Turbinenabschnitt (110) vorwärmbar ist.
Description
Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Kombinationszykluskraftwerk und insbesondere Systeme und Verfahren zum Vorwärmen des Rohrsystems eines Wärmerückgewinnungsdampfgenerators, um somit eine Belastungsminderung sowie Verbesserungen in der Hochfahrzeit des Gesamtkraftwerkes zu erbringen.
Hintergrund der Erfindung
[0002] Allgemein beschrieben nutzt ein Kombinationszykluskraftwerk eine Kombination aus einer Gasturbine und einer Dampfturbine zum Erzeugen elektrischer Energie. Insbesondere kann ein Gasturbinenzyklus funktionell mit einem Dampfturbinenzyklus über einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (Heat Recovery Steam Generator; «HRSG») und dergleichen kombiniert sein.
[0003] Da der Dampfturbinenzyklus von dem Abgas der Gasturbine betrieben wird, ist der HRSG notwendigerweise nicht vollständig betriebsfähig, bis der Gasturbinenzyklus den Dampfturbinenzyklus auf eine geeignete Temperatur gebracht hat. Beispielsweise nimmt beim Hochfahren, während die Befeuerungstemperatur der Gasturbine zunimmt, auch die Temperatur des Abgases allmählich zu. Obwohl die heissen Abgase aus der Gasturbine durch den HRSG strömen, kann eine erhebliche Zeitdauer verstreichen, bevor ein anfänglich kalter HRSG in der Lage ist, Dampf mit ausreichendem Druck und ausreichender Temperatur zu liefern. In herkömmlichen Systemen muss daher die Gasturbine bei relativ niedrigen Lasten gehalten werden, bis die Temperatur des HRSG auf einen Wert ansteigt, bei dem der HRSG einen Dampf mit gewünschtem Druck und gewünschter Temperatur erzeugen kann.
[0004] Der in dem HRSG erzeugte überhitzte Dampf kann sich mehrere hundert Meter oder weiter weg von der Dampfturbine befinden. Das den HRSG und die Dampfturbine verbindende Rohrsystem kann einige hundert Grad kühler als der erzeugte Dampf sein. Wenn überhitzter Dampf durch Rohre strömt, die in Bezug auf den Dampf kühlere Metalltemperaturen aufweisen, kann dieses eine Temperaturverringerung des Dampfes bei der Einspeisung in die Dampfturbine bewirken. Dieser Temperaturabfall kann zu einer Gerätelebensdauerverkürzung oder Verzögerungen bei der Freigabe eines Dampfeintrittes in die Turbine aufgrund einer unzureichenden Zeit für die Aufwärmung der Rohre führen. Ebenso können, wenn der Dampfeintritt verzögert wird, um ein allmähliches Erwärmen der Rohre zu ermöglichen, erhöhte Betriebskosten entstehen, da der erzeugte Dampf, statt zur Erzeugung von Arbeit genutzt zu werden, an den Kondensator oder anderweitig umgeleitet wird.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes System aus wenigstens einem Turbinenabschnitt einer Gasturbine und einem Wärmerückgewinnungsdampfgenerator sowie verbesserte Hochfahr- und Erwärmungsprozeduren für den Wärmerückgewinnungsdampfgenerator anzugeben. Bevorzugt sollten derartige verbesserte Systeme und Prozeduren die Belastung in dem Rohrsystem des Wärmerückgewinnungsdampfgenerators vermindern, während gleichzeitig verbesserte Hochfahrzeiten bereitgestellt werden.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0006] Die vorliegende Erfindung betrifft somit ein System, das wenigstens einen Turbinenabschnitt einer Gasturbine und einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator umfasst. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator enthält einen Überhitzer, eine erste Hauptdampfleitung in Verbindung mit dem Überhitzer und dem ersten Turbinenabschnitt und eine erste Vorwärmungsleitung, die stromabwärts von der ersten Hauptleitung dergestalt angeordnet ist, dass die erste Hauptdampfleitung über einen Dampfstrom aus dem Überhitzer ohne Eintritt in den ersten Turbinenabschnitt vorwärmbar ist.
[0007] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Hochfahren eines Wärmerückgewinnungsdampfgenerators. Das Verfahren beinhaltet die Schritte der Erzeugung eines Dampfstroms in einem Überhitzer, die Führung des Dampfstroms durch eine erste Hauptdampfleitung, die Umleitung des Dampfstroms durch eine erste Vorwärmungsleitung, bis der Dampfstrom eine vorbestimmte Temperatur erreicht, und die Führung des Dampfstroms zu einem ersten Turbinenabschnitt, sobald die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.
[0008] Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das System ferner einen zweiten Turbinenabschnitt, einen Zwischenüberhitzer stromabwärts von dem ersten Turbinenabschnitt, eine zweite Hauptdampfleitung in Verbindung mit dem Zwischenüberhitzer und dem zweiten Turbinenabschnitt und eine zweite Vorwärmungsleitung auf, die stromabwärts von der zweiten Hauptdampfleitung dergestalt angeordnet ist, dass der Dampfstrom aus dem Zwischen-überhitzer die zweite Hauptdampfleitung ohne Eintritt in den zweiten Turbinenabschnitt vorwärmt.
[0009] Diese und weitere Merkmale und Verbesserungen der vorliegenden Anmeldung werden für den Fachmann auf diesem Gebiet bei Betrachtung der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den verschiedenen Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0010]
<tb>Fig. 1<SEP>ist eine schematische Ansicht eines bekannten Wärmerückgewinnungsdampfgeneratorsystems.
<tb>Fig. 2<SEP>ist eine schematische Ansicht eines hierin beschrieben Wärmerückgewinnungsdampfgeneratorsystems.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0011] Gemäss den Zeichnungen, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente durchgängig durch die verschiedenen Ansichten bezeichnen, stellt Fig. 1 ein herkömmliches Wärmerückgewinnungsdampfgenerator(«HRSG»)-System 100 bereit. Ein Dampfstrom kann im Kreis durch eine Reihe von eine Hochdruckstufe 110, eine Zwischendruckstufe 120 und eine Niederdruckstufe 130 enthaltenden Turbinenstufen geführt werden. Ein Kondensator 140 kann mit der Niederdruckstufe 130 und indirekt mit der Hochdruckstufe 120 über eine Umgehungsleitung oder anderweitig verbunden sein. Der Kondensator 140 sammelt Dampf, Wasser oder Gemische davon, die in den verschiedenen Stufen 110, 120, 130 verwendet werden.
[0012] Ein Strom des überhitzten Dampfes kann durch einen Hochdrucküberhitzer 160 bereitgestellt werden. Der Hochdrucküberhitzer 160 kann durch Abgas aus der Gasturbine oder anderweitig erwärmt werden. Der Hochdrucküberhitzer 160 führt den überhitzten Dampfstrom der Hochdruckstufe 110 über eine Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 zu. Ein Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Absperrventil 180 kann zwischen dem Hochdrucküberhitzer 160 und der Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 angeordnet sein, um den Dampfstrom dadurch zu steuern. Ebenso kann ein Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 190 zwischen einer Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 und der Hochdruckstufe 110 angeordnet sein, um den Druck und den Dampfstrom dadurch zu steuern.
[0013] Nachdem der Dampfstrom die Hochdruckstufe 110 betreibt, kann der Dampfstrom über eine kalte Zwischenerhitzerleitung 210 zu einem Zwischenerhitzer 200 geleitet werden. Ein Ventil 220 der kalten Zwischenüberhitzerleitung kann darin angeordnet sein. Eine Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsleitung 230 kann ebenfalls stromabwärts von dem Hochdrucküberhitzer 160 und in Verbindung mit der kalten Überhitzerleitung 210 angeordnet sein. Ein Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsleitungsventil 240 kann darin angeordnet sein.
[0014] Die Ausgabe der kalten Zwischenüberhitzerleitung 210 und/oder der Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsleitung 230 kann dann in dem Zwischenüberhitzer 200 erwärmt werden. Der Zwischenüberhitzer 200 kann ebenfalls durch Abgas aus der Gasturbine oder anderweitig erwärmt werden. Der Dampfstrom aus dem Zwischenüberhitzer 200 kann zu der Zwischendruckstufe 120 über eine Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung 250 geführt werden. Der Strom zwischen dem Zwischenüberhitzer 200 und der Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung 250 kann durch ein warmes Zwischenüberhitzer-Absperrventil 260 gesteuert werden. Ebenso kann der Strom und Druck zwischen der Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung 250 und der Zwischendruckstufe 120 durch ein Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 270 gesteuert werden. Eine heisse Zwischenüberhitzer-Umgehungsleitung 280 kann ebenfalls stromabwärts von dem Zwischenüberhitzer 200 und in Verbindung mit dem Kondensator 140 angeordnet sein. Ein heisses Zwischenüberhitzer-Umgehungsleitungsventil 290 kann darin angeordnet sein. Obwohl nur eine von jeder der vorstehend angegebenen Komponenten dargestellt ist, kann eine beliebige Anzahl ähnlicher Komponenten in dem gesamten HRSG-System 100 verwendet werden.
[0015] Da der Dampfturbinenzyklus mechanische Energie aus dem Dampfstrom gewinnt, können die Dampfturbinenzykluskomponenten und zugeordneten Dampfleitungen bei extrem hohen Temperaturen arbeiten. Diese Komponenten und Dampfleitungen können jedoch aus einem gewünschten Arbeitsbereich herausfallen. Beispielsweise kann sich das HRSG-System 100 nach einer längeren Nicht-Betriebszeit in einem «kalten» thermischen Zustand befinden. Wenn das HRSG-System 100 einfach im kalten Zustand eingeschaltet wird, kann die plötzliche Wärmeausdehnung eine physische Belastung auf die Komponenten und Dampfleitungen ausüben, welche zu einer verringerten Nutzlebensdauer und/oder Beschädigung führen kann.
[0016] Fig. 2 stellt eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemässen, hierin beschriebenen Systems dar, das ein Wärmerückgewinnungsdampfgenerator(«HRSG»)-System 300 umfasst. Das HRSG-System 300 kann grösstenteils mit dem HRSG-System 100 identisch sein. Das HRSG-System 300 kann auch eine Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitung 310 enthalten. Die Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitung 310 kann stromabwärts von der Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 und unmittelbar stromaufwärts vor dem Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 190 angeordnet sein. Die Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitung 310 kann sich zu der Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsleitung 230 erstrecken. Ein Hochdruckstufen-Vorwärmungsventil 320 kann ebenfalls darin angeordnet sein. Die Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitung 310 kann so nahe wie möglich an dem Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 190 angeordnet sein, um so sicherzustellen, dass so viel wie möglich von der Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 erwärmt werden kann.
[0017] Ebenso kann sich eine Zwischendruckstufen-Vorwärmungsleitung 330 von unmittelbar stromaufwärts von dem Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 270 zu der heissen Zwischenüberhitzer-Umgehungsleitung 280 etwa an den Kondensator 140 erstrecken. Ein Zwischendruckstufen-Vorwärmungsleitungsventil 340 kann darin angeordnet sein.
[0018] Im Einsatz kann der Dampfstrom aus dem Hochdrucküberhitzer 160 und dem Zwischenüberhitzer 200 zum Erwärmen der Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 und der Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung 250 statt einer direkten oder indirekten Einleitung in den Kondensator 140 über die Umgehungsleitungen 280 oder anderweitig ohne Durchführung einer Nutzarbeit verwendet werden. Insbesondere können das Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Absperrventil 180 und das Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitungsventil 320 geöffnet werden, während das Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 190 und das Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsventil 240 geschlossen werden können, um die Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 zu erwärmen.
[0019] Ebenso können das heisse Zwischenüberhitzer-Absperrventil 260 und das Zwischendruckstufen-Vorwärmungsleitungsventil 340 geöffnet werden, während das Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil 270 und das heisse Zwischenüberhitzer-Umgehungsventil 290 geschlossen werden können, um die Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung 250 zu erwärmen. Diese Vorwärmung erwärmt die Hauptdampfleitungen 170, 250 und stellt, sobald der Vorwärmzyklus abgeschlossen ist, sicher, dass der in die Stufen 110, 120 eintretende Dampfstrom angenähert auf der richtigen Temperatur liegt. Sobald der Dampfstrom eine derartige Temperatur für eine geeignete Zeitdauer einhält, kann die Vorheizsequenz enden und der Dampf kann durch die Stufen und anderweitig in normaler Weise strömen.
[0020] Im Falle der Verwendung mehrerer Überhitzer oder Auslässe kann ein Öffnen des Hochdruckstufen-Vorwärmungsleitungsventils 320 und des Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Absperrventils 180 zugelassen werden, sobald das Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsventil 240 einen vorbestimmten Hub erreicht, um sicherzustellen, dass Dampf für Vorwärmungszwecke zur Verfügung steht. Die restlichen Vorwärmungsleitungsventile 340 und die Absperrventile 260 können öffnen, sobald der Auslassdruck des Hochdrucküberhitzers 160 höher als der Druck in der Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung 170 ist, um einen positiven Durchstrom sicherzustellen. Dieses stellt eine Betriebsflexibilität für die Vorwärmung unter Berücksichtigung der bei unterschiedlichen Belastungen arbeitenden Gasturbine bereit.
[0021] Das hierin beschriebene HRSG-System 300 erwärmt somit die Hauptstromleitungen 170, 250 ohne zusätzliche Energiekosten. Dieser Durchstrom kann auch in Bezug auf den Zwischenerhitzer 200 und anderweitig genutzt werden. Das Vorwärmungskonzept kann auch auf den Niederdruckabschnitt 130 und anderweitig angewendet werden.
[0022] Die vorliegende Anmeldung betrifft ein System, das wenigstens einen ersten Turbinenabschnitt 110 und einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 300 umfasst. Der Wärmerückgewinnungsdampfgenerator 300 enthält einen Überhitzer 160, eine erste Hauptdampfleitung 170 in Verbindung mit dem Überhitzer 160 und dem ersten Turbinenabschnitt 110 und eine erste Vorwärmungsleitung 310, die stromabwärts von der ersten Hauptdampfleitung 170 dergestalt angeordnet ist, dass die erste Hauptdampfleitung 170 über einen Dampfstrom aus dem Überhitzer 160 ohne Eintritt in den ersten Turbinenabschnitt 110 vorwärmbar ist.
Bezugszeichenliste
[0023]
<tb>100<SEP>Wärmerückgewinnungsdampfgenerator
<tb>110<SEP>Hochdruckstufe
<tb>120<SEP>Zwischendruckstufe
<tb>130<SEP>Niederdruckstufe
<tb>140<SEP>Kondensator
<tb>160<SEP>Hochdrucküberhitzer
<tb>170<SEP>Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung
<tb>180<SEP>Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungsventil
<tb>190<SEP>Hochdruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil
<tb>200<SEP>Zwischenerhitzer
<tb>210<SEP>kalte Zwischenerhitzerleitung
<tb>220<SEP>kaltes Zwischenerhitzer-Leitungsventil
<tb>230<SEP>Hochdruckkaskade-Umgehungsleitung
<tb>240<SEP>Hochdruckkaskade-Umgehungsleitungsventil
<tb>250<SEP>Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung
<tb>260<SEP>heisses Zwischenerhitzer-Absperrventil
<tb>270<SEP>Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitungs-Steuerventil
<tb>280<SEP>heisses Zwischenerhitzer-Umgehungsventil
<tb>290<SEP>heisses Zwischenerhitzer-Umgehungsleitungsventil
<tb>300<SEP>Wärmerückgewinnungsdampfgenerator
<tb>310<SEP>Hochdruckabschnitt-Vorwärmungsleitung
<tb>320<SEP>Hochdruckabschnitt-Vorwärmungsleitungsventil
<tb>330<SEP>Zwischendruckabschnitt-Vorwärmungsleitung
<tb>340<SEP>Zwischendruckabschnitt-Vorwärmungsleitungsventil
Claims (12)
1. System, umfassend:
wenigstens einen ersten Turbinenabschnitt einer Dampfturbine, und
einen Wärmerückgewinnungsdampfgenerator (300), aufweisend:
– einen Überhitzer (160);
– eine erste Hauptdampfleitung (170) in Verbindung mit dem Überhitzer (160) und dem ersten Turbinenabschnitt (110); und
– eine erste Vorwärmungsleitung (310), die stromabwärts von der ersten Hauptdampfleitung (170) dergestalt angeordnet ist, dass die erste Hauptdampfleitung (170) über einen Dampfstrom aus dem Überhitzer (160) ohne Eintritt in den ersten Turbinenabschnitt (110) vorwärmbar ist.
2. System nach Anspruch 1, wobei der erste Turbinenabschnitt (110) eine Hochdruckstufe (110) aufweist und wobei die erste Hauptdampfleitung (170) eine Hochdruckstufen-Hauptdampfleitung (170) aufweist.
3. System nach Anspruch 1, das ferner eine erste Umgehungsleitung (230) stromaufwärts von der ersten Hauptdampfleitung (170) und in Verbindung mit der ersten Vorwärmungsleitung (310) aufweist.
4. System nach Anspruch 3, wobei die erste Umgehungsleitung (230) eine Hochdruckstufenkaskade-Umgehungsleitung (230) aufweist.
5. System nach Anspruch 3, wobei die erste Umgehungsleitung (230) ein erstes Umgehungsleitungsventil (240) darin aufweist.
6. System nach Anspruch 1, wobei das System ein Absperrventil am stromaufwärtigen Ende der ersten Hauptdampfleitung und ein Steuerventil (190) am stromabwärtigen Ende der ersten Hauptdampfleitung aufweist.
7. System nach Anspruch 1, das ferner einen Zwischenerhitzer (200), eine zweite Hauptdampfleitung (250) und einen zweiten Turbinenabschnitt (120) stromabwärts von dem ersten Turbinenabschnitt (110) aufweist.
8. System nach Anspruch 7, das ferner eine zweite Vorwärmungsleitung (330) aufweist, die stromabwärts von der zweiten Hauptdampfleitung (350) dergestalt angeordnet ist, dass die zweite Hauptdampfleitung (250) über einen Dampfstrom aus dem Zwischenerhitzer (200) ohne Eintritt in den zweiten Turbinenabschnitt (120) vorwärmbar ist.
9. System nach Anspruch 8, wobei der zweite Turbinenabschnitt (120) eine Zwischendruckstufe(120) aufweist und wobei die zweite Hauptdampfleitung (250) eine Zwischendruckstufen-Hauptdampfleitung (250) aufweist.
10. System nach Anspruch 8, das ferner eine zweite Umgehungsleitung (280) stromaufwärts von der zweiten Hauptdampfleitung (250) und in Verbindung mit der zweiten Vorwärmungsleitung (330) aufweist.
11. Verfahren zum Hochfahren eines Wärmerückgewinnungsdampfgenerators (300) in einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Erzeugen eines Dampfstroms in einem Überhitzer (160);
Leiten des Dampfstroms durch eine erste Hauptdampfleitung (170);
Umleiten des Dampfstroms durch eine erste Vorwärmungsleitung (310), bis der Dampfstrom eine vorbestimmte Temperatur erreicht; und
Leiten des Dampfstroms zu einem ersten Turbinenabschnitt (110), sobald die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, ferner mit den Schritten:
Zwischenerhitzen des Dampfstroms in einem Zwischenerhitzer (200);
Leiten des Dampfstroms durch eine zweite Hauptdampfleitung (250);
Umleiten des Dampfstroms durch eine zweite Vorwärmungsleitung (330), bis der Dampfstrom die vorbestimmte Temperatur erreicht; und
Leiten des Dampfstroms zu einem zweiten Turbinenabschnitt (120), sobald die vorbestimmte Temperatur erreicht ist.
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