DE102010009130A1 - Steam power plant comprising a tuning turbine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk (1) mit einer Speisepumpen-Antriebsturbine (18), die ausgangsseitig zusätzlich mit einem Hauptkondensator (15) verbunden ist.The invention relates to a steam power plant (1) with a feed pump drive turbine (18) which is additionally connected on the output side to a main condenser (15).
Description
Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk umfassend einen Hauptturbosatz, einen Kondensator, eine Speisewasserpumpe, eine Tuning-Turbine zum Antreiben der Speisewasserpumpe, wobei die Tuning-Turbine als Dampfturbine ausgebildet ist, wobei ein Dampfauslaß mit einer Dampfzuführung aus dem Turbosatz strömungstechnisch verbunden ist.The invention relates to a steam power plant comprising a main turbine, a condenser, a feedwater pump, a tuning turbine for driving the feedwater pump, wherein the tuning turbine is designed as a steam turbine, wherein a steam outlet is fluidically connected to a steam supply from the turbo set.
In Dampfkraftwerken bzw. in Kraftwerksprozessen wird Speisewasser verwendet, um in einem Dampferzeuger zu komprimierten und hoch temperierten Dampf umzuwandeln, der anschließend in einem Dampf-Hauptturbosatz thermisch umgewandelt wird. Das Speisewasser wird mit Hilfe von sogenannten Kesselspeisepumpen gegen den Widerstand des Frischdampf-Druckes in den Kessel bzw. Dampferzeuger gepumpt. Häufig werden diese Kesselspeisepumpen durch Dampfturbinen angetrieben und als Speisepumpen-Antriebsturbine (SPAT) bezeichnet. Bei der Auslegung dieser Pumpen-Antriebssysteme muss berücksichtigt werden, dass die Kesselspeisepumpe in Extremfällen einen 20% bis 30% erhöhten Leistungsbedarf benötigt (Bypass-Betrieb des Hauptturbosatzes). Dieser erhöhte Leistungsbedarf muss durch die Speisepumpen-Antriebsturbine bereitgestellt werden. Dazu wird bei der Konstruktion bzw. Schaltung der Speisepumpen-Antriebsturbine eine entsprechende Reserve berücksichtigt und vorgehalten.In steam power plants or in power plant processes feedwater is used to convert in a steam generator to compressed and high-temperature steam, which is then thermally converted in a main steam turbine set. The feed water is pumped by means of so-called boiler feed pumps against the resistance of the live steam pressure in the boiler or steam generator. Often, these boiler feed pumps are powered by steam turbines and referred to as feed pump power turbine (SPAT). When designing these pump drive systems, it must be taken into account that in extreme cases the boiler feed pump requires a 20% to 30% increase in power consumption (bypass operation of the main turbo set). This increased power requirement must be provided by the feed pump power turbine. For this purpose, a corresponding reserve is taken into account and kept in reserve during the construction or switching of the feed pump drive turbine.
In herkömmlichen oder typischen Kraftwerksprozessen mit einer einfachen oder doppelten Zwischenüberhitzereinheit wird die Speisepumpen-Antriebsturbine aus einer Anzapfung der Hauptdampfturbine gespeist (bei einem Druckniveau zwischen 10 und 15 bar) und anschließend auf ein Kondensatorniveau expandiert. Die Speisepumpen-Antriebsturbine kann hierbei einen eigenen Kondensator haben oder der Abdampf der Speisepumpen-Antriebsturbine wird auf den Kondensator der Hauptdampfturbine geleitet. Im Falle einer erhöhten Leistungsanforderung wird die Speisepumpen-Antriebsturbine zusätzlich aus einer Anzapfung gespeist, die einen höheren Druck aufweist (typischerweise aus der kalten Zwischenüberhitzung).In conventional or typical power plant processes with a single or double reheater unit, the feed pump power turbine is fed from a tap of the main steam turbine (at a pressure level between 10 and 15 bar) and then expanded to a condenser level. The feed pump drive turbine can in this case have its own capacitor or the exhaust steam of the feed pump drive turbine is passed to the condenser of the main steam turbine. In the case of an increased power requirement, the feed pump drive turbine is additionally fed from a tap having a higher pressure (typically from cold reheat).
Problematisch ist, wenn die Speisepumpen-Antriebsturbine als sogenannte Tuning-Turbine mit einer Speisung aus einer obersten Anzapfung der Hauptdampfturbine und Abdampf auf einen Regenerativ-Vorwärmer ausgeführt ist. Denn in diesem Fall ist eine Steigerungt der Leistung durch ein Umschalten auf eine im Druck höhere Anzapfung nicht möglich. Eine mögliche technische Lösung zur Sicherstellung der Leistungsreserve ist eine ausreichende Vordrosselung der Speisepumpen-Antriebsturbine im Nennbetrieb. Solch eine Androsselung ist aber vom Standpunkt des Wirkungsgrades her im Dauerbetrieb ein Nachteil.The problem is when the feed pump drive turbine is designed as a so-called tuning turbine with a feed from a top tap of the main steam turbine and exhaust steam on a regenerative preheater. Because in this case, an increase in performance by switching to a higher pressure in the tap is not possible. One possible technical solution for ensuring the power reserve is a sufficient pre-throttling of the feed pump drive turbine in nominal operation. However, such throttling is a drawback from the standpoint of efficiency in continuous operation.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Speisepumpen-Antriebsturbine besser auszulasten.The object of the invention is to better utilize a feed pump drive turbine.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Betreiben einer Tuning-Turbine in einem Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 4.This object is achieved by a steam power plant according to
Eine erhöhte Leistungsanforderung an die Speisepumpen-Antriebsturbine erfolgt in dem Falle, dass Drosselorgane vor der Speisepumpen-Antriebsturbine bereits komplett bzw. voll geöffnet sind, durch Umschalten des Abdampfes auf den Hauptkondensator. Dabei muss wiederum ein Drosselorgan zwischen der Speisepumpen-Antriebsturbinen-Abdampf und Kondensator den Gegendruck so einstellen, dass entweder dieses Drosselorgan die Leistungs- bzw. Drehzahlregelung übernimmt oder der Druck am Speisepumpen-Antriebsturbinen-Abdampf so abgesenkt wird, dass zum einen die Beschaufelung der Speisepumpen-Antriebsturbine nicht überlastet wird und zum anderen die Drosselorgane vor der Speisepumpen-Antriebsturbine wieder eine Regelreserve aufweisen. Dadurch ist es möglich, für die Speisepumpen-Antriebsturbine ein erhöhtes Enthalpiegefälle bereitzustellen, so dass eine höhere Leistung erreicht werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Abdampfdruck abgesenkt wird. Im Stand der Technik wird dies durch eine Anhebung des Zudampfdruckes erreicht, welcher bei der vorgesehenen Anwendung aufgrund der vorteilhaften Verschaltung der Speisepumpen-Antriebsturbine auf die oberen Anzapfungen des Hauptturbosatzes nicht mehr möglich ist.An increased power requirement to the feed pump drive turbine takes place in the event that throttle bodies before the feed pump drive turbine are already fully open by switching the exhaust steam to the main condenser. Again, a throttle body between the feed pump drive turbine exhaust steam and condenser must set the back pressure so that either this throttle body takes over the power or speed control or the pressure at the feed pump drive turbine exhaust steam is lowered so that on the one hand the blading of the feed pumps Drive turbine is not overloaded and on the other hand, the throttle bodies in front of the feed pump drive turbine again have a control reserve. This makes it possible to provide an increased enthalpy gradient for the feed pump drive turbine so that higher power can be achieved. This is inventively achieved in that the Abdampfdruck is lowered. In the prior art, this is achieved by increasing the Zudampfdruckes, which is no longer possible in the intended application due to the advantageous interconnection of the feed pump drive turbine to the upper taps of the main turbine set.
In einer alternativen Ausführungsform kann anstelle des Hauptkondensators eine Umschaltung auch auf einen (hinsichtlich des Druckes) tiefer liegenden Vorwärmer erfolgen.In an alternative embodiment, instead of the main capacitor, a changeover can also be made to a preheater (lower in terms of pressure).
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Abdampf der Speisepumpen-Antriebsturbine in einen Leitungsabschnitt oder einem Turbinengehäuse der Hauptdampfturbine eingeleitet werden. In diesem Falle sind regelungstechnische Maßnahmen zu treffen, die im Falle eines Schnellschlusses der Hauptdampfturbine ein sicheres Abfahren gewährleisten, z. B. durch doppelte Absperrungen, leittechnische Ausführung entsprechend der sicherheitstechnischen Bedeutung.In a further alternative embodiment, the exhaust steam of the feed pump drive turbine can be introduced into a line section or a turbine housing of the main steam turbine. In this case, control measures must be taken to ensure a safe shutdown in case of a quick closing of the main steam turbine, z. B. by double barriers, instrumentation execution according to the safety significance.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Vorwärmer bzw. die Einspeisestelle als Funktion der Speisepumpen-Leistungsanforderung gezielt ausgewählt. Dies könnte auch als „Wanderabdampf” bezeichnet werden.In a further advantageous embodiment, the preheater or the feed point is selected specifically as a function of the feed pump power requirement. This could also be called "Wanderabdampf".
In einer Ausgestaltung der Erfindung wird die Tuning-Turbine bzw. Speisepumpen-Antriebsturbine mit Anzapfungen ausgeführt, welche zur regenerativen Speisewasservorwärmung der Dampfkraftanlage dienen. Dadurch wird eine angepasste Temperatur des Anzapfdampfes erreicht und ein Exergieverlust für die Speisewasservorwärmung vermieden, was sich vorteilhaft auf den Gesamtwirkungsgrad der Gesamtanlage auswirkt. In one embodiment of the invention, the tuning turbine or feed pump drive turbine is designed with taps, which serve for regenerative feedwater preheating the steam power plant. As a result, an adapted temperature of the bleed steam is achieved and an exergy loss for the feedwater pre-heating avoided, which has an advantageous effect on the overall efficiency of the entire system.
Ein wesentlicher Vorteil ist, dass die neue Lösung eine Wirkungsgrad optimierte Schaltung für den Nennbetrieb anbietet, bei dem die Tuning-Turbine bzw. Speisepumpen-Antriebsturbine ohne eine wesentliche Drosselung betrieben werden kann (dadurch hoher Wirkungsgrad im lang andauernden Nennbetrieb bzw. im oberen Teillastbetrieb). Dieser Vorteil stellt zudem eine Wahrung der sicheren Betreibbarkeit des Hauptturbosatzes und der Tuning-Turbine bzw. Speisepumpen-Antriebsturbine bei Sonderlastfällen wie Bypassbetrieb der Hauptdampfturbine dar.A significant advantage is that the new solution offers an optimized efficiency circuit for nominal operation, in which the tuning turbine or feed pump drive turbine can be operated without significant throttling (thereby high efficiency in long-term rated operation or in the upper part-load operation) , This advantage also ensures the safe operation of the main turbine set and the tuning turbine or feed pump drive turbine in special load cases such as bypass operation of the main steam turbine.
In einem sogenannten letzteren Betriebspunkt wird aufgrund der Umschaltung eine Mehrleistung erreicht, die allerdings mit einem geringeren Wirkungsgrad verbunden ist, was aufgrund der kurzen Betriebsdauer im Bypassbetrieb durchaus akzeptiert werden kann.In a so-called latter operating point, an extra power is achieved due to the switching, which is however associated with a lower efficiency, which can be quite accepted due to the short operating time in bypass mode.
Um einen sicheren und zuverlässigen Betrieb der Tuning-Turbine bzw. Speisepumpen-Antriebsturbine auch bei unterschiedlichen Anforderungen des Hauptturbosatzes zu ermöglichen, ist eine parallele Stützung einzelner oder mehrerer Vorwärmer inklusive des Speisewasserbehälters, welche durch Anzapfungen bzw. Abdampf der Speisepumpen-Antriebsturbine versorgt werden, aus dem Hauptturbosatz oder dem Wasser-Dampf-Kreislauf vorzusehen. Im Falle einer moderaten Erhöhung der Leistungsanforderung der Speisepumpen-Antriebsturbine bzw. Tuning-Turbine können Anzapfmassenströme reduziert werden und durch Stützungsmassenströme ersetzt werden. Vorteilhafte Weise ist die Tuning-Turbine bzw. Speisepumpen-Antriebsturbine mit einer Drosselreserve ausgelegt, die typische lange langzeitige Betriebsarten ohne Umschaltung auf den Kondensator abdecken können.In order to enable a safe and reliable operation of the tuning turbine or feed pump drive turbine even with different requirements of the main turbo set, a parallel support of one or more preheaters including the feed water tank, which are supplied by taps or exhaust steam of the feed pump drive turbine from the main turbo set or the water-steam cycle. In the case of a modest increase in the power requirement of the feed pump turbine or tuning turbine, bleed mass flows can be reduced and replaced by backup mass flows. Advantageously, the tuning turbine or feed pump drive turbine is designed with a throttle reserve that can cover typical long-term operating modes without switching to the capacitor.
Erfindungsgemäß wird die Leistungsanforderung durch Erhöhung des Gefälles nicht durch erhöhten Druck am Eintritt realisiert, sondern durch Absenkung des Gegendrucks. Eine Erhöhung des Druckes am Eintritt wäre nur möglich durch Stützen der Speisepumpen-Antriebsturbine aus dem Frischdampf, was aber zur Folge haben würde, dass die Speisepumpen-Antriebsturbine einen großen Temperatursprung verkraften müsste und für vergleichsweise hohe Eintrittstemperaturen ausgelegt werden müsste.According to the invention, the power requirement is achieved by increasing the slope not by increased pressure at the entrance, but by lowering the back pressure. An increase in the pressure at the inlet would only be possible by supporting the feed pump drive turbine from the live steam, but this would mean that the feed pump drive turbine would have to cope with a large temperature jump and would have to be designed for comparatively high inlet temperatures.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Bauteilbeanspruchung und der Wirkungsgrad sowie die Betreibbarkeit einer Dampfkraftanlage verbessert wird. Die Erfindung ist in besonderer Weise für die Anwendung in Wirkungsgrad kritischen Großkraftwerksanlagen mit einfacher oder doppelter Zwischenüberhitzung einsetzbar.An advantage of the invention is that the component stress and the efficiency and the operability of a steam power plant is improved. The invention can be used in a special way for the application in efficiency critical large power plants with single or double reheat.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen in schematischer Weise folgendes dar:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. The figures show schematically the following:
Die
Die
Das Drosselorgan
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann eine Stützleitung
Die
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