DE102010037209A1 - Method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant and boiler plant for carrying out the method - Google Patents

Method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant and boiler plant for carrying out the method Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes. Ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300°C bis 450°C erwärmter flüssiger Wärmeträger (4) wird in einem ersten Verdampfer (5) zur Erzeugung von Sattdampf (12) benutzt. Der Sattdampf (12) wird einem Überhitzer (8) zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 700°C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) überhitzter Dampf (13) erzeugt wird. Der im Überhitzer (8) durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger (7) wird in einem zweiten Verdampfer (9) zur Erzeugung von Sattdampf (12') genutzt, der ebenfalls dem Überhitzer (8) zugeführt wird. Mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden überhitzten Dampf (13) wird eine Dampfturbine (14) angetrieben.The invention relates to a method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant. A heated by solar energy to a temperature of 300 ° C to 450 ° C liquid heat transfer medium (4) is used in a first evaporator (5) for generating saturated steam (12). The saturated steam (12) is supplied to a superheater (8) in which superheated steam (13) is generated by heat exchange with a gaseous heat transfer medium (7) heated by solar energy to a temperature above 700 ° C. The in the superheater (8) cooled by heat exchange gaseous heat carrier (7) is used in a second evaporator (9) for generating saturated steam (12 '), which is also the superheater (8). With the superheated steam (13) emerging from the superheater (8), a steam turbine (14) is driven.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes sowie eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Kesselanlage.The invention relates to a method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant and to a boiler system suitable for carrying out the method.

In solarthermischen Kraftwerken wird die Sonnenstrahlung durch Kollektoren mit Hilfe eines Konzentrators gespiegelt und gezielt auf einen Ort fokussiert, in welchem dadurch hohe Temperaturen entstehen. Die konzentrierte Wärme kann abgeführt und zum Betrieb von thermischen Kraftmaschinen verwendet werden, die einen Generator zur Stromerzeugung antreiben. Dabei sind unterschiedliche Bauformen der solarthermischen Anlage bekannt, die sich hinsichtlich des Aggregatzustandes des Wärmeträgers sowie der Betriebstemperatur des Wärmeträgers unterscheiden.In solar thermal power plants solar radiation is mirrored by collectors with the help of a concentrator and focused specifically on a location in which thereby high temperatures. The concentrated heat can be dissipated and used to operate thermal engines that drive a generator to generate electricity. Different types of solar thermal system are known, which differ with regard to the state of aggregation of the heat carrier and the operating temperature of the heat carrier.

Verbreitet sind insbesondere Parabolrinnensysteme. Diese weisen Parabolspiegel in großer Anzahl auf, die das Sonnenlicht entlang einer Brennlinie konzentrieren. In der Brennlinie ist eine Absorberleitung angeordnet, die von einem flüssigen Wärmeträger durchströmt wird. Als Wärmeträger wird zumeist ein Thermoöl verwendet, welches durch die Fokussierung des Sonnenlichtes auf etwa 400°C erhitzt wird. ( DE 10 2008 037 711 A1 ) Wesentliche höhere Temperaturen sind unter anderem deshalb nicht erreichbar, da bei sehr hohen Temperaturen eine Schädigung des Thermoöls. z. B. durch Cracken, zu befürchten ist. Der flüssige Wärmeträger besitzt eine sehr hohe Energiedichte. Allerdings eignet sich der Wärmeträger nicht zur Erzeugung von überhitztem Hochdruckdampf, der für einen energieeffizienten Betrieb einer Dampfturbine in einem Kraftwerksprozess benötigt wird. Die für ein konventionell befeuertes Dampfkraftwerk typischen Dampfparameter können mit einem solarthermisch erhitzten Thermoöl nicht erzeugt werden.Particularly popular are parabolic trough systems. These have large numbers of parabolic mirrors that concentrate sunlight along a focal line. In the focal line an absorber line is arranged, which is flowed through by a liquid heat transfer medium. The heat carrier used is usually a thermal oil, which is heated to about 400 ° C. by focusing the sunlight. ( DE 10 2008 037 711 A1 ) Substantial higher temperatures are therefore not achievable, among other things, because at very high temperatures damage to the thermal oil. z. B. by cracking, is to be feared. The liquid heat carrier has a very high energy density. However, the heat transfer medium is not suitable for generating superheated high-pressure steam, which is required for energy-efficient operation of a steam turbine in a power plant process. The steam parameters typical of a conventionally fired steam power plant can not be generated with a solar thermal heated thermal oil.

Daneben sind Solarturmkraftwerke bekannt. Hierbei wird die einfallende Sonnenstrahlung von Heliostaten oder Kollektoren beispielsweise auf einen Solarempfänger gebündelt, der aus einer Vielzahl von keramischen Absorberkörpern zusammengesetzt ist. Die auf den Absorberkörper auftreffende konzentrierte Solarstrahlung erzeugt Temperaturen in den Absorberkörpern, die 1000°C und mehr erreichen können. Durch das poröse Absorbermaterial wird Umgebungsluft gesaugt, welche sich dabei auf hohe Temperaturen erwärmt. Die heiße Luft bildet einen gasförmigen Wärmeträger, der in der Praxis mit einer Temperatur von über 700°C anfällt und in einem nachgeschalteten Wärmekraftprozess zur Dampferzeugung genutzt wird. ( DE 101 49 806 C2 , DE 197 44 541 C2 ). Aufgrund der hohen Temperatur des gasförmigen Wärmeträgers können Dampfparameter realisiert werden, die in konventionell gefeuerten Dampfkraftwerken üblich sind. Aufgrund der geringen Energiedichte des gasförmigen Wärmeträgers lässt sich allerdings nur ein verhältnismäßig geringer Dampfmassenstrom realisieren, so dass übliche Kraftwerksturbinen zumindest nicht wirtschaftlich betrieben werden können.In addition, solar tower power plants are known. Here, the incident solar radiation of heliostats or collectors is focused, for example, on a solar receiver, which is composed of a plurality of ceramic absorber bodies. The concentrated solar radiation impinging on the absorber body generates temperatures in the absorber bodies which can reach 1000 ° C and more. By the porous absorber material ambient air is sucked, which heats up to high temperatures. The hot air forms a gaseous heat carrier, which is obtained in practice with a temperature of over 700 ° C and is used in a downstream heat power process for steam generation. ( DE 101 49 806 C2 . DE 197 44 541 C2 ). Due to the high temperature of the gaseous heat carrier steam parameters can be realized, which are common in conventionally fired steam power plants. Due to the low energy density of the gaseous heat carrier, however, only a relatively low steam mass flow can be realized, so that conventional power plant turbines can at least not be operated economically.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein energieeffizientes Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes anzugeben. Insbesondere soll es mit dem Verfahren möglich sein, typische Kraftwerksturbinen, z. B. eines 100 MW-Kraftwerkes, mit optimalen Dampfparametern und großen Dampfmassenströmen zu betreiben.The invention has for its object to provide an energy-efficient method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant. In particular, it should be possible with the method, typical power plant turbines, z. B. a 100 MW power plant to operate with optimal steam parameters and large steam mass flows.

Gegenstand der Erfindung und Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren nach Anspruch 1. Erfindungsgemäß wird ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300°C bis 450°C erwärmter flüssiger Wärmeträger in einem ersten Verdampfer zur Erzeugung von Sattdampf, das heißt gesättigtem Wasserdampf, genutzt. Der Sattdampf wird einem Überhitzer zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 550°C aufgeheiztem gasförmigen Wärmeträger überhitzter Dampf erzeugt wird. Der im Überhitzer durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger wird in einem zweiten Verdampfer zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt, der ebenfalls dem Überhitzer zugeführt wird. Mit dem aus dem Überhitzer austretenden überhitzten Dampf wird eine Dampfturbine angetrieben.The invention provides and solution of this problem is a method according to claim 1. According to the invention by solar energy to a temperature of 300 ° C to 450 ° C heated liquid heat carrier in a first evaporator for generating saturated steam, that is saturated steam used. The saturated steam is supplied to a superheater in which superheated steam is generated by heat exchange with a heated by solar energy to a temperature of about 550 ° C gaseous heat transfer medium. The cooled by heat exchange in the superheater gaseous heat transfer medium is used in a second evaporator for generating water vapor, which is also supplied to the superheater. With the superheated steam exiting the superheater, a steam turbine is driven.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich jeweils die speziellen Vorteile eines flüssigen Wärmeträgers, der auf einem Temperaturniveau von weniger als 450°C anfällt, und die spezifischen Vorteile eines gasförmigen Wärmeträgers, der in einer solarthermischen Anlage auf Temperaturen von zumeist mehr als 700°C aufgeheizt worden ist, zu Nutze. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die effektive Ausnutzung von zwei Heizmedien in unterschiedlichen Aggregatzuständen und auf unterschiedlichen Temperaturniveaus in einem gemeinsamen Wasser-Dampf-Kreislauf. Eine große Energiedichte des flüssigen Wärmeträgers wird genutzt, um den größten Teil des für einen wirtschaftlichen Betrieb einer Dampfturbine benötigten Dampfmassestroms zu erzeugen. Der bei einer hohen Temperatur anfallende gasförmige Wärmeträger wird genutzt, um den Wasserdampf in einem für den Dampfturbinenprozess ausreichenden Maße zu überhitzen.The inventive method makes each of the special advantages of a liquid heat carrier, which is obtained at a temperature level of less than 450 ° C, and the specific advantages of a gaseous heat carrier, which has been heated in a solar thermal system to temperatures of mostly more than 700 ° C. , advantage. The inventive method allows the effective utilization of two heating media in different physical states and at different temperature levels in a common water-steam cycle. A large energy density of the liquid heat carrier is used to generate most of the steam mass flow needed for economical operation of a steam turbine. The resulting at a high temperature gaseous heat transfer medium is used to overheat the steam in a sufficient for the steam turbine process.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Dampfturbine eine zweistufige Turbinenanlage mit einer Hochdruckstufe und einer Mitteldruckstufe verwendet. Der den Überhitzer verlassende überhitzte Dampf wird der Hochdruckstufe der Turbinenanlage als Hochdruckdampf zugeführt, wobei der Hochdruckdampf einen für Dampfturbinenprozesse üblichen Druck von mehr als 100 bar weist. Der die Hochdruckstufe verlassende Dampf wird in einem Zwischenüberhitzer aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf, z. B. mit einem Druck von 30 bis 40 bar der Mitteldruckstufe der Dampfturbine zugeführt. Der Zwischenüberhitzer wird mit dem aus dem Überhitzer austretenden gasförmigen Wärmeträger betrieben, wobei der gasförmige Wärmeträger anschließend noch zur Sattdampferzeugung genutzt wird. Der Massestrom des hierbei erzeugten Sattdampfes ist allerdings zumeist kleiner als der Massestrom, der durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger erzeugt wird.According to a preferred embodiment of the method according to the invention is used as a steam turbine, a two-stage turbine plant with a high-pressure stage and a medium-pressure stage. The superheater leaving the superheated steam is the high-pressure stage of the turbine system as High-pressure steam supplied, wherein the high-pressure steam has a usual for steam turbine processes pressure of more than 100 bar. The steam leaving the high pressure stage is heated in a reheater and superheated medium pressure steam, z. B. supplied with a pressure of 30 to 40 bar the medium-pressure stage of the steam turbine. The reheater is operated with the exiting from the superheater gaseous heat carrier, the gaseous heat carrier is then used for saturated steam generation. The mass flow of the saturated steam generated here is, however, usually smaller than the mass flow, which is generated by heat exchange with the liquid heat carrier.

Der in der Dampfturbine entspannte Dampf wird im Kondensator verflüssigt und kann als Speisewasser in die beiden Verdampfer zurückgeführt werden. Zweckmäßig wird das Speisewasser in einem ersten Speisenwasservorwärmer durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger und in einem zweiten Speisewasservorwärmer durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger vorgewärmt. Die Speisewasservorwärmer können hintereinander oder auch parallel geschaltet werden.The steam expanded in the steam turbine is liquefied in the condenser and can be recycled as feed water into the two evaporators. The feed water is expediently preheated by heat exchange with the gaseous heat carrier and in a second feed water preheater by heat exchange with the liquid heat carrier in a first feed water preheater. The feedwater preheaters can be connected in series or in parallel.

Als Verdampfer werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampf-Kreislauf eingebunden sind.As evaporator circulation evaporator, preferably natural circulation evaporator, are used, which are integrated into a common water and steam cycle.

Der flüssige Wärmeträger kann in einem Solarfeld aus Spiegeln, welche Sonnenlicht an einem Punkt oder entlang einer Strecke fokussieren, oder in einem dem Solarfeld zugeordneten Speicher aufgeheizt werden und fällt mit einer Betriebstemperatur von zumeist etwa 400°C an. Der gasförmige Träger kann in einem volumetrischen Strahlungsreceiver, der durch eine gebündelte Solarstrahlung erwärmt wird oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher aufgeheizt werden und fällt bei einer Temperatur von mehr als 700°C an. Üblicherweise sind die solarthermischen Anlagen mit einem Energiespeicher ausgestattet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann ein solarthermisches Kraftwerk als Grundlastkraftwerk wirtschaftlich betrieben werden.The liquid heat carrier can be heated in a solar field of mirrors, which focus sunlight at a point or along a path, or in a memory associated with the solar field and is incident at an operating temperature of mostly about 400 ° C. The gaseous carrier can be heated in a volumetric radiation receiver, which is heated by a bundled solar radiation or heated in a memory associated with the radiation receiver, and precipitates at a temperature of more than 700 ° C. Usually, the solar thermal systems are equipped with an energy storage. By means of the method according to the invention, a solar thermal power plant can be operated economically as a base load power plant.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Dampfturbine eines Kraftwerkes mit kraftwerkstypischen Dampfparametern zu betreiben. Es können vorhandene oder nur leicht zu modifizierende Kraftwerksturbinen verwendet werden. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, ältere Parabolrinnenkraftwerke durch Zuschaltung einer Solarturmeinheit zu modernisieren und dadurch sowohl die Leistung des Parabolrinnenkraftwerks als auch dessen Wirkungsgrad zu steigern.The inventive method makes it possible to operate the steam turbine of a power plant with typical steam plant parameters. Existing or only slightly modifiable power plant turbines can be used. In the context of the invention, it is also to modernize older parabolic trough power plants by connecting a solar tower unit and thereby to increase both the performance of the parabolic trough power plant and its efficiency.

Gegenstand der Erfindung ist ferner eine zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignete Kesselanlage nach Anspruch 8. Die Ansprüche 9 bis 11 betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Kesselanlage.The invention furthermore relates to a boiler installation according to claim 8 suitable for carrying out the described method. Claims 9 to 11 relate to advantageous embodiments of this boiler installation.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen schematisch:In the following the invention will be described with reference to an embodiment. They show schematically:

1 eine Kesselanlage zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerkes, 1 a boiler system for operating a steam turbine of a solar thermal power plant,

2 die Darstellung des Wasser-Dampf-Kreislaufes des in 1 dargestellten Prozesses in einem T-s-Diagramm. 2 the representation of the water-steam cycle of the in 1 represented process in a Ts diagram.

Die in 1 dargestellte Kesselanlage 1 umfasst zwei Funktionseinheiten 2, 3. Eine erste Funktionseinheit 2 wird mit einem auf eine Temperatur von 300°C bis 450°C erwärmten flüssigen Wärmeträger 4 betrieben und umfasst einen ersten Verdampfer 5 sowie einen Speisewasservorwärmer 6. Der flüssige Wärmeträger besteht aus einem Thermoöl, welches in einem z. B. mit Parabolrinnen ausgestatteten Solarfeld oder in einem dem Solarfeld zugeordneten Speicher auf eine Temperatur von etwa 400°C aufgeheizt worden ist. Die zweite Funktionseinheit 3 der in 1 schematisch dargestellten Kesselanlage 1 wird mit einem auf eine Temperatur von über 550°C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger 7 betrieben. Bei dem gasförmigen Wärmeträger 7 handelt es sich beispielsweise um heiße Luft, die z. B. in einem volumetrischen Strahlungsreceiver oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher aufgeheizt worden ist. Die mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 betriebene zweite Funktionseinheit 3 umfasst zumindest einen Überhitzer 8 sowie einen zweiten Verdampfer 9. Zusätzlich sind im Ausführungsbeispiel ein Zwischenüberhitzer 10 sowie ein zweiter Speisewasservorwärmer 11 vorgesehen. Der durch Solarenergie erwärmte flüssige Wärmeträger 4 wird dem Verdampfer 5 der ersten Funktionseinheit 2 zugeführt und zur Erzeugung von Sattdampf 12 genutzt. Der Sattdampf 12 wird dem Überhitzer 8 der zweiten Funktionseinheit 3 zugeführt, in dem durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 überhitzter Dampf erzeugt wird. Der im Überhitzer 8 durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger 7 wird in dem Verdampfer 9 der zweiten Funktionseinheit 3 zur Erzeugung von Sattdampf 12' verwendet, wobei dieser Sattdampf 12' ebenfalls dem Überhitzer 8 zugeführt wird. Aus dem Überhitzer 8 tritt ein überhitzter Dampf 13 aus und treibt eine Dampfturbine 14 an, an die ein Generator 15 zur Stromerzeugung angeschlossen ist.In the 1 illustrated boiler system 1 includes two functional units 2 . 3 , A first functional unit 2 is heated with a heated to a temperature of 300 ° C to 450 ° C liquid heat transfer medium 4 operated and includes a first evaporator 5 and a feedwater heater 6 , The liquid heat carrier consists of a thermal oil, which in a z. B. equipped with parabolic troughs solar field or in a solar field associated memory has been heated to a temperature of about 400 ° C. The second functional unit 3 the in 1 schematically illustrated boiler system 1 is heated with a heated to a temperature of about 550 ° C gaseous heat transfer medium 7 operated. With the gaseous heat transfer medium 7 For example, it is hot air, the z. B. has been heated in a volumetric radiation receiver or in a radiation receiver associated memory. The with the gaseous heat carrier 7 operated second functional unit 3 includes at least one superheater 8th and a second evaporator 9 , In addition, in the exemplary embodiment, a reheater 10 and a second feedwater heater 11 intended. The heated by solar energy liquid heat transfer medium 4 becomes the evaporator 5 the first functional unit 2 supplied and for the production of saturated steam 12 used. The saturated steam 12 becomes the superheater 8th the second functional unit 3 supplied in which by heat exchange with the gaseous heat carrier 7 superheated steam is generated. The in the superheater 8th by heat exchange cooled gaseous heat transfer medium 7 is in the evaporator 9 the second functional unit 3 for producing saturated steam 12 ' used, this saturated steam 12 ' also the superheater 8th is supplied. From the superheater 8th occurs a superheated steam 13 out and drives a steam turbine 14 to which a generator 15 connected to power generation.

Im Ausführungsbeispiel wird als Dampfturbine 14 eine zweitstufige Turbinenanlage mit einer Hochdruckstufe HD und einer Mitteldruckstufe MD verwendet. Der den Überhitzer 8 verlassende überhitzte Dampf 13 wird als Hochdruckdampf der Hochdruckstufe HD der Dampfturbine 14 zugeführt. Der die Hochdruckstufe HD verlassende Dampf 16 wird in dem Zwischenüberhitzer 10 der zweiten Funktionseinheit 3 aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf 17 der Mitteldruckstufe MD der Dampfturbine 14 zugeführt. Der Zwischenüberhitzer wird mit dem aus dem Überhitzer 8 austretenden gasförmigen Wärmeträger 7 betrieben. Der den Zwischenüberhitzer 10 verlassende gasförmige Wärmeträger 7 wird dem zweiten Verdampfer 9 zugeführt und zur Erzeugung von Sattdampf genutzt.In the embodiment is as a steam turbine 14 a two-stage turbine with a high-pressure stage HD and a medium-pressure MD used. The superheater 8th leaving superheated steam 13 is called high-pressure steam of the high pressure stage HD of the steam turbine 14 fed. The steam leaving the high-pressure stage HD 16 gets into the reheater 10 the second functional unit 3 heated and as superheated medium pressure steam 17 the medium-pressure stage MD of the steam turbine 14 fed. The reheater will start with that from the superheater 8th exiting gaseous heat carrier 7 operated. The reheater 10 leaving gaseous heat carrier 7 becomes the second evaporator 9 supplied and used to generate saturated steam.

Der in der Dampfturbine 14 entspannte Dampf wird im Kondensator 20 verflüssigt und als Speisewasser 18 in die beiden Verdampfer 5, 9 zurückgeführt, wobei das Speisewasser 18 in dem Speisewasservorwärmer 11 durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger 7 und in dem Speisewasservorwärmer 6 durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger 4 vorgewärmt wird. Als Verdampfer 5, 9 werden Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampf-Kreislauf eingebunden sind.The one in the steam turbine 14 relaxed steam is in the condenser 20 liquefied and as feed water 18 in the two evaporators 5 . 9 returned, with the feed water 18 in the feedwater heater 11 by heat exchange with the gaseous heat transfer medium 7 and in the feedwater pre-heater 6 by heat exchange with the liquid heat carrier 4 is preheated. As an evaporator 5 . 9 Circulating evaporator, preferably natural circulation evaporator, used, which are integrated into a common water and steam cycle.

In 2 ist der Wasser-Dampf-Kreislauf in einem vereinfachten T-s-Diagramm (T: Temperatur; s: Entropie) dargestellt. Die Flächen beschreiben die Energie, die durch Wärmeaustausch auf die Stoffströme Wasser/Dampf übertragen wird. Der mit einer Kreuzschraffur dargestellte Bereich A stellt die Energie dar, die in der ersten Funktionseinheit übertragen wird, wobei die Fläche A1 die Wärmeübertragung im Speisewasservorwärmer 6 und die Fläche A2 die Wärmeübertragung im ersten Verdampfer 5 veranschaulicht. Im dargestellten T-s-Diagramm wurden zur Vereinfachung und zur Herstellung einer besseren Übersichtlichkeit die Wärmenergie des Verdampfers 9 der zweiten Funktionseinheit nicht dargestellt. Dies verfälscht die Darstellung nur unwesentlich, da der Hauptanteil des Dampfes im Verdampfer 5 der ersten Funktionseinheit erzeugt wird. Die mit einer Schrägschraffur gekennzeichneten Flächen B veranschaulichen die Energie, die von dem gasförmigen Wärmeträger 7 auf das Wasser bzw. den Dampf übertragen wird. Dabei betrifft die Fläche B1 die Energieübertragung im Speisewasservorwärmer 11, die Fläche B2 die Energieübertragung im Überhitzer 8 sowie die Fläche B3 die Wärmeübertragung im Zwischenüberhitzer 10. Die gestrichelte Linie 19 zeigt die Wasserdampf-Sättigungslinie. Aus der Darstellung wird deutlich, dass der größere Teil der für eine Verdampfung benötigten Energie in der ersten Funktionseinheit 2 übertragen wird und durch den mit einer niedrigeren Temperatur anfallenden flüssigen Wärmeträger 4 bereitgestellt wird, während die für die Überhitzung erforderliche Energie von dem gasförmigen Wärmeträger 7 bereitgestellt und in der zweiten Funktionseinheit 3 auf das Wasser-Dampf-System übertragen wird.In 2 the water-steam cycle is shown in a simplified Ts diagram (T: temperature; s: entropy). The surfaces describe the energy that is transferred by heat exchange to the material flows water / steam. The area A represented by cross-hatching represents the energy transmitted in the first functional unit, the area A 1 representing the heat transfer in the feedwater pre-heater 6 and the area A 2, the heat transfer in the first evaporator 5 illustrated. In the illustrated Ts-diagram, the heat energy of the evaporator were to simplify and produce a better overview 9 the second functional unit not shown. This falsifies the representation only insignificantly, since the main part of the vapor in the evaporator 5 the first functional unit is generated. The surfaces B marked with a diagonal hatch illustrate the energy generated by the gaseous heat carrier 7 is transferred to the water or the steam. The area B 1 relates to the energy transfer in the feedwater pre-heater 11 , the area B 2 is the energy transfer in the superheater 8th and the surface B 3, the heat transfer in the reheater 10 , The dashed line 19 shows the water vapor saturation line. From the illustration, it becomes clear that the greater part of the energy required for evaporation in the first functional unit 2 is transmitted and by the resulting with a lower temperature liquid heat transfer medium 4 is provided while the energy required for overheating of the gaseous heat transfer medium 7 provided and in the second functional unit 3 is transferred to the water-steam system.

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  • DE 19744541 C2 [0004] DE 19744541 C2 [0004]

Claims (11)

Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine eines solarthermischen Kraftwerks, wobei ein durch Solarenergie auf eine Temperatur von 300 bis 450°C erwärmter flüssiger Wärmeträger (4) in einen ersten Verdampfer (5) zur Erzeugung von Sattdampf (12) genutzt wird, wobei der Sattdampf (12) einem Überhitzer (8) zugeführt wird, in dem durch Wärmeaustausch mit einem durch Solarenergie auf eine Temperatur von über 700°C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) überhitzter Dampf (13) erzeugt wird, wobei der im Überhitzer (8) durch Wärmeaustausch abgekühlte gasförmige Wärmeträger (7) in einem zweiten Verdampfer (9) zur Erzeugung von Sattdampf (12') genutzt wird, der ebenfalls dem Überhitzer (8) zugeführt wird, und wobei mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden überhitzten Dampf (13) eine Dampfturbine (14) angetrieben wird.Method for operating a steam turbine of a solar thermal power plant, wherein a heated by solar energy to a temperature of 300 to 450 ° C liquid heat carrier ( 4 ) in a first evaporator ( 5 ) for producing saturated steam ( 12 ), the saturated steam ( 12 ) a superheater ( 8th ) is supplied in which by heat exchange with a by solar energy to a temperature of about 700 ° C heated gaseous heat transfer medium ( 7 ) superheated steam ( 13 ) is generated, wherein in the superheater ( 8th ) cooled by heat exchange gaseous heat transfer ( 7 ) in a second evaporator ( 9 ) for producing saturated steam ( 12 ' ), which is also the superheater ( 8th ) is supplied, and wherein with the from the superheater ( 8th ) exiting superheated steam ( 13 ) a steam turbine ( 14 ) is driven. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Dampfturbine (14) eine zweistufige Turbinenanlage mit einer Hochdruckstufe (HD) und einer Mitteldruckstufe (MD) verwendet wird, wobei der den Überhitzer (8) verlassende überhitzte Dampf (13) als Hochdruckdampf der Hochdruckstufe (HD) der Turbinenanlage zugeführt wird, wobei der die Hochdruckstufe (HD) verlassende Dampf in einem Zwischenüberhitzer (10) aufgeheizt und als überhitzter Mitteldruckdampf der Mitteldruckstufe (MD) der Turbinenanlage zugeführt wird und wobei der Zwischenüberhitzer (10) mit dem aus dem Überhitzer (8) austretenden gasförmigen Wärmeträger (7) betrieben wird.Method according to claim 1, wherein as a steam turbine ( 14 ) a two-stage turbine system with a high-pressure stage (HD) and a medium-pressure stage (MD) is used, wherein the superheater ( 8th ) leaving superheated steam ( 13 ) is supplied as high pressure steam of the high pressure stage (HD) of the turbine plant, wherein the high pressure stage (HD) leaving steam in a reheater ( 10 ) is heated and fed as superheated medium pressure steam of the medium pressure stage (MD) of the turbine plant and wherein the reheater ( 10 ) with the from the superheater ( 8th ) leaving gaseous heat transfer medium ( 7 ) is operated. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der in der Dampfturbine (14) entspannte Dampf verflüssigt und als Speisewasser (18) den beiden Verdampfern (5, 9) zugeführt wird.Method according to claim 1 or 2, wherein the in the steam turbine ( 14 ) liquefied steam and used as feed water ( 18 ) the two evaporators ( 5 . 9 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Speisewasser (18) in einem ersten Speisewasservorwärmer (6) durch Wärmeaustausch mit dem flüssigen Wärmeträger (4) und in einem zweiten Speisewasservorwärmer (11) durch Wärmeaustausch mit dem gasförmigen Wärmeträger (7) vorgewärmt wird.Method according to claim 3, wherein the feedwater ( 18 ) in a first feedwater pre-heater ( 6 ) by heat exchange with the liquid heat carrier ( 4 ) and in a second feedwater pre-heater ( 11 ) by heat exchange with the gaseous heat carrier ( 7 ) is preheated. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei als Verdampfer (5, 9) Umlaufverdampfer, vorzugsweise Naturumlaufverdampfer, verwendet werden, die in einen gemeinsamen Wasser- und Dampfkreislauf eingebunden sind.Method according to one of claims 1 to 4, wherein as evaporator ( 5 . 9 ) Circulation evaporator, preferably natural circulation evaporator, can be used, which are integrated into a common water and steam cycle. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der flüssige Wärmeträger (4) in einem Solarfeld aus Spiegeln, welche Sonnenlicht an einem Punkt oder entlang einer Strecke fokussieren, oder in einem den Solarfeld zugeordneten Speicher aufgeheizt wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the liquid heat carrier ( 4 ) in a solar array of mirrors that focus sunlight at a point or along a path, or heated in a memory associated with the solar array. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der gasförmige Träger (7) in einem volumetrischen Strahlungsreceiver, der durch eine gebündelte Solarstrahlung erwärmt wird, oder in einem dem Strahlungsreceiver zugeordneten Speicher ausgeheizt wird.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the gaseous carrier ( 7 ) in a volumetric radiation receiver, which is heated by a bundled solar radiation, or is heated in a storage device associated with the radiation receiver. Kesselanlage zur Erzeugung von Dampf zum Betreiben einer Kraftwerksturbine mit einer ersten Funktionseinheit (2), die einen ersten Verdampfer (5) und einen Speisewasservorwärmer (6) umfasst und mit einem auf eine Temperatur von 300 bis 450°C erwärmten flüssigen Wärmeträger (4) betreibbar ist, einer zweiten Funktionseinheit (3), die zumindest einen Überhitzer (8) sowie einen zweiten Verdampfer (9) umfasst und mit einem auf eine Temperatur von über 550°C aufgeheizten gasförmigen Wärmeträger (7) betreibbar ist, wobei die beiden Verdampfer (5, 9) mit dem Überhitzer (8) der zweiten Funktionseinheit (3) durch Leitungen (12, 12') verbunden sind, durch die der erzeugte Dampf dem Überhitzer (8) zuführbar ist.Boiler plant for generating steam for operating a power plant turbine with a first functional unit ( 2 ), which is a first evaporator ( 5 ) and a feedwater heater ( 6 ) and heated with a heated to a temperature of 300 to 450 ° C liquid heat carrier ( 4 ) is operable to a second functional unit ( 3 ), the at least one superheater ( 8th ) and a second evaporator ( 9 ) and heated with a heated to a temperature of about 550 ° C gaseous heat transfer medium ( 7 ) is operable, the two evaporators ( 5 . 9 ) with the superheater ( 8th ) of the second functional unit ( 3 ) through pipes ( 12 . 12 ' ), through which the generated steam to the superheater ( 8th ) can be fed. Kesselanlage nach Anspruch 8, wobei die zweite Funktionseinheit (3) einen Zwischenüberhitzer (10) umfasst, der im Strömungsweg des gasförmigen Wärmeträgers (7) zwischen dem Überhitzer (8) und dem zweiten Verdampfer (9) angeordnet ist.Boiler plant according to claim 8, wherein the second functional unit ( 3 ) a reheater ( 10 ), which in the flow path of the gaseous heat carrier ( 7 ) between the superheater ( 8th ) and the second evaporator ( 9 ) is arranged. Kesselanlage nach Anspruch 8 oder 9, wobei die zweite Funktionseinheit (3) einen Speisewasservorwärmer (11) umfasst.Boiler plant according to claim 8 or 9, wherein the second functional unit ( 3 ) a feedwater pre-heater ( 11 ). Kesselanlage nach Anspruch 10, wobei der Speisewasservorwärmer (6) der ersten Funktionseinheit (2) und der Speisewasservorwärmer (11) der zweiten Funktionseinheit (3) in Reihe geschaltet sind und das erwärmte Speisewasser durch eine Zuführeinrichtung den Verdampfern (5, 9) der beiden Funktionseinheiten (2, 3) zuführbar ist.Boiler plant according to claim 10, wherein the feedwater pre-heater ( 6 ) of the first functional unit ( 2 ) and the feedwater pre-heater ( 11 ) of the second functional unit ( 3 ) are connected in series and the heated feed water by a feeder the evaporators ( 5 . 9 ) of the two functional units ( 2 . 3 ) can be fed.
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