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Die Erfindung betrifft einen Kraftwerksblock gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Der liberalisierte Energiemarkt sowie zunehmende Rohstoffknappheit aber auch zeitliche Schwankungen in der Bereitstellung erneuerbarer Energiequellen erfordern zunehmend auch die zeitlich angepasste Regelung bisher überwiegend kontinuierlich betriebener Kraftwerksanlagen. Je nach Energiebedarf des Marktes müssen solche Kraftwerke, die bisher über einen bestimmten Zeitraum einen weitgehend konstanten Energiebeitrag bereitstellen, entsprechend an- und abgefahren werden. Für eine hohe zeitliche Flexibilität und damit eine hohe Kundenakzeptanz werden die Kraftwerksblöcke der Kraftwerksanlage so ausgelegt, dass das An- und Abfahren, der Wechsel in den Stand-By-Betrieb, und somit der Wechsel zwischen verschiedenen Lastbetriebszuständen möglichst zügig erfolgt.
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Heute bekannte Kraftwerksblöcke können beispielsweise so wie in 1 dargestellt ausgebildet sein. Während des Lastbetriebs wird über die Kondensatpumpeneinrichtung 30 stetig Kondensat aus dem Kondensator 20 in das Kondensatverteilungssystem V gepumpt. Dieses Kondensatverteilungssystem V umfasst dabei eine Vielzahl von Leitungen 40, 50 und 80, und Ventile, wie beispielsweise 31, 41, 42, und 51, über die das Kondensat verteilt wird. So wird über die Leitung 80 Kondensat weiter zum nicht näher dargestellten Dampferzeuger der Dampfturbine 10 geleitet oder über die Leitung 40 zusätzlich Kondensat zu einem Hilfssystem 22. Zudem wird über die Leitungen 40 und 50 Kondensat zur Haubeneinspritzung der Dampfturbine 10 geführt. Im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb der Dampfturbine kann über diese Haubeneinspritzung Kondensat in die Dampfturbine 10 eingespritzt werden, so dass zu hohe Abdampftemperaturen für die Dampfturbinenschaufeln vermieden werden. Zusätzlich ist ein Hilfskessel 60 zur Erzeugung von Sattdampf vorgesehen. Dieser wird als sogenannter Sperrdampf über die Leitung 61 auf die Stopfbuchsen der Dampfturbine geleitet, so dass in der Dampfturbine das Vakuum gegenüber dem Umgebungsdruck gehalten werden kann. Dies ist insbesondere während des Anfahrens oder im Schwachlastbetrieb der Turbine notwendig, wenn die Dampfturbine sich nicht selbst mit Sperrdampf versorgen kann.
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Derzeitige Betriebs- und Auslegungskonzepte von Kraftwerksanlagen sehen vor, dass während eines Stand-By-Betriebs die Kondensatpumpeneinrichtung außer Betrieb gesetzt wird und damit die Hauptförderpumpen für das Kondensat nicht arbeiten. Die Einrichtungen für die Haubeneinspritzung, den Sperrdampf und die Entwässerung müssen dagegen aber weiterhin aktiv sein, um die Anlage in einem sicheren Stand-By-Zustand zu halten. Dadurch wird auf der einen Seite im Kondensatverteilungssystem weiterhin stetig Kondensat verbraucht und auf der anderen Seite der Kondensator stetig mit Kondensat aufgefüllt. Als Folge davon sinkt der Kondensatdruck im Kondensatverteilungssystem und steigt der Pegel im Kondensator. Zudem führen Leckageverluste an undichten Armaturen und Dichtungen zu weiteren Druckverlusten. Insbesondere die Gleitringdichtungen der Kondensatpumpen haben einen besonders hohen Sperrwasserverbrauch, welches über Saugleitungen zurück in den Kondensator geleitet wird und damit ebenfalls den Kondensator kontinuierlich füllt.
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Zur Aufrechterhaltung der Funktionen der gesamten Einrichtungen im Stand-By-Betrieb ist ein Einspeisesystem 70 vorgesehen. Über dieses kann demineralisiertes Wasser, sogenanntes Deionat, in das Kondensatverteilungssystem V eingebracht werden, wodurch der Druck im Kondensatverteilungssystem aufrechterhalten wird. Dieses Deionat hat aber nicht die gleichen wasserchemischen Eigenschaften wie das Kondensat, welches durch Zusatzstoffe konditioniert ist. Insbesondere führt dieses sauerstoffgesättigte Deionat zu einem Korrosionsangriff auf die Kohlenstoffstähle im Kondensatsystem, was letztendlich die Funktion der gesamten Kraftwerksanlage beeinträchtigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftwerksblock bereitzustellen, der die zuvor beschriebenen Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird mit dem Kraftwerksblock mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass eine Druckhaltepumpe parallel zu der Kondensatpumpeneinrichtung zwischen dem Kondensator und dem Kondensatverteilungssystem vorgesehen ist, wobei die Druckhaltepumpe eine geringere Leistung als die Kondensatpumpeneinrichtung aufweist, kann auch bei heruntergefahrener Kraftwerksanlage im Stand-By-Betrieb mit nur geringem Energieaufwand das Druckniveau des. Kondensats im Kondensatverteilungssystem aufrechterhalten werden, ohne dass ständig Deoinat, das heißt entsalztes aber sauerstoffreiches Wasser, zugeführt werden muss. Dadurch kann eine Einspeisung von Deionat, das andere wasserchemische Eigenschaften als das Kondensat hat, und das aufgrund seiner Aggressivität die Rohrleitungen angreift, weitgehend vermieden werden. Zudem muss das im Kondensator angesammelte Kondensat nicht verworfen werden, sondern kann über die Druckhaltepumpe weiterhin im somit nun geschlossenen Kondensatkreislauf verbleiben. Insgesamt wird somit eine zunehmende Vermischung des Kondensats mit Deoinat und damit eine Verschlechterung der chemischen Eigenschaften des Kondensats weitgehend vermieden.
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Befindet sich die Druckhaltepumpe räumlich nahe der Kondensatpumpeneinrichtung kann sie mit demselben Vordruck aus dem Kondensator wie die eigentlichen Hauptkondensatpumpen der Kondensatpumpeneinrichtung arbeiten.
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Ist zudem eine Leitung vorgesehen, um Kondensat vom Kondensatverteilungssystem zu einem Hilfskessel für die Erzeugung von Sattdampf zu leiten, muss auch diesem Hilfskessel während des Stand-By-Betriebs des Kraftwerksblocks nicht ständig Deoinat zur Aufrechterhaltung der Funktionen des Sperrdampfsystems zugeführt werden. Vorzugsweise zweigt die Leitung dabei nach einem Druckreduzierventil des Sperrwassers für die Gleitringdichtungen der Kondensatpumpen der Pumpeneinrichtung ab. Somit kann auf einfachste Weise auch bei Betrieb der Kondensatpumpen, die einen höheren Druck erzeugen, Kondensat zum niedriger ausgelegten Hilfskessel gefördert werden.
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Vorzugsweise wird die Druckhaltepumpe über ein Leitsystem des Kraftwerksblocks bzw. einer Kraftwerksanlage gesteuert, so dass die Druckhaltepumpe synchron zum Abfahr- bzw. Anfahrvorgang automatisch in Betrieb genommen, bzw. in den Stand-By-Betrieb gesetzt werden kann. Idealerweise erfolgt die Ansteuerung der Druckhaltepumpe dabei über einen entsprechend ausgelegten Elektromotor geringer Leistung. So kann mit geringem Leistungsaufwand die Druckhaltung beim Abfahren zugeschaltet und betrieben werden. Beim Anfahren des Blocks kann die Druckhaltepumpe dann wieder in einen Stand-By-Modus geschalten werden.
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Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:
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1 schematisch einen Kraftwerksblock nach dem Stand der Technik,
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2 schematisch einen erfindungsgemäßen Kraftwerksblock.
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Im Gegensatz zu dem bereits im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Kraftwerksblock aus dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Kraftwerksblock neben den eigentlichen Hauptkondensatpumpen der Kondensatpumpeneinrichtung 30 eine zusätzliche Pumpe J mit geringerer Leistung auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn diese Druckhaltepumpe – auch als Jockey Pumpe bezeichnet – möglichst in der Nähe des sogenannten Hotwells des Kondensators 20, neben den Hauptkondensatpumpen 30 angeordnet ist, wobei darauf zu achten ist, dass eine ausreichende Zulaufhöhe für die Jockey Pumpe J vorhanden ist. Eine zusätzliche Leitung 62 versorgt zudem den Hilfskessel 60 mit Kondensat. Somit steht auch im Stand-By-Betrieb des Kraftwerksblocks das Kondensat aus dem Kondensator 20 und dem Kondensatverteilungssystem V für das Hilfsdampfsystem 60, 61 zur Erzeugung von Sperrdampf zur Verfügung.
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Die erfindungsgemäße Druckhaltepumpe J wird dabei so ausgelegt, dass sie keinen Einfluss auf die prozesstechnische Auslegung der bestehenden Kraftwerksmodule nimmt. Im Besonderen muss darauf geachtet werden, dass keine neuen Auslegungslastfälle entstehen, die in die thermodynamische Berechnung des Kraftwerks einfließen. Zweigt die Leitung 62 nach dem Druckreduzierventil 31 des Sperrwassers für die Gleitringdichtungen der Kondensatpumpen der Pumpeneinrichtung 30 ab, kann auch während des Betriebs der Kondensatpumpen, die ja einen hohen Druck erzeugen, Kondensat mit einem niedrigeren Druck zum niedriger ausgelegten Hilfskessel gefördert werden. Eine Neudimensionierung des Hilfskessels oder zusätzliche Drosselventile in der Leitung zum Hilfskessel sind nicht notwendig.
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Im Anlagenstillstand erfolgt die elektrische Versorgung der Druckhaltepumpe über die normale Eigenbedarfsversorgung. Die Auslegung, Betriebsart und jeweilige Betriebsdauer der Druckhaltepumpe wird dabei in Abhängigkeit von der projektspezifisch garantierten Lebenszeit gewählt. Im Normalbetrieb des Kraftwerksblocks ist die Jockey Pumpe nicht im Betrieb und beeinflusst damit die Leistung des Kraftwerksblocks nicht.
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Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine übermäßige Deionat-Nachspeisung bei Anlagenstillstand, die zur Überfüllung des Hotwells bzw. des Kondensat-Sammelbehälters mit darauf folgendem Verwerfen von Speisewasser führen kann, verhindert. Wasserchemische Richtlinien können so weiterhin eingehalten werden und unerwünschte Korrosionen der Rohrleitungssysteme durch die Einspeisung von unkonditioniertem, mit Sauerstoff gesättigtem Deionat werden vermieden.
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Insgesamt lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Kraftwerksblock erreichen, dass der Stand-By-Betrieb für den Anlagenbetreiber und die Inbetriebsetzung erleichtert wird, der Verbrauch an Deionat und die Verunreinigung des Kondensats ohne großen Energieeinsatz gesenkt wird und die Kosten für Wasserentsorgung (z. B. Verwerfbetrieb) reduziert wird, ohne dass die gesamt Anlage grundlegend verändert werden muss.
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Bei Kraftwerksanlagen mit mehreren Kraftwerksblöcken wird das anfallende Sperrdampfkondensat in den jeweils in Betrieb befindlichen Kraftwerksblock zurückgefördert.
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Anwendung findet die Erfindung in Dampfkraftwerken, kombinierten Gas- und -Dampfkraftwerken (GuD), Solar-Kraftwerken, Kernkraftwerken oder auch Kraftwerken mit integrierter Vergasung.
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Bei Dampf- bzw. Kernkraftwerken gibt es üblicherweise längere Stillstandszeiten, z. B. bei Revisionen, in denen die Erfindung Betriebsvorteile bietet.
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Vorzugsweise erfolgt der Einsatz bei GuD-Kraftwerken und Solarthermiekraftwerken, da hier je nach Anlagenfahrweise häufige Stillstände bei Mittellastbetrieb, beispielsweise Tag/Nacht-Wechsel und Wochenendbetrieb auftreten können.
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Bei einem Solarthermiekraftwerk erfordert die Sperrbedampfung der Dampfturbine bei Nachtstillstand zudem eine Kühlung des Stopfbuchsdampfkondensators. Dies kann durch die erfindungsgemäße Druckhaltepumpe J ohne großen Energieaufwand sichergestellt werden. Ein Dauerbetrieb der Kondensatorpumpen 30 wird hiermit obsolet.
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Bei Solarkraftwerken kann es je nach Sonnenscheindauer tagsüber zu häufigen Anfahr- und Abfahrvorgängen kommen, die eine schnelle Bereitstellung einer Druckhaltungseinrichtung erfordern.
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Die Erfindung kann auch bei einer Gegendruck-Dampfturbine, beispielsweise bei Prozessdampfauskopplung für Meerwasserentsalzungsanlagen, bei Fernwärmeauskopplung oder bei Überdruckkondensatoren, etc. zum Einsatz kommen.
