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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Der hierin offenbarte Gegenstand betrifft ein System zur Einstellung der Durchflussleistung und/oder des Teillastverhaltens für eine Dampfturbine. Insbesondere betrifft der hierin offenbarte Gegenstand eine Dampfturbine, die eine oder mehrere Einlassöffnungen zur Umleitung einer Dampfströmung zur Anpassung der Durchflussleistung und/oder der Teillastleistung der gesamten Turbine enthält.
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Ein Strömungsdurchlassvermögen einer Dampfturbine kann als eine Beziehung zwischen dem Dampfmassenstrom und Dampfzuständen (z. B. Druck und Temperatur) gemessen werden. Das Strömungsdurchlassvermögen bestimmt, ob eine gegebene Dampfpfadkonfiguration in der Lage ist, eine benötigte Menge an Dampfstrom durchzulassen. Da das Strömungsdurchlassvermögen anlagenspezifisch (von der physikalischen Größe eines Dampfpfads abhängig) ist, unterliegt es anlagenspezifischen Randbedingungen, wie beispielsweise Herstellungsschwankungen, Toleranzen und auslegungsbedingten Durchflusskoeffizienten. Aufgrund dieser anlagenspezifischen Schwankungen müssen Auslegungsspielräume bei der Konstruktion der Dampfturbine berücksichtigt werden. Ein Aufbau einer Dampfturbine entsprechend diesen Auslegungsspielräumen kann dazu führen, dass die Dampfturbine unter von der Auslegung abweichenden Bedingungen arbeitet, was den Turbinenwirkungsgrad verringert und/oder ihre mögliche Leistungsabgabe reduziert.
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Außerdem können in dem Fall, wenn ein Dampfturbinenkraftwerksystem unter Bedingungen geringeren Durchflusses (wie beispielsweise in den Fällen einer Teillast oder niedriger Teillast) arbeitet, Ineffizienzen z. B. in dem Abhitzedampferzeuger (HRSG) und der Dampfturbine auftreten. Da der Bedarf nach Dampfturbinenleistungserzeugung verringert ist, ist der Druck des Dampfes, der z. B. dem HRSG zugeführt wird, entsprechend verringert, und er kann unter dem Gesichtspunkt des Prozesszykluswirkungsgrades gegebenenfalls nicht optimal sein. Dies führt dazu, dass der HRSG ineffizient arbeitet, da sich der Druck des von dem HRSG empfangenen Dampfes mit der Druckanforderung in der Dampfturbine verändert.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es ist ein Durchflusseinstellsystem für eine Dampfturbine offenbart. In einer Ausführungsform enthält das System eine Dampfturbine, die einen ersten Einlasskanal bzw. -anschluss und einen zweiten Einlasskanal bzw. -anschluss zur Aufnahme von Einlassdampf, eine erste Leitung und eine zweite Leitung, die mit einem ersten Ventil bzw. einem zweiten Ventil betriebsmäßig verbunden sind, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung zur Zuführung des Einlassdampfes zu dem ersten Einlasskanal bzw. dem zweiten Einlasskanal dienen, und ein Steuersystem, das mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil betriebsmäßig verbunden ist, um eine Menge des Einlassdampfes, der jedem von dem ersten Einlasskanal und dem zweiten Einlasskanal zugegeben wird, auf der Basis einer Lastanforderung an die Dampfturbine und eines Eingangsdrucks des Einlassdampfes zu steuern.
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Ein erster Aspekt der Erfindung umfasst ein System, das eine Dampfturbine mit einem ersten Einlasskanal und einem zweiten Einlasskanal zur Aufnahme von Einlassdampf, eine erste Leitung und eine zweite Leitung, die mit einem ersten Ventil bzw. einem zweiten Ventil betriebsmäßig verbunden sind, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung zur Zuführung des Einlassdampfes zu dem ersten Einlasslasskanal bzw. dem zweiten Einlasskanal dienen, und ein Steuersystem aufweist, das mit dem ersten Ventil und dem zweiten Ventil betriebsmäßig verbunden ist, um eine Menge des Einlassdampfes, der jedem von dem ersten Einlasskanal und dem zweiten Einlasskanal zugegeben wird, basierend auf einer Lastanforderung an die Dampfturbine und einem Eingangsdruck des Einlassdampfes zu steuern.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung umfasst ein Dampfturbinensystem, das enthält: einen Hochdruckabschnitt, der aufweist: eine Hochdruck(HD)-Dampfturbine, die einen ersten Einlasskanal und einen zweiten Einlasskanal zur Aufnahme eines ersten Einlassdampfes aufweist; und eine erste Leitung und eine zweite Leitung, die mit einem ersten Ventil bzw. einem zweiten Ventil betriebsmäßig verbunden sind, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung zur Zuführung des Einlassdampfes zu dem ersten Einlasskanal bzw. dem zweiten Einlasskanal dienen; einen Mitteldruckabschnitt, der enthält: eine Mitteldruck(MD)-Dampfturbine mit einem dritten Einlasskanal und einem vierten Einlasskanal zur Aufnahme eines zweiten Einlassdampfes; und eine dritte Leitung und eine vierte Leitung, die mit einem dritten Ventil bzw. einem vierten Ventil betriebsmäßig verbunden sind, wobei die dritte Leitung und die vierte Leitung zur Zuführung des zweiten Einlassdampfes zu dem dritten Einlasskanal bzw. dem vierten Einlasskanal dienen; und ein Steuersystem, das mit dem ersten Ventil, dem zweiten Ventil, dem dritten Ventil und dem vierten Ventil betriebsmäßig verbunden ist, wobei das Steuersystem eine Menge des ersten und des zweiten Einlassdampfes, die jedem von dem ersten, zweiten, dritten und vierten Einlasskanal zugegeben werden, auf der Basis einer Lastanforderung an der Dampfturbine und einem Eingangsdruck des ersten Einlassdampfes und des zweiten Einlassdampfes steuert.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung umfasst ein Dampfturbinengehäuse mit wenigstens einem von einem Hochdruckabschnitt, einem Mitteldruckabschnitt oder einem Niederdruckabschnitt, wobei das Gehäuse enthält: wenigstens zwei Dampfeinlasskanäle in jedem von dem wenigstens einen von dem Hochdruckabschnitt, dem Mitteldruckabschnitt oder dem Niederdruckabschnitt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und weitere Merkmale der Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verschiedener Aspekte der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leichter verstanden, die verschiedene Ausführungsformen der Erfindung darstellen, in denen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht eines Systems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Es ist zu bemerken, dass die Zeichnungen von der Erfindung gegebenenfalls nicht maßstabsgetreu sein können. Die Zeichnungen sollen lediglich typische Aspekte der Erfindung darstellen und sollten folglich nicht in einem den Schutzumfang der Erfindung beschränkenden Sinne betrachtet werden. In den Zeichnungen kennzeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente unter den Zeichnungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie oben erwähnt, sehen Aspekte der Erfindung ein Durchflusseinstellsystem bzw. -regelsystem für eine Dampfturbine vor. Das Durchflusseinstellsystem kann einen oder mehrere Eingangskanäle (und Leitungen) zur Umleitung einer Dampfströmung zur Anpassung der Durchflussleistung und/oder des Teillastverhaltens in der gesamten Turbine enthalten. Während Aspekte der Erfindung vielfältige Vorteile bieten können, sind hierin insbesondere bestimmte Aspekte beschrieben. Z. B. sorgen Aspekte der Erfindung für eine Dampfturbinenleistungssteigerung (z. B. während Zeiträume mit erhöhter Last) und einen vergrößerten Dampfturbinenwirkungsgrad unter Teillastbedingungen.
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Bezugnehmend auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Dampfturbinensystems 10 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform enthält das Dampfturbinensystem 10 eine Dampfturbine 12 mit einem Gehäuse 13, das einen ersten Einlasskanal bzw. -anschluss 14 und einen zweiten Einlasskanal bzw. -anschluss 16 zur Aufnahme von Einlassdampf (z. B. von einem Kessel 18) enthält. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann die Dampfturbine 12 und insbesondere das Gehäuse 13 weitere Einlasskanäle (2) enthalten. Es ist zu verstehen, dass der erste Einlasskanal 14 und der zweite Einlasskanal 16 Öffnungen enthalten können, die in dem Dampfturbinengehäuse 13 der Dampfturbine 12 maschinell eingearbeitet sind. D. h., Aspekte der Erfindung können die Ausbildung wenigstens zweier Einlasskanäle (z. B. der Einlasskanäle 14, 16, etc.) in dem gleichen Abschnitt des Dampfturbinengehäuses 13 der Dampfturbine 12 umfassen. Dies kann ein Formen und Gießen eines Abschnitts des Dampfturbinengehäuses 13 (z. B. der unteren Hälfte) umfassen, um die wenigstens zwei Einlasskanäle einzuschließen. In einer anderen Ausführungsform können ein oder mehrere der wenigstens zwei Einlasskanäle (z. B. die Einlasskanäle 14, 16, etc.) nach dem Formen und Gießen des Gehäuses, z. B. durch Bohren oder Lochen, erzeugt werden. In jedem Fall und im Gegensatz zu herkömmlichen Dampfturbinen kann das Gehäuse 13 der Dampfturbine 12 mehrere Einlasskanäle in einem einzigen Abschnitt (z. B. dem Hochdruckabschnitt, Mitteldruckabschnitt und Niederdruckabschnitt) enthalten, um Einlassdampf in unterschiedlichen Teilen des Dampfturbinenkreislaufes innerhalb des Turbinenabschnitts zu empfangen.
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Zurückkehrend zu 1 kann das Dampfturbinensystem 10 ferner eine erste Leitung 20 und eine zweite Leitung 22 enthalten, die mit einem ersten Ventil 24 bzw. einem zweiten Ventil 26 betriebsmäßig verbunden sind. Die erste Leitung 20 und die zweite Leitung 22 können Einlassdampf dem ersten Einlasskanal 14 bzw. dem zweiten Einlasskanal 16 zuführen. Die erste Leitung 20 und die zweite Leitung 22 können beliebige herkömmliche Leitungen enthalten, die verwendet werden, um Dampf in einem Dampfturbinensystem zu führen, z. B. Kanäle oder Rohre, die zum Teil aus Metall, einem Verbundwerkstoff, Polymeren, etc. hergestellt sind. Das erste Ventil 24 und das zweite Ventil 26 können jeweils eine Offenstellung und eine Schließstellung aufweisen, wobei die Schließstellung einen Durchfluss des Einlassdampfes zu der Dampfturbine 12 verhindert. Die Ventile (z. B. das Ventil 24 und/oder das Ventil 26) können z. B. Zweiwegeventile sein. Wie auf dem Gebiet der Fluidmechanik bekannt, verhindert ein Zweiwegeventil entweder einen Teil des Durchflusses eines Arbeitsfluids durch einen Pfadweg, oder er gestattet einem Teil dieser Strömung hindurchzutreten. Das erste Ventil 24 kann primär in einer Offenstellung (keine Behinderung) funktionieren, und das zweite Ventil 26 kann primär in einer Schließstellung (völlige Behinderung) funktionieren. Jedoch kann/können das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 auch in einer teilweise offenen Stellung (teilweise Behinderung) funktionieren. Das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 kann/können z. B. ein Schieberventil, ein Drosselklappenventil, ein Kugelventil, etc. sein.
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Das System 10 kann ferner ein Steuersystem 28 enthalten, das mit dem ersten Ventil 24 und dem zweiten Ventil 26 betriebsmäßig verbunden ist, wobei das Steuersystem 28 zur Steuerung einer Menge des Einlassdampfes dient, die jedem von dem ersten Einlasskanal 14 und dem zweiten Einlasskanal 16 zugegeben wird. Das Steuersystem 28 kann mit dem ersten Ventil 24 und dem zweiten Ventil 26 mechanisch oder elektrisch verbunden sein, so dass das Steuerventil 28 das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 betätigen kann. Das Steuersystem 28 kann das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 in Abhängigkeit von einer Lastveränderung an der Dampfturbine 12 (und in ähnlicher Weise einer Lastveränderung an dem System 10) betätigen. Das Steuersystem 28 kann eine rechnergestützte, mechanische oder elektromechanische Vorrichtung sein, die zur Betätigung von Ventilen (z. B. des Ventils 24 und/oder des Ventils 26) in der Lage ist. In einer Ausführungsform kann das Steuersystem 28 eine rechnergestützte Vorrichtung sein, die in der Lage ist, Betriebsanweisungen an das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 zu liefern. In diesem Fall kann das Steuersystem 28 die Last der Dampfturbine 12 (und optional des Systems 10) durch Überwachung der Durchflussraten, der Temperatur, des Druck oder anderer Arbeitsfluidparameter des durch die Dampfturbine 12 (und das System 10) strömenden Dampfes überwachen und Betriebsanweisungen zu dem ersten Ventil 24 und/oder dem zweiten Ventil 26 liefern. Z. B. kann das Steuersystem 28 Betriebsanweisungen senden, um das zweite Ventil 26 unter bestimmten Betriebsbedingungen zu öffnen (z. B. um die Leistungsausgabe der Dampfturbine 12 zu vergrößern oder die gesamte Dampfturbinenleistung während Teillastbedingungen zu vergrößern). In dieser Ausführungsform kann/können das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 elektromechanische Komponenten enthalten, die in der Lage sind, Betriebsanweisungen (elektrische Signale) von dem Steuersystem 28 zu empfangen und eine mechanische Bewegung (z. B. ein teilweises Schließen des ersten Ventils 24 oder des zweiten Ventils 26) herbeizuführen. In einer anderen Ausführungsform kann das Steuersystem 28 eine mechanische Vorrichtung enthalten, die zur Verwendung durch einen Bediener in der Lage ist. In diesem Fall kann der Bediener das Steuersystem 28 (z. B. durch Ziehen eines Hebels) physisch beeinflussen, was das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 betätigen kann. Z. B. kann der Hebel des Steuersystems 28 mit dem ersten Ventil 24 und/oder dem zweiten Ventil 26 mechanisch verbunden sein, so dass ein Ziehen des Hebels das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 veranlasst, vollständig betätigt zu werden (z. B. indem es den Strömungspfad durch die erste Leitung 20 bzw. die zweite Leitung 22 öffnet). In einer anderen Ausführungsform kann das Steuersystem 28 eine elektromechanische Vorrichtung sein, die in der Lage ist, Parameter (z. B. mit Sensoren) elektrisch zu überwachen, die anzeigen, dass die Dampfturbine 12 (und optional das System 10) in einem bestimmten Lastzustand läuft, und das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 mechanisch zu betätigen. Obwohl das Steuersystem 28 hierin in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben ist, kann es das erste Ventil 24 und/oder das zweite Ventil 26 über beliebige sonstige herkömmliche Einrichtungen betätigen.
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Ferner ist in 1 ein Zwischenüberhitzer 30 veranschaulicht, der konfiguriert ist, um Dampf der Dampfturbine 12 zu entnehmen, den entnommenen Dampf wieder zu erhitzen und den wiedererhitzten Dampf einer zweiten Dampfturbine 32 zuzuführen. Der Zwischenüberhitzer 30 kann ein beliebiger herkömmlicher Zwischenüberhitzer sein, wie er in einem Kraftwerk verwendet wird, beispielsweise einer, der Rohre und heiße Abgase verwendet, um Wärmeenergie einem durch die Rohre geführten Dampf zuzuführen. In einer Ausführungsform kann die Dampfturbine 12 einen Hochdruck(HD)-Dampfturbinenabschnitt enthalten. Ferner kann die zweite Dampfturbine 32 in einer Ausführungsform einen Mitteldruck(MD)-Dampfturbinenabschnitt enthalten. Ferner ist in 1 eine dritte Dampfturbine 34 veranschaulicht, die z. B. einen Niederdruck(ND)-Dampfturbinenabschnitt enthält. Die dritte Dampfturbine 34 kann einen beliebigen herkömmlichen ND-Dampfturbinenabschnitt enthalten. Jedoch kann die dritte Dampfturbine 34, wie in anderen Ausführungsformen (z. B. unter Bezugnahme auf 2) veranschaulicht ist, mehrere Einlasskanäle bzw. -anschlüsse zur Aufnahme von Einlassdampf von einer Dampfquelle (z. B. dem Kessel 18 oder einem Abhitzedampferzeuger) enthalten. Ferner ist in 1 eine Welle 36 veranschaulicht, die konfiguriert ist, um z. B. mit einer Lasteinrichtung (wie beispielsweise einem elektrischen Generator, Motor, etc.) gekoppelt zu werden. Die Welle 36 kann konfiguriert sein, um die Rotationsenergie von einer oder mehreren Dampfturbinen (z. B. der ersten Dampfturbine 12, der zweiten Dampfturbine 32 und/oder der dritten Dampfturbine 34) auf eine Welle der Lasteinrichtung zu übertragen, die dann diese Energie z. B. in Elektrizität umwandeln kann. Der Elektrizitätsgewinnungsprozess ist in der Technik bekannt und folglich hierin nicht weiter beschrieben.
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Wie in 1 veranschaulicht, ist der erste Einlasskanal 14 an einer Stelle (P1) mit höherem Druck (z. B. höherem Eingangsdruck) an der Dampfturbine 12 als der (bei einem Druck P2 angeordnete) zweite Einlasskanal 16 angeordnet. D. h., während eines Betriebs der Dampfturbine 12 sind die Druckbedingungen (P1) innerhalb der Dampfturbine 12 an dem ersten Einlasskanal 14 höher als diejenigen Druckbedingungen (P2) an dem zweiten Einlasskanal 16. Auf diese Art und Weise kann die Verwendung mehrerer Einlasskanäle (z. B. der Einlasskanäle 14, 16) Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen, die einen einzigen Einlasskanal verwenden, bieten. Z. B. kann das Steuersystem 28 in Zeiträumen mit erhöhtem Leistungsbedarf an einem Kraftwerksystem, das die Dampfturbine 12 verwendet, das zweite Ventil 26 betätigen, um einen Durchfluss des Einlassdampfes zu dem zweiten Einlasskanal 16 zu erlauben. Aufgrund des Durchflussvermögens der Dampfturbine 12 an dem ersten Einlasskanal 14 und des Druckzustands (z. B. des Eingangsdruckzustands) (P1) muss die Dampfströmung darauf begrenzt werden, was der Einlasskanal 14 und dieser Abschnitt der Dampfturbine 12 physikalisch bewältigen können, ohne eine Belastung an dem Gehäuse der Dampfturbine 12 zu bewirken. Jedoch kann das Steuersystem 28 in Zeiträumen, die eine vergrößerte Leistungsabgabe von der Dampfturbine 12 erfordern, gestatten, dass eine größere Menge an Einlassdampf der Dampfturbine 12 zugeführt wird, indem das zweite Ventil 26 wenigstens teilweise geöffnet und Einlassdampf durch den zweiten Einlasskanal 16 zugegeben wird. Da der zweite Einlasskanal 16 näher an einem Abschnitt (P2) mit niedrigerem Druck (z. B. niedrigerem Eingangsdruck) der Dampfturbine 12 als der erste Einlasskanal 14 angeordnet ist, kann eine größere Menge des Einlassdampfes an dem zweiten Einlasskanal 16 zugegeben werden, wenn dies erwünscht ist (z. B. wenn eine höhere Last/Leistungsabgabe erwünscht ist), ohne das Strömungsdurchlassvermögen der Dampfturbine 12 zu überschreiten. Es ist zu verstehen, dass in einer Ausführungsform, z. B. in Zeiten mit verringerter Dampfturbinenlast, das erste Ventil 24 vollständig geschlossen werden kann, während das zweite Ventil 26 vollständig geöffnet werden kann und dadurch gestattet wird, dass im Wesentlichen der gesamte Einlassdampf durch den zweiten Einlasskanal 16 zugegeben wird.
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Indem nun auf 2 verwiesen wird, ist eine schematische Darstellung eines Dampfturbinensystems 40 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht. Während das Dampfturbinensystem 40 konfiguriert sein kann, um die Leistungsausgabe aus einer oder mehreren Dampfturbinen (z. B. den Turbinen 12, 32, 34 zu vergrößern) ist es zu verstehen, dass das Dampfturbinensystem 40 auch verwendet werden kann, um den Wirkungsgrad einer oder mehrerer Dampfturbinen und/oder eines HRSGs (z. B. des HRSGs 44) unter Teillast- oder niedrigen Teillastbedingungen zu verbessern. Wenn z. B. die Leistungsanforderung von dem Dampfturbinensystem 40 unter Teillast- oder niedrigen Teillastbedingungen reduziert ist, wird der Druck innerhalb einer oder mehrerer Dampfturbinen (z. B. der Turbinen 12, 32, 34) verringert. Dies kann eine Verringerung des Drucks innerhalb des HRSGs 44 herbeiführen, wodurch seine Effizienz bei der Erzeugung von Dampf verringert wird. Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf 2 veranschaulicht und beschrieben sind, können z. B. dem HRSG 44 ermöglichen, bei einem höheren Druck (näher an seinen optimalen Auslegungsbedingungen) zu arbeiten, während Dampf einen niedrigeren Druck aufweisenden Abschnitten einer oder mehrerer Dampfturbinen (z. B. der Turbinen 12, 32, 34) zugeführt wird, wodurch der Wirkungsgrad sowohl des HRSGs als auch der einen oder der mehreren Dampfturbinen (z. B. der Turbinen 12, 32, 34) vergrößert wird. Es ist zu verstehen, dass die Ausdrücke höherer und niedrigerer Druck in dieser Erfindung eine allgemeine Veränderung des Druckniveaus kennzeichnen, um die benötigte Durchflussleistung und/oder das optimierte Teillastverhalten zu erreichen, wobei diese Veränderung entweder ein höherer oder ein niedrigerer Druck und/oder eine Kombination von mehreren Zugabekanälen sein kann.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann das Dampfturbinensystem 40 einen Hochdruckabschnitt (eine Hochdruckturbine) 12, einen Mitteldruckabschnitt (eine Mitteldruckdampfturbine) 32, der ein Gehäuse 33 aufweist, und einen Niederdruckabschnitt (eine Niederdruckdampfturbine) 34 mit einem Gehäuse 35 enthalten. Komponenten, die in 1 und 2 ähnlich bezeichnet sind, können im Wesentlichen ähnliche Komponenten darstellen, die konfiguriert ist, um im Wesentlichen ähnliche Funktionen, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben, zu erfüllen. An sich wird eine Erläuterung dieser gemeinsam veranschaulichten Komponenten der Kürze wegen vermieden. Angesichts dessen zeigt 2 einen ersten Einlasskanal bzw. -anschluss 14 bzw. einen zweiten Einlasskanal bzw. -anschluss 16 der Dampfturbine 12 (z. B. einer Hochdruckdampfturbine). Ferner ist in 2 die Dampfturbine 12 veranschaulicht, wie sie ein Gehäuse 13 enthält, das einen dritten Einlasskanal bzw. -anschluss 42 (wie er in Strichlinien als optional veranschaulicht ist) zur Aufnahme eines Teils des Einlassdampfes von einer Dampfquelle (z. B. dem Kessel 18 oder einer Hochdrucktrommel eines Abhitzedampferzeugers 44) aufweist. Ferner ist eine dritte Leitung 46 veranschaulicht, die mit einem dritten Ventil 48 und dem dritten Einlasskanal 42 betriebsmäßig verbunden ist. Das Steuersystem 28 kann mit dem dritten Ventil 48 (sowie mit dem ersten Ventil 24 und dem zweiten Ventil 26) betriebsmäßig verbunden sein und kann konfiguriert sein, um über eine Betätigung des ersten Ventils 24, des zweiten Ventils 26 und/oder des dritten Ventils 48 eine Menge des Einlassdampfes zu steuern, die jedem von dem ersten Einlasskanal 14, dem zweiten Einlasskanal 16 bzw. dem dritten Einlasskanal 42 zugegeben wird. Es ist zu verstehen, dass der dritte Einlasskanal 42 im Wesentlichen ähnlich wie der erste Einlasskanal 14 und der zweite Einlasskanal 16 erzeugt sein kann. Es ist ferner zu verstehen, dass die dritte Leitung 46 und das dritte Ventil 48 den anderen Leitungen (20, 22) bzw. Ventilen (24, 26), wie sie hierin beschrieben sind, im Wesentlichen ähnlich sein können. Wie ähnlich unter Bezugnahme auf das System 10 nach 1 beschrieben, kann das Steuersystem 28 konfiguriert sein, um jedes Einlassventil 24, 26, 48 zu betätigen, um einen erhöhten und/oder optimalen Dampffluss von der Dampfquelle (dem Kessel 18 oder dem HRSG 44) an einer Stelle mit geringerem Druck in der Dampfturbine 12 zu gestatten. In Ausführungsformen, die einen dritten Einlasskanal 42 enthalten, kann zusätzlicher Dampf der Dampfturbine 12 an einer Stelle mit niedrigerem Druck (einem Druck P3 an dem dritten Einlasskanal 42) als an dem zweiten Einlasskanal 16 (dem Druck P2) zugeführt werden. Dies kann eine noch größere Leistungssteigerung und/oder einen noch höheren Kreislaufwirkungsgrad im Teillastbetrieb je nach Wunsch ermöglichen, da das Strömungsdurchlassvermögen der Dampfturbine 12 an dem dritten Einlasskanal 42 höher ist als an dem zweiten Einlasskanal 16.
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Das Steuersystem 28 kann ferner konfiguriert sein, um ein viertes Ventil 50, ein fünftes Ventil 52, ein sechstes Ventil 54 und ein siebtes Ventil 56 zu steuern, die dem ersten Ventil 24 und dem zweiten Ventil 26 im Wesentlichen ähnlich sind. Ferner können die zusätzlichen Ventile (50, 52, 54, 56 etc.) entweder dem ersten Ventil 24 oder dem zweiten Ventil 26 im Wesentlichen ähnlich sein. Auch sind in 2 zusätzliche Kanäle bzw. Anschlüsse veranschaulicht, z. B. ein vierter Einlasskanal 58 und ein fünfter Einlasskanal 60, die in einem Gehäuse 33 der zweiten Dampfturbine 32 (z. B. der Mitteldruckdampfturbine) enthalten sind, sowie ein sechster Einlasskanal 62 und ein siebter Einlasskanal (64A und 64B für eine zweiflutige Niederdruckdampfturbine), die in einem Gehäuse 35 der dritten Dampfturbine 34 (z. B. einer zweiflutigen Niederdruckdampfturbine) enthalten sind. Auch sind zusätzliche Leitungen, z. B. eine vierte Leitung 66 und eine fünfte Leitung 68, die betriebsmäßig an dem vierten Ventil 50 bzw. dem fünften Ventil 52 angebracht sind, sowie eine sechste Leitung 70 und eine siebte Leitung 72, die betriebsmäßig an dem sechsten Ventil 54 bzw. dem siebten Ventil 56 angebracht sind, veranschaulicht. Die zusätzlichen Kanäle (z. B. 58, 60, 62, 64A, 64B) und Leitungen (z. B. 66, 68, 70, 72) können jeweils dem ersten und dem zweiten Kanal 14, 16 bzw. der ersten und zweiten Leitung 20, 22 im Wesentlichen ähnlich sein.
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Wie in der Technik verständlich, kann die Mitteldruck(MD)-Dampfturbine 32 Mitteldruckdampf entweder von dem Kessel 18 oder von einem Mitteldrucktrommelabschnitt des HRSGs 44 empfangen. Gemäß Aspekten der Erfindung kann das Steuersystem 28 das vierte Ventil 50 und/oder das fünfte Ventil 52 betätigen, um den Mitteldruckdampf zu einer einen geringeren Druck aufweisenden Stelle (z. B. mit einem geringeren Eingangsdruck) (bei einem Druck P5) der MD-Dampfturbine 32 zu liefern. Z. B. kann das Steuersystem 28 in einer Ausführungsform das fünfte Ventil 52 betätigen, um Mitteldruckdampf zu gestatten, den vierten Einlasskanal 58 zu umströmen, wodurch der MD-Dampfturbine 32 ermöglicht wird, ihre Leistungsabgabe zu steigern.
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Wie weiter in der Technik bekannt, kann die Niederdruck(ND)-Dampfturbine 34 Niederdruckdampf entweder von dem Kessel 18 oder von einem Niederdrucktrommelabschnitt des HRSGs 44 empfangen. Gemäß Aspekten der Erfindung kann das Steuersystem 28 das sechste Ventil 54 und/oder das siebte Ventil 56 betätigen, um Niederdruckdampf zu einen geringeren Druck aufweisenden Stellen (bei einem Druck P7) der ND-Dampfturbine 34 zu liefern. Z. B. kann das Steuersystem 28 in einer Ausführungsform das siebte Ventil 56 betätigen, um Niederdruckdampf zu gestatten, den sechsten Einlasskanal 62 zu umgehen, wodurch der ND-Dampfturbine 34 ermöglicht wird, ihre Leistungsausgabe zu erhöhen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Steuersystem 28 ein oder mehrere Ventile (24, 26, 50, 52, etc.) betätigen, um den Wirkungsgrad des Dampfturbinensystems 40 zu vergrößern. Z. B. kann in dem Fall, wenn das Dampfturbinensystem 40 unter Teillastbedingungen (z. B. unter Bedingungen unterhalb von ungefähr 100% der Nennleistung/des Nennmassendurchsatzes der Turbine) arbeitet, der reduzierte Massendurchfluss von Dampf Ineffizienzen in einer oder mehreren von der ersten Turbine 12, der zweiten Turbine 32 und/oder der dritten Turbine 34 hervorrufen. D. h., jede von der ersten Dampfturbine 12, der zweiten Dampfturbine 32 und der dritten Dampfturbine 34 ist ausgelegt, um bei speziellen Nennniveaus der Leistung/des Massendurchsatzes zu laufen, um, z. B. bei ihrem Beitrag, Elektrizität zu erzeugen, den maximalen Wirkungsgrad zu erzielen. Jedoch kann der Wirkungsgrad einer oder mehrerer der Dampfturbinen (12, 32, 34) unter Teillastbedingungen reduziert sein, da der Massendurchfluss von Dampf durch die Dampfturbine aufgrund der von der Auslegung abweichenden Druckeinstellungen reduziert oder nicht optimal ist. Herkömmliche Dampfturbinen empfangen Einlassdampf von einem einzigen Einlasskanal bzw. -anschluss (in dem Gehäuse), wodurch dem Dampf ermöglicht wird, in all den Stufen der Dampfturbine zu expandieren und mechanische Arbeit zu leisten. Aufgrund der nicht optimalen Druckniveaus, die durch die Dampfturbine an den HRSG geliefert werden, kann dieser Prozess Ineffizienzen in dem Dampfturbinenkreislauf hervorrufen.
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Im Gegensatz zu herkömmlichen Dampfturbinensystemen sind das System 10 und das System 40 konfiguriert, um unter verschiedenen Lastbedingungen Einlassdampf von einem Einlasskanal jedes Dampfturbinengehäuses (z. B. der HD-Dampfturbine 12, der MD-Dampfturbine 32 und/oder der ND-Dampfturbine 34) zu einem anderen Einlasskanal des Gehäuses an einer Stelle der Turbine mit einem gewünschten Druck umzuleiten. Z. B. kann in dem Fall, dass die ND-Dampfturbine 34 unter Teillastbedingungen arbeitet, das Steuersystem 28 das sechste Einlassventil 54 wenigstens teilweise schließen und das siebte Einlassventil 56 wenigstens teilweise öffnen, um Einlassdampf zu ermöglichen, in die ND-Dampfturbine 34 an Stellen mit niedrigerem Druck (den Einlassanschlüssen 64A, 64B) einzutreten und dadurch die Ineffizienz der ND-Dampfturbine 34 zu verringern.
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Die hierin verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsformen und ist nicht dazu gedacht, den Offenbarungsgegenstand zu beschränken. In dem hierin verwendeten Sinne sollen die Singularformen „ein”, „eine” und „der”, „die” bzw. „das” auch die Pluralformen umfassen, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Es ist zu verstehen, dass die Ausdrücke „aufweist” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein der angegebenen Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, jedoch das Vorhandensein oder die Aufnahme eines/einer oder mehrerer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder deren Gruppen nicht ausschließen.
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Diese Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um jedem Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
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Es ist ein Dampfturbinendurchflusseinstellsystem 10 offenbart. In einer Ausführungsform enthält das System 10:
eine Dampfturbine 12, die einen ersten Einlasskanal 14 und einen zweiten Einlasskanal 16 zur Aufnahme von Einlassdampf aufweist; eine erste Leitung 20 und eine zweite Leitung 22, die mit einem ersten Ventil 24 bzw. einem zweiten Ventil 26 betriebsmäßig verbunden sind, wobei die erste Leitung 20 und die zweite Leitung 22 zur Zuführung des Einlassdampfes zu dem ersten Einlasskanal 14 bzw. dem zweiten Einlasskanal 16 dienen; und ein Steuersystem 28, das mit dem ersten Ventil 24 und dem zweiten Ventil 26 betriebsmäßig verbunden ist, um eine Menge der zugegebenen Einlassdampfströmung für jeden von dem ersten Einlasskanal 14 und dem zweiten Einlasskanal 16 auf der Basis einer Lastanforderung an die Dampfturbine 12 und eines Eingangsdrucks des Einlassdampfes zu steuern.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Dampfturbinensystem
- 12
- Dampfturbine
- 13
- Gehäuse
- 14
- erster Einlasskanal, erster Einlassanschluss
- 16
- zweiter Einlasskanal, zweiter Einlassanschluss
- 18
- Kessel
- 20
- erste Leitung
- 22
- zweite Leitung
- 24
- erstes Ventil
- 26
- zweites Ventil
- 28
- Steuersystem
- 30
- Zwischenüberhitzer
- 32
- zweite Dampfturbine
- 33
- Gehäuse
- 34
- dritte Dampfturbine
- 35
- Gehäuse
- 36
- Welle
- 42
- dritter Einlasskanal, dritter Einlassanschluss
- 44
- Abhitzedampferzeuger (HRSG)
- 46
- dritte Leitung
- 48
- drittes Ventil
- 50
- viertes Ventil
- 52
- fünftes Ventil
- 54
- sechstes Ventil
- 56
- siebtes Ventil
- 58
- vierter Einlasskanal, vierter Einlassanschluss
- 60
- fünfter Einlasskanal, fünfter Einlassanschluss
- 62
- sechster Einlasskanal, sechster Einlassanschluss
- 64A
- siebter Einlasskanal, siebter Einlassanschluss
- 64B
- siebter Einlasskanal, siebter Einlassanschluss
- 66
- vierte Leitung
- 68
- fünfte Leitung
- 70
- sechste Leitung
- 72
- siebte Leitung
