DE102013001348A1

DE102013001348A1 - Absenkung des Austrittsdruckes unmittelbar hinter einer vorzugsweise mehrstufigen Antriebsturbine (vorzugsweise Dampfturbine) mittels eines Ejektors

Info

Publication number: DE102013001348A1
Application number: DE201310001348
Authority: DE
Inventors: Holger Lange; Thomas Schaake
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2014-07-31

Abstract

Verfahren zum Betrieb einer Turbinenanlage im Teillastbetrieb, wobei die Turbinenanlage mindestens ein Drosselorgan besitzt, welches in Fluidstromrichtung hinter der Turbine angeordnet ist und die Turbine gegen ein geschlossenes Drosselorgan betrieben wird und das Arbeitsfluid in der Turbine auf einen Druck entspannt wird, welcher niedriger ist, als der Druck hinter dem geschlossenen Drosselorgan, wobei das Arbeitsfluid der Turbine mit einer Pumpen- oder Verdichteranlage aus dem Raum unmittelbar hinter der Turbine in einen Raum hinter dem geschlossenen Drosselorgan gefördert wird.

Description

Einleitung und Problembeschreibung
Die Erfindung fällt in das Gebiet der Antriebsturbinen, wobei der Sachverhalt zur Einleitung kurz erläutert werden soll. Turbinen, welche mit einem niedrigeren Massenstrom, als dem Auslegungsmassenstrom betrieben werden, sind, wenn der Austrittsdruck nicht abgesenkt wird, durch einen ebenfalls verringerten Austrittsvolumenstrom gekennzeichnet. Dieser verringerte Volumenstrom kann im Extremfall zu Turbulenzen im Austrittsgehäuse führen. Da diese Turbulenzen zu Schwingungsanregungen beispielsweise an einer letzten Laufschaufelreihe führen können, wird der Teillastbetrieb von Antriebsturbinen bei hohen Gegendrücken oft eingeschränkt. Ein Betrieb von Fluidturbinen- vorzugsweise Kondensationsdampfturbinen- bei hohem Gegendruck kann gewünscht sein, wenn beispielsweise Turbinen zur Netzstützung in Teillast betrieben werden und eine hohe Fluidmenge (vorzugsweise Dampfmenge) erzeugt wird, welche über eine Bypassstation den Druck in einem dem Austritt der Turbine nachgeordneten Gegendrucksammler oder Kondensator erhöht.
Stand der Technik
Entsprechend dem Stand der Technik wird dieses Problem durch extrem steife Turbinenendstufen gelöst, welche den erhöhten dynamischen Anforderungen bei Teillast standhalten können. Dies führt zu ungünstigeren Strömungsverhältnissen bei Auslegungslast.
Beschreibung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird bei Teillast der Druck unmittelbar hinter der Turbine (1) durch einen Ejektor (3) oder eine andere geeignete Pumpe oder Verdichter, welche vorzugsweise mit einem Teilstrom oder dem gesamten sonst über die Bypassstation (7) abgeführten Fluidmassenstrom betrieben wird, abgesenkt. Hierbei wird der gesamte Massenstrom der Dampfturbine über den Ejektor auf ein höheres Druckniveau gepumpt und die direkte Verbindung zwischen Turbine (1) und Gegendrucksammler (6) mittels Organ (2) geschlossen.
Der Betrieb der Pumpen- bzw. Verdichteranlage mit anderen Energiequellen ist ebenfalls möglich.
Im Fall, dass der Dampfmassenstrom durch die Turbine (1) verringert werden muss und sich somit der Dampfmassenstrom über die Bypass-Station (7) erhöht, wird der Druck im Gegendrucksammler (6) steigen. Überschreitet dieser Gegendruck einen gewissen Wert, welcher sich aus den Kenndaten der Turbine ergibt, wird der Ejektor (3) durch öffnen des Regelorgans (4) und des Organs (5) in Betrieb gesetzt und die direkte Verbindung zwischen Turbine und Gegendrucksammler mittels Organ (2) geschlossen. Mittels einer turbinenseitigen Druckmessung wird der Ejektor (3) über das Drosselorgan (4) so geregelt, dass der turbinenseitige Druck kleiner ist, als der durch die Turbinenkenndaten vorgegebene Druck für die Schutzabschaltung. Bei einem Belasten der Turbine erhöht man mm den Massenstrom durch die Turbine (1), und verringert so den Massenstrom über die Bypass-Station (7). Dies führt zu einer thermischen Entlastung des Gegendrucksammlers (6), welches sich in einer Verringerung des Druckes des Gegendrucksammlers (6) widerspiegelt. Ebenso erhöht sich der Fördermassenstrom des Ejektors (3), was zu einer geringfügigeren Verringerung der Druckdifferenz zwischen Turbinenaustritt (1) und Gegendrucksammler (6) führt. Wird der Massenstrom durch die Turbine (1) weiter erhöht und somit der Massenstrom über die Bypass-Station (7) verringert, wird sich ab einem bestimmten Punkt Druckgleichheit zwischen Turbinenaustritt (1) und Drucksammler (6) einstellen. Der sich hier einstellende Druck ist kleiner als der durch die Turbinenkenndaten vorgegebene Druck für die Schutzabschaltung der Turbine. In diesem Punkt wird das Organ (2) geöffnet und somit die Turbinenaustritt (1) wieder direkt mit dem Gegendrucksammler (6) verbunden. Der Ejektor (3) wird über das Drosselorgan (4) abgeschaltet und mittels Organ (5) vom Gegendrucksammler separiert. Anschließend kann die Turbine normal weiter belastet werden.
Befindet sich die Turbine im Stillstand (Massenstrom durch die Turbine ist Null) und der Dampfmassenstrom über die Bypass-Station (7) ist hoch, kann der Druck im Gegendrucksammler (6) so hoch sein, dass die Kenndaten der Turbine ein Anfahren in Folge des zu hohen Druckes verhindern. In diesem Fall wird das Organ (2) geschlossen und der Turbinenaustrittsdruck (1) nach öffnen von Organ (5) mittels des Ejektors (3) abgesenkt und über das Drosselorgan (4) so geregelt, dass der sich einstellende Turbinenaustrittsdruck (1) kleiner ist als der Druck für die Schutzabschaltung der Turbine. Beim Anfahren wird der Massenstrom durch die Turbine (1) erhöht und somit der Massenstrom über die Bypass-Station (7) verringert, was, wie oben beschrieben, zu einer Verringerung des Druckes im Gegendrucksammler (6) führt. Auch hier wird bei Druckgleichheit zwischen Turbinenaustritt (1) und Gegendrucksammler (6) das Organ (2) geöffnet, der Ejektor (3) durch das Drosselorgan (4) abgeschaltet und mittels Organ (5) vom Gegendrucksammler (6) separiert. Die weitere Belastung der Turbine erfolgt normal.
Der Massenstrom, welcher vom Turbinenaustritt (1) durch den Ejektor (3) gepumpt und somit im Druck angehoben wird und vorzugsweise dem Gegendrucksammler (6) zugeführt wird, kann auch anderweitig abgeführt werden (bspw. Atmosphäre, Hilfskondensator, etc.).
Der Sollwert der turbinenseitigen Druckregelung ist so zu wählen, dass ein Überschreiten des Abschaltdruckes, welcher durch die Kenndaten der Turbine vorgegeben ist, wirkungsvoll im Rahmen der Regelgüte des Ejektors verhindert wird. Ebenso ist ein Sollwert, der deutlich unterhalb des Abschaltdruckes liegt, zu vermeiden, um so den Massenstrom über die Turbine zu erhöhen und somit zu einer thermischen Entlastung des Gegendrucksammlers beizutragen.
Die Dimensionierung in Bezug auf den Fördermassenstrom des Ejektors hat so zu erfolgen, dass bei einer Druckdifferenz von Null zwischen Turbinenaustritt und Gegendrucksammler, der Druck im Gegendrucksammler kleiner ist als der vorgegebene Abschaltdruck der Turbine.
Als Ejektor kommt vorzugsweise eine Dampfstrahlpumpe zum Einsatz.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Turbinenanlage im Teillastbetrieb, wobei die Turbinenanlage mindestens ein Drosselorgan besitzt, welches in Fluidstromrichtung hinter der Turbine angeordnet ist und die Turbine gegen ein geschlossenes Drosselorgan betrieben wird und das Arbeitsfluid in der Turbine auf einen Druck entspannt wird, welcher niedriger ist, als der Druck hinter dem geschlossenen Drosselorgan, wobei das Arbeitsfluid der Turbine mit einer Pumpen- oder Verdichteranlage aus dem Raum unmittelbar hinter der Turbine in einen Raum hinter dem geschlossenen Drosselorgan gefördert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pumpen- oder Verdichteranlage ein Ejektor ist.
Verfahren nach Anspruche 1 oder 2, wobei das Arbeitsfluid der Turbine mit Hilfe der Pumpen- oder Verdichteranlage aus dem Raum unmittelbar hinter der Turbine in einen anderen Raum als dem im Normalbetrieb verwendeten gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Antrieb der beschriebenen Pumpen- oder Verdichteranlage das Arbeitsfluid der Turbine verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei der turbinenseitige Druck geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei die turbinenseitige Druckregelung der Pumpen- oder Verdichteranlage imanent ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüchen, wobei die Separierung der Pumpen- oder Verdichteranlage durch das Organ (5) nicht notwendig ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zum Anfahren einer Turbinenanlage aus Bypassbetrieb.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche wobei keine Bypassstation (7) Verwendung findet und statt dessen die Auslegung eines Ejektors oder einer geeigneten Pumpanlage (3) so erfolgt, dass dieser Ejektor (3) in der Lage ist, die maximal mögliche Frischdampfmenge abzuführen und auf das Druckniveau im Gegendrucksammler (6) zu entspannen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, insbesondere Anspruch 9 wobei ein Ejektor (3) mit integrierter Einspritzkühlung oder eine externe Einspritzkühlung verwendet wird.