DE102014211976A1

DE102014211976A1 - Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems

Info

Publication number: DE102014211976A1
Application number: DE102014211976.6A
Authority: DE
Inventors: Edwin Gobrecht; Jan Greis; Matthias Heue; Tobias Hogen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2015-12-24
Also published as: CN106460566A; US10385733B2; WO2015197238A1; EP3129611A1; US20170096914A1; CN106460566B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems (1) mit einem Dampferzeuger (2), einer mit dem Dampferzeuger (2) verbundenen Dampfturbine (3), die zumindest zwei Turbinenstufen (4, 5, 6) umfasst, die zum Zeitpunkt des Anfahrens des Dampfturbinensystems (1) unterschiedliche Ausgangstemperaturen aufweisen, einem mit der Dampfturbine (3) verbundenen Kondensator (7) und einem von der Dampfturbine (3) angetriebenen Verbraucher (10), bei dem mit dem im Dampferzeuger (2) erzeugten Dampf die Dampfturbine (3) angefahren wird, wobei bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des im Dampferzeuger (2) erzeugten Dampfes, die zumindest der Temperaturanforderung der Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur entspricht, nur die Turbinenstufe (5, 6) geringerer Ausgangstemperatur betrieben wird, und dass erst ab Erreichen der vorbestimmten Temperatur die Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur zugeschaltet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems mit einem Dampferzeuger, einer mit dem Dampferzeuger verbundenen Dampfturbine, die zumindest zwei Turbinenstufen umfasst, die zum Zeitpunkt des Anfahrens des Dampfturbinensystems unterschiedliche Ausgangstemperaturen aufweisen, einem mit der Dampfturbine verbundenen Kondensator und einem von der Dampfturbine angetriebenen Verbraucher, bei dem mit dem im Dampferzeuger erzeugten Dampf die Dampfturbine angefahren wird.
Dampfturbinensysteme sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Sie umfassen eine Dampfturbine, die in mehrere Turbinenstufen unterteilt ist. So können beispielsweise eine Hochdruckstufe, eine Mitteldruckstufe und eine Niederdruckstufe vorgesehen sein. Während des Betriebs des Dampfturbinensystems wird der Dampfturbine im Dampferzeuger produzierter Dampf zugeführt und in dieser entspannt. Hierbei wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die zum Antreiben eines Verbrauchers genutzt wird, wie beispielsweise eines Generators.
Die Anforderungen an Dampfturbinensysteme hinsichtlich kürzerer und schonenderer Anfahrtszeiten beim Heißstart steigen stetig. Normalerweise wird die Dampfturbine erst dann mit im Dampferzeuger erzeugtem Dampf beströmt, wenn der Dampf auf eine Temperatur oberhalb der Temperatur der heißesten Turbinenstufe erhitzt wurde. Da der Dampferzeuger nach einem Abfahren des Dampfturbinensystems meist schneller auskühlt als die jeweiligen Turbinenstufen, dauert dieser Vorgang mehrere Minuten, was zu unerwünscht langen Wartezeiten führt.
Eine bekannte Möglichkeit, diese Wartezeit zu reduzieren, besteht darin, das Dampfturbinensystem bereits anzufahren, wenn die Dampftemperatur noch unterhalb der Temperatur der heißesten Turbinenstufe liegt. Dies ist grundsätzlich zulässig, wenn die Dampftemperatur schnell genug gesteigert wird. Allerdings geht diese Anfahrweise mit einer Verkürzung der Lebensdauer der Dampfturbine einher, was es zu vermeiden gilt.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem ein Heißstart bei geringen Wartezeiten ohne Verkürzung der Lebensdauer der Dampfturbine ermöglicht wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des im Dampferzeuger erzeugten Dampfes, die zumindest der Temperaturanforderung der Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur entspricht, nur die Turbinenstufe geringerer Ausgangstemperatur betrieben wird, und dass erst ab Erreichen der vorbestimmten Temperatur die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur zugeschaltet wird. Erfindungsgemäß wird also beim Anfahren zunächst nur die kältere Turbinenstufe mit dem im Dampferzeuger erzeugten Dampf beaufschlagt, woraufhin das Dampfturbinensystem eine Teilleistung aufnimmt. Aufgrund der Tatsache, dass der Dampf zur ordnungsgemäßen Beströmung der kälteren Turbinenstufe eine geringere Temperatur als zur ordnungsgemäßen Beströmung der heißeren Turbinenstufe aufweisen muss, kann das Dampfturbinensystem in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen den jeweiligen Turbinenstufen entsprechend früher angefahren werden, was normalerweise mit einer erheblichen Reduzierung der Wartezeit einhergeht. Erst wenn die Temperatur des im Dampferzeuger erzeugten Dampfes die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, die zumindest der Temperaturanforderung der Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur entspricht, wird erfindungsgemäß auch die heißere Turbinenstufe beströmt, woraufhin das Dampfturbinensystem die volle Leistung aufnehmen kann. Neben der besagten Wartezeitverkürzung besteht ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anfahrweise darin, dass diese keine negativen Auswirkungen auf die Lebensdauer des Dampfturbinensystems hat.
Bevorzugt wird die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur bis zum Erreichen der vorbestimmten Temperatur zur Verringerung der Ventilationsleistung derart mit dem Kondensator verbunden, dass in die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur eingeleiteter Sperrdampf in den Kondensator geleitet und dort kondensiert wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Ventilationsleistung zulässig gering ist.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der im Dampferzeuger erzeugte Dampf bis zum Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch eine die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur umgehende Bypassleitung zur Turbinenstufe geringerer Ausgangstemperatur geleitet.
Vorteilhaft ist das Dampfturbinensystem derart ausgelegt, dass die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur eine Hochdruckstufe ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung eines Verfahrens zum Anfahren eines Dampfturbinensystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich, die schematisch ein Dampfturbinensystem zeigt.
Das in der Zeichnung dargestellte Dampfturbinensystem 1 umfasst einen Dampferzeuger 2, eine Dampfturbine 3 mit einer Hochdruckstufe 4, einer Mitteldruckstufe 5 und einer Niederdruckstufe 6, einen Kondensator 7, einen Zwischenüberhitzer 8, einen zweiten Dampferzeuger 9 und einen Verbraucher 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Generator handelt.
Der Dampferzeuger 2 ist über eine Dampfleitung 11 mit der Hochdruckstufe 4 verbunden, wobei die Dampfleitung 11 mit einem Absperrventil 12 versehen ist, das dazu ausgelegt ist, die Dampfleitung 11 wahlweise abzusperren oder zu öffnen. Die Hochdruckstufe 4 ist über eine kalte Zwischenüberhitzerleitung 13 mit dem Zwischenüberhitzer 8 verbunden. Ein in der kalten Zwischenüberhitzerleitung 13 vorgesehenes Rückschlagventil 14 stellt sicher, dass ein Volumenstrom in Richtung der Hochdruckstufe 4 verhindert wird. Von der kalten Zwischenüberhitzerleitung 13 zweigt eine Entleerungsleitung 15 ab, die zum Kondensator 7 führt und über ein Absperrventil 16 wahlweise geöffnet oder gesperrt werden kann. Zwischen der Dampfleitung 11 und der kalten Zwischenüberhitzerleitung 13 erstreckt sich eine ebenfalls mit einem Absperrventil 17 versehene Bypassleitung 18, die derart angeordnet ist, dass sie stromaufwärts des Absperrventils 12 der Dampfleitung 11 abzweigt und stromabwärts hinter dem Rückschlagventil 14 in die kalte Zwischenüberhitzerleitung 13 mündet. Der Zwischenüberhitzer 8 ist über eine heiße Zwischenüberhitzerleitung 19, die über ein Absperrventil 20 wahlweise geöffnet oder gesperrt werden kann, mit der Mitteldruckstufe 5 verbunden. Von der heißen Zwischenüberhitzerleitung 19 zweigt eine ebenfalls mit einem Absperrventil 21 versehene Bypassleitung 22 ab, die zum Kondensator 7 führt. Die Mitteldruckstufe 5 ist über eine Verbindungsleitung 23 mit der Niederdruckstufe 6 verbunden. In die Verbindungsleitung 23 mündet eine Dampfleitung 24, über die vom zweiten Dampferzeuger 9 erzeugter Dampf in die Verbindungsleitung 23 zur Niederdruckstufe 6 geleitet werden kann. Die Dampfleitung 24 ist mit einem Rückschlagventil 25 versehen, das einen Dampfstrom in Richtung des zweiten Dampferzeugers 9 sperrt. Von der Dampfleitung 26 zweigt eine mit einem Absperrventil 26 versehene Bypassleitung 27 ab, die in den Kondensator 7 mündet. Die Niederdruckstufe 6 ist über eine Verbindungsleitung 28 mit dem Kondensator 7 verbunden. Der Kondensator 7 ist wiederum über eine Kondensatorleitung 29 mit dem Dampferzeugersystem verbunden.
Nach einem Abfahren des Dampfturbinensystems 1 ist die Temperatur der Hochdruckstufe 4 bzw. die Temperatur Ihrer metallischen Komponenten höher als die Temperaturen der Mitteldruckstufe 5 und der Niederdruckstufe 6. Beim erneuten Anfahren des Dampfturbinensystems 1 wird das Absperrventil 12 der Dampfleitung 11 geschlossen. Ferner wird das Absperrventil 17 der Bypassleitung 18 geöffnet. Der im Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf wird somit über die Bypassleitung 18 zum Zwischenüberhitzer 8 geleitet, dort weiter erhitzt und von dort aus über die heiße Zwischenüberhitzerleitung 19 der Mitteldruckstufe 5 zugeführt. Das Absperrventil 20 der Zwischenüberhitzerleitung 19 ist dabei geöffnet, während das Absperrventil 21 der Bypassleitung 22 geschlossen ist. Entsprechend wird die Mitteldruckstufe 5 beströmt, so dass das Dampfturbinensystem 1 eine Teilleistung aufnimmt. Der aus der Mitteldruckstufe 5 austretende Dampf wird über die Verbindungsleitung 23 zur Niederdruckstufe 6 geleitet. Hierbei wird dem Dampf über die Dampfleitung 24 nach Bedarf im zweiten Dampferzeuger 9 erzeugter Dampf zugemischt. Entsprechend wird auch die Niederdruckstufe 6 beströmt. Der die Niederdruckstufe 6 verlassende Dampf wird über die Verbindungsleitung 28 in den Kondensator 7 geleitet und dort kondensiert. Das Kondensat wird über die Kondensatleitung 29 zurück zum Dampferzeugersystem geleitet. Die Hochdruckstufe 4 wird zur Verringerung der Ventilationsleistung währenddessen durch Öffnen des Absperrventils 16 über die Entleerungsleitung 15 mit dem Kondensator 7 verbunden, so dass in die Hochdruckstufe 4 eingeleiteter Sperrdampf in den Kondensator 7 geleitet und dort kondensiert wird.
Sobald der im Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf eine vorbestimmte Dampftemperatur erreicht hat, die zumindest der Temperatur der Hochdruckstufe 4 entspricht, bevorzugt etwa 30°C oberhalb der Temperatur der Hochdruckstufe 4 liegt, werden das Absperrventil 17 der Bypassleitung 18 sowie das Absperrventil 16 der Entleerungsleitung 15 geschlossen und das Absperrventil 12 der Dampfleitung 11 geöffnet. Nunmehr strömt der im Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf über die Dampfleitung 11 zur Hochdruckstufe 4, um diese zu beströmen. Der die Hochdruckstufe 4 verlassende kühle Dampf wird über die kalte Zwischenüberhitzerleitung 13 zum Zwischenüberhitzer 8 geleitet, wo er erhitzt wird. Das Absperrventil 16 der zum Kondensator 7 führenden Entleerungsleitung 15 ist zu diesem Zeitpunkt geschlossen. Der im Zwischenüberhitzer 8 erhitzte Dampf wird dann, wie es zuvor bereits beschrieben wurde, über die heiße Zwischenüberhitzerleitung 19 der Mitteldruckstufe 5 und anschließend der Niederdruckstufe 6 zugeführt.
Dank der Tatsache, dass bis zum Erreichen der vorbestimmten Dampftemperatur, die für eine ordnungsgemäße Beströmung der Hochdruckstufe 4 erforderlich ist, der im Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf vorbei an der Hochdruckstufe 4 zur Mitteldruckstufe 5 geleitet wird, kann die Wartezeit unter Aufnahme einer kleinen Leistung verkürzt werden. Sobald der im Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf die vorbestimmte Temperatur erreicht hat, wird die Hochdruckstufe 4 hinzugeschaltet, so dass das Dampfturbinensystem 1 die angestrebte Leistung aufnimmt. Eine Verminderung der Lebensdauer des Dampfturbinensystems 1 geht mit dieser Anfahrweise nicht einher.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Verfahren zum Anfahren eines Dampfturbinensystems (1) mit einem Dampferzeuger (2), einer mit dem Dampferzeuger (2) verbundenen Dampfturbine (3), die zumindest zwei Turbinenstufen (4, 5, 6) umfasst, die zum Zeitpunkt des Anfahrens des Dampfturbinensystems (1) unterschiedliche Ausgangstemperaturen aufweisen, einem mit der Dampfturbine (3) verbundenen Kondensator (7) und einem von der Dampfturbine (3) angetriebenen Verbraucher (10), bei dem mit dem im Dampferzeuger (2) erzeugten Dampf die Dampfturbine (3) angefahren wird, dadurch gekennzeichnet, dass bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur des im Dampferzeuger (2) erzeugten Dampfes, die zumindest der Temperaturanforderung der Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur entspricht, nur die Turbinenstufe (5, 6) geringerer Ausgangstemperatur betrieben wird, und dass erst ab Erreichen der vorbestimmten Temperatur die Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur zugeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur (4) bis zum Erreichen der vorbestimmten Temperatur zur Verringerung der Ventilationsleistung derart mit dem Kondensator (7) verbunden wird, dass in die Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur eingeleiteter Sperrdampf in den Kondensator (7) geleitet und dort kondensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im Dampferzeuger (2) erzeugte Dampf bis zum Erreichen der vorbestimmten Temperatur durch eine die Turbinenstufe (4) höherer Ausgangstemperatur umgehende Bypassleitung (18) zur Turbinenstufe (5, 6) geringerer Ausgangstemperatur geleitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbinenstufe höherer Ausgangstemperatur (4) eine Hochdruckstufe ist.