-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion zumindest einer im Inneren einer Dampfturbine angeordneten oder fluidtechnisch mit dieser verbundenen Komponente nach einem Abfahren der Dampfturbine. Ferner betrifft die Erfindung eine Dampfturbine, die zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignet ist.
-
Dampfturbinen sind im Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt. Während des Betriebs einer Dampfturbine wird erhitzter Dampf der Dampfturbine zugeführt und in dieser entspannt. Hierbei wird thermische Energie in mechanische Energie umgewandelt, die zum Antreiben eines Verbrauchers genutzt wird, wie beispielsweise eines Generators.
-
Nach einem Abfahren einer Dampfturbine kühlt diese allmählich ab. Der in der Dampfturbine befindliche Dampf kondensiert, sobald die Temperatur des Dampfes die Taupunkttemperatur unterschreitet. Zudem dringen feuchte Luft und Sauerstoff aus der Umgebung durch Dichtungen des Turbinengehäuses ins Innere der Dampfturbine ein, was während des Dampfturbinenbetriebs beispielsweise durch ein Sperrdampfsystem verhindert wird. Hieraus resultiert die Gefahr einer Stillstandskorrosion von im Inneren der Dampfturbine angeordneten oder fluidtechnisch mit dieser verbundenen metallischen Komponenten, wie beispielsweise Turbinengehäuse, Luftschaufeln, Leitschaufeln, Rotoren, Kondensatoren oder dergleichen.
-
Zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion während längerer Stillstandszeiten eines Dampfturbinensystems ist es bereits bekannt, externe Trockenluftquellen anzuschließen, die Luft aus der Umgebung trocknen und dann kontinuierlich ins Innere der Dampfturbine einleiten. Die eingeleitete Trockenluft nimmt Feuchtigkeit auf und führt diese ab. Auf diese Weise wird einer Stillstandskorrosion effektiv entgegengewirkt. Der Zeitpunkt, zu dem Trockenluft ins Innere der Dampfturbine geleitet wird, beruht auf Erfahrungswerten. So kann es beispielsweise vorgeschrieben sein, dass das Innere einer Dampfturbine nach dem Abfahren mit Trockenluft zu beaufschlagen ist, wenn die erwartete Dauer des Stillstands mehr als drei Tage beträgt, um nur ein Beispiel zu nennen. Ein Nachteil eines solchen Einsatzes von Trockenluft besteht allerdings darin, dass ein Anschließen der Trockenluftquelle in der Praxis mit großem Aufwand einhergeht.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren zur Vermeidung einer Stillstandskorrosion zumindest einer im Inneren einer Dampfturbine angeordneten oder fluidtechnisch mit dieser verbundenen Komponente nach einem Abfahren der Dampfturbine sowie eine alternative Dampfturbine zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, das die Schritte umfasst: a) Abfahren der Dampfturbine und b) Beheizen der zumindest einen Komponente während des Stillstands der Dampfturbine derart, dass die Oberflächentemperatur der zumindest einen Komponente während der Dauer des Stillstands stets oberhalb der Taupunkttemperatur eines im Inneren der Dampfturbine vorhandenen Dampfes gehalten wird.
-
Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass sich auf den Komponenten im Inneren der Dampfturbine keine Feuchtigkeit niederschlagen kann, wenn die Oberflächentemperatur einer korrosionsgefährdeten Komponente oberhalb der Taupunkttemperatur des in der Dampfturbine befindlichen Dampfes gehalten wird. Das vorgeschlagene Verfahren erfordert im Falle eines Stillstands keine Montage zusätzlicher Vorrichtungen an der abgefahrenen Dampfturbine, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können.
-
Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren unter Einsatz geeigneter Sensoren und zumindest einer Steuerung derart automatisiert, dass das Beheizen der zumindest einen Komponente einsetzt, wenn die Oberflächentemperatur der zumindest einen Komponente unter die Taupunkttemperatur des im Innern der Dampfturbine befindlichen Dampfes zu sinken droht. Als Sensoren kommen insbesondere solche Sensoren in Frage, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie die aktuelle Oberflächentemperatur der zumindest einen Komponente und/oder die aktuelle Dampftemperatur und/oder den im Innern der Dampfturbine vorherrschenden Druck erfassen. Bei Erreichen vorbestimmter Grenzwerte kann dann ein Beheizen der zumindest einen Komponente unter Einsatz der Steuerungsgeräte erfolgen.
-
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beheizen der zumindest einen Komponente in Schritt b) unter Verwendung einer Niederdruckleitschaufelheizeinrichtung. Eine solche Niederdruckleitschaufelheizeinrichtung kann in Dampfturbinen der eingangs genannten Art bereits vorhanden sein. Sie wird normalerweise dazu verwendet, während des Abfahrens der Dampfturbine Wärmespannungen zu reduzieren.
-
Bevorzugt wird die im Bereich der Niederdruckleitschaufelheizeinrichtung vorhandene erwärmte Luft abgesaugt und einer weiteren zu beheizenden Komponente im Inneren der Dampfturbine zwecks Erwärmung derselben zugeführt. Entsprechend können neben den Niederdruck-Leitschaufeln auch weitere korrosionsgefährdete Komponenten unter Verwendung besagter Heizeinrichtung erwärmt werden.
-
Bei einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Beheizen der zumindest einen Komponente in Schritt b) alternativ oder zusätzlich durch wenigstens eine Induktionsspule und/oder durch wenigstens eine Widerstandsheizeinrichtung. Bei Anbringung einer derartigen Induktionsspule beispielsweise am Rotor einer Dampfturbine werden neben dem Rotor selbst auch die am Rotor befindlichen Schaufelfußnuten beheizt, was mittelbar auch zu einer ausreichenden Beheizung der darin angeordneten Laufschaufeln führen kann.
-
Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Beheizen der zumindest einen Komponente in Schritt b) alternativ oder zusätzlich durch wenigstens eine Heizmatte erfolgt, insbesondere durch wenigstens eine Widerstandsheizmatte. Derartige Heizmatten eignen sich besonders für die Montage an ebenen oder zylindrisch bzw. kegelförmig gekrümmten Oberflächen, wie beispielsweise an einer Außenfläche eines Turbineninnengehäuses.
-
Gemäß einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Beheizen der zumindest einen Komponente in Schritt b) alternativ oder zusätzlich durch wenigstens eine auf der Komponente vorgesehene aktivierbare Heizbeschichtung. Eine aktivierbare Heizbeschichtung (PCM-Beschichtung) nutzt die mit einem Übergang zwischen verschiedenen Phasen verbundene Wärmeenergie. Die aktivierbare Heizbeschichtung wird während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Dampfturbine durch Phasenwechsel von der festen in die flüssige Phase aufgeladen und gibt ihre Wärme während des Stillstands der Dampfturbine durch Phasenwechsel in umgekehrter Richtung ab, um die beschichtete Komponente zu beheizen.
-
Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ferner eine Dampfturbine, die insbesondere zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist, wobei die Dampfturbine wenigstens eine Induktionsspule und/oder wenigstens eine Heizmatte und/oder wenigstens eine auf einer im Innern der Dampfturbine angeordneten Komponente vorgesehene aktivierbare Heizbeschichtung zum Beheizen zumindest einer im Innern der Dampfturbine angeordneten Komponente auf eine Temperatur oberhalb der Taupunkttemperatur eines im Innern der Dampfturbine vorhandenen Dampfes.
-
Durch die beheizbare Ausgestaltung korrosionsgefährdeter Komponenten im Inneren der Dampfturbine können diese während des Stillstands der Dampfturbine stets oberhalb der Taupunkttemperatur des in der Dampfturbine befindlichen Dampfes gehalten werden, so dass sich an ihren Oberflächen keine Feuchtigkeit niederschlägt und Korrosion daher weitgehend vermieden wird.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer Dampfturbinen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung deutlich. Darin ist
-
1 eine schematische Querschnittansicht einer Dampfturbinenstufe einer Dampfturbine gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
-
2 eine schematische Querschnittansicht einer Dampfturbinenstufe einer Dampfturbine gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
-
3 eine schematische Querschnittansicht einer Dampfturbinenstufe einer Dampfturbine gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 zeigt schematisch eine Dampfturbine 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Dampfturbine 1 umfasst eine Turbinenstufe 2 mit einer mit Laufschaufeln 3 versehenen Welle 4, ein mit Leitschaufeln 5 versehenes Innengehäuse 6 und ein Außengehäuse 7. Am Außenumfang des Innengehäuses 6 sind Widerstandsheizmatten 8 angeordnet, die derart ausgebildet sind, dass sie unter Zuführung elektrischen Stroms das Außengehäuse 7 beheizen. Innerhalb des Innengehäuses 6 sind Sensoren 9 vorgesehen, die datentechnisch mit einer Steuerung 10 verbunden sind. Bei den Sensoren 9 kann es sich beispielsweise um solche Sensoren handeln, die Messwerte in Form der Oberflächentemperatur einer korrosionsanfälligen Komponente und/oder der Dampftemperatur und/oder des Druckes im Innengehäuse 6 erfassen, um nur einige Beispiele zu nennen. Die Steuerung 10 ist derart ausgelegt, dass sie basierend auf den Messwerten der Sensoren 9 das Gefahrenpotential einer Stillstandskorrosion innerhalb des Innengehäuses 6 angeordneter Komponenten beurteilt und bei vorhandenem Gefahrenpotential die Wärmeabgabe der Widerstandsheizmatten 8 entsprechend steuert, um durch das Beheizen der Komponenten eine Stillstandskorrosion zu verhindern.
-
Nach einem Abfahren der Dampfturbine 1 erfassen die Sensoren 9 kontinuierlich oder in vorbestimmten zeitlichen Abständen Messwerte und leiten diese an die Steuerung 10 weiter. Die Steuerung 10 beurteilt basierend auf den empfangenen Messwerten, inwieweit eine Gefahr besteht, dass die Oberflächentemperatur korrosionsanfälliger Komponenten die Taupunkttemperatur des Dampfes unterschreitet. Eine solche Beurteilung kann beispielsweise anhand eines Vergleiches der von den Sensoren 9 erfassten Messgrößen mit vorab definierten Grenzwerten erfolgen, um nur ein Beispiel zu nennen. Sobald seitens der Steuerung 10 ein Gefahrenpotential detektiert wird, steuert diese die Wärmeabgabe der Widerstandsheizmatten 8 entsprechend, so dass diese das Innengehäuse 6 mit einer vorbestimmten Temperatur derart beheizen, dass sichergestellt ist, dass die Oberflächentemperatur der korrosionsanfälligen Komponenten während des Gehäusestillstands der Dampfturbine 1 stets oberhalb der Taupunkttemperatur des Dampfes gehalten wird. Auf diese Weise wird sicher verhindert, dass der Dampf an den korrosionsanfälligen Komponenten kondensiert.
-
2 zeigt eine Variante der in 1 dargestellten Dampfturbine 1, bei der anstelle der Widerstandsheizmatten 8 an der Welle 4 vorgesehenen Induktionsspulen 11 verwendet werden, um die innerhalb des Innengehäuses 6 angeordneten korrosionsgefährdeten Komponenten derart zu beheizen, dass ihre Oberflächentemperatur oberhalb der Taupunkttemperatur des Dampfes liegt.
-
3 zeigt noch eine weitere Variante der in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Dampfturbine 1, bei der anstelle der Widerstandsheizmatten 8 eine an der Oberfläche der Welle 4 vorgesehene aktivierbare Heizbeschichtung (PCM-Beschichtung) zum Beheizen der korrosionsgefährdeten Komponenten vorgesehen ist. Diese Heizbeschichtung wird während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Dampfturbine durch Phasenwechsel von der festen in die flüssige Phase aufgeladen und gibt ihre Wärme während des Stillstands der Dampfturbine durch Phasenwechsel in umgekehrter Richtung ab, um die beschichtete Komponente zu beheizen
-
Es sollte klar sein, dass die Widerstandsheizmatten 8, die Induktionsspulen 11 ebenso wie die Heizbeschichtung 12 nicht nur alternativ sondern auch in Kombination verwendet werden können. Ferner sollte klar sein, dass die Widerstandsheizmatten 8, die Induktionsspulen 11 und die Heizbeschichtung 12 auch an alternativen oder zusätzlichen Positionen zum Beheizen korrosionsanfälliger Komponenten angeordnet werden können. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass alternativ oder zusätzlich zu den in den 1 bis 3 dargestellten Heizeinrichtungen auch andere Heizeinrichtungen zum Einsatz kommen können, wie beispielsweise eine Niederdruckleitschaufelheizeinrichtung, die sonst beim Anfahren der Dampfturbine 1 zum Beheizen der Niederdruckleitschaufeln eingesetzt wird, um Wärmespannungen zu reduzieren, Widerstandsheizeinrichtungen oder dergleichen.
-
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.
