DE102020201640A1

DE102020201640A1 - Erneuerung von Dampfturbinenanlagen und Anlage

Info

Publication number: DE102020201640A1
Application number: DE102020201640.2A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Ernstberger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2020-02-11
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2021-08-12
Also published as: WO2021160367A1

Abstract

Das Umrüsten einer bestehenden Dampfturbinenenergieerzeugungsanlage beinhaltet die Trennung von Hochdruck- und Niederdruckteil und das Anschließen einer Gasturbine an einem HRSG, so dass mit den neuen Hochdruckdampfturbinen ein GuD-Kraftwerk vorhanden ist, das allerdings nicht in demselben Wellenstrang hängt wie der Niederdruckteil.Das Konzept von „Hybrid Single Shaft for Steam Turbine Repowering“ nutzt den Niederdruck-Abschnitt der bestehenden Dampfturbine und des ursprünglichen Dampfturbinengenerators an ihrem gegebenen Standort. Der Hochdruckteil (mit oder ohne Zwischenteil) ist vom Niederdruckteil getrennt. Die Hochdruck-Dampfturbine befindet sich in der Nähe des HRSG. Sie ist auf der gleichen Welle wie die von Gasturbine und Gasturbinen-Generator. Es bildet einen separaten Antriebsstrang mit Gasturbine und Turbinen-Generator der Gasturbine.

Description

Die Erfindung betrifft das Umrüsten („Repowering“) bestehender Dampfturbinenanlagen sowie die dadurch neu geschaffene Anlage als solche.
Beim „Repowering“ bestehender Dampfturbinenanlagen von einem rein konventionellen Dampfkreislauf zu einer kombinierten Kreislaufanlage (GuD) wird der vorhandene Dampferzeuger durch eine oder mehrere Gasturbinen-Wärme-Rückgewinnungs-Dampferzeuger (HRSG) ersetzt. Der in dem HRSG erzeugte Dampf wird der bestehenden Dampfturbine zugeführt. Typischerweise müssen die neuen HRSG aufgrund von Platzmangel weit entfernt von den bestehenden Dampfturbinen liegen. Dementsprechend gibt es lange Dampfleitungen zwischen den einzelnen, neuen HRSG`n und der bestehenden Dampfturbine. Die Hochdruck- und Hochtemperaturleitungen für die Bereiche Hauptdampf und Heißdampf weisen eine signifikante thermische Ausdehnung auf, sind schwer räumlich anzuordnen, kostspielig und reduzieren das dynamische Verhalten der Anlage.
Im Stand der Technik des Dampfturbinen-Repowering nutzt man die vorhandenen Dampfturbinenabschnitte als kombinierte Komponenten, die alle den gleichen Generator antreiben. Die bestehende Dampfturbine wird von neuen HRSG`n mit Dampf in den verschiedenen Druckstufen versorgt. Typischerweise werden drei Druckstufen in Kombination angewendet. Dementsprechend werden eine oder mehrere Hochdruck-Dampfleitung(en), eine oder mehrere heiße und kalte Mitteldruck-Zwischenüberhitzungsdampfleitungen und eine oder mehrere Niederdruckdampfleitungen zwischen HRSG und der bestehenden Dampfturbine verlegt.
Es sei Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorgehensweise nach Anspruch 1 und einer Anlage gemäß Anspruch 3.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um Vorteile zu erzielen.
Das Umrüsten einer bestehenden Dampfturbinenenergieerzeugungsanlage beinhaltet die Trennung von Hochdruck- sowie optional Mitteldruck und Niederdruckteil und das Anschließen einer Gasturbine vorzugsweise mit einem HRSG, so dass mit den neuen Hochdruckdampfturbinen ein GuD-Kraftwerk vorhanden ist, das allerdings nicht in demselben Wellenstrang hängt wie der Niederdruckteil.
Das Konzept von „Hybrid Single Shaft for Steam Turbine Repowering“ nutzt den Niederdruck-Abschnitt einer bestehenden Dampfturbine und des ursprünglichen Dampfturbinengenerators an ihrem bereits gegebenen lokalen Standort.
Der Hochdruckteil mit oder ohne Mitteldruckteil, wird vom Niederdruckteil getrennt.
Die Hochdruck-Dampfturbine, mit oder ohne Mitteldruck-Dampfturbine wird in der Nähe zum HRSG angeordnet. Sie ist oder sind auf der gleichen Welle wie die von Gasturbine und Gasturbinen-Generator und bildet oder bilden somit einen separaten Antriebsstrang mit Gasturbine und Turbinen-Generator der Gasturbine.
Das neue Konzept der „Hybrid-Einzelwelle für das Repowering von Dampfturbinen“ reduziert den Abstand zwischen dem HRSG- und HP/IP-Abschnitt (HP = Hochdruck; IP = Mitteldruck) der Dampfturbine und der Länge der Verbindung hochlegierter Rohrleitungen. Dies reduziert die relevanten Materialkosten und die Montagezeit. Es reduziert Druckverluste und verbessert die Anlageneffizienz. Eine erhöhte Leistungsabgabe wird beim Anfahren der Anlage erreicht, wenn die separate ND-Dampfturbine (ND- Niederdruck) bereits Strom erzeugt, während die HP/IP-Turbine noch für Vorwärmzwecke umgangen wird.
Die konzentrierte Anordnung von HRSG und HP/IP Dampfturbine dicht beieinander reduziert die Länge von hochlegierten Rohrleitungen und Effizienzverluste durch Druckabfall. Die Trennung des HP/IP-Bereichs von LP-Dampfturbine verbessert die Anlagenflexibilität.
Der HP/IP-Abschnitt der Dampfturbine kann in der Nähe des HRSG und getrennt von der ND-Dampfturbine angeordnet sein, jedoch mit eigenständigem Generator.
Es zeigt die 1 schematisch eine Anlage in der Ausgangssituation (1) und erfindungsgemäße Anlagen in 2, 3.
Die 1 zeigt schematisch die Ausgangssituation. Es ist eine Anlage 1` mit einer Dampfturbine oder einem Dampfturbinensatz vorhanden, der zumindest eine ältere Hochdruckturbine 10', optional zumindest eine daran angeschlossene ältere Mitteldruckturbine 13' sowie eine ältere Niederdruck-Turbineneinheit(en) 4 aufweist. Solch ein reiner Dampfturbinensatz 4, 10', 13' wird z.B. nur mit Kohle befeuert.
Ebenso weist dieser Dampfturbinensatz 4, 10', 13' einen älteren Generator 7 auf, der von dem Dampfturbinensatz 4, 10', 13' angetrieben wird und Elektrizität erzeugt.
Der ältere Generator 7 hat eine Welle mit den Turbinen 4, 10', 13' gemeinsam. Die Reihenfolge und Anordnung von Dampfturbinen 4, 10', 13' und Generator 7 ist nur exemplarisch.
Zur Umrüstung auf eine neue Anlage 1 gemäß schematischer 2 werden die Hochdruckturbine 10' und optional Mitteldruckturbine 13' durch modernere ersetzt oder hochgradig modernisiert und sie werden an eine neue Gasturbine 16 angeschlossen, die dann eine GuD-Einheit 12 mit einem HRSG 19 und einem weiteren, neuen oder zumindest neu installiertem Generator 22, also eine GuD nach dem Stand der Technik bilden.
Diese neu geschaffene GuD-Einheit 12 aus Gasturbine 16, weiterem Generator 22, neuer Hochdruckturbine 10 und optional neuer Mitteldruckturbine 13, Generator 22 hängen an einem Antriebsstrang, wobei die frühere mechanische Verbindung zwischen Hochdruck- und Mitteldruck- und Niederdruckturbineneinheit 4 nicht mehr vorhanden ist.
Der ältere benutzte Niederdruckteil 4 mit seinem eigenen Generator 7 und separater Welle wird aber weiterhin genutzt. Der Niederdruckteil 4 kann auch überarbeitet sein oder werden (refurbished).
Der Niederdruckteil 4 wird „dampftechnisch“ auch mit neuer Hochdruckturbine 10 und neuer Mitteldruckturbine 13 sowie optional dem HRSG 19 der GuD-Einheit 12 verbunden.
Ebenso ist es möglich, eine zweite neue Einheit 12' separat zu der ersteren GuD-Einheit 12 anzuschließen (3) mit weiterer neuer Gasturbine 16', weiterem neuen Generator 22', weitere neue Hochdruckdampfturbine 11 und/oder weitere neue Mitteldruckturbine 14.
Dampftechnisch sind diese auch an die ältere Niederdruckturbine 4 angeschlossen, also GuD-Einheiten 12, 12' und Niederdruckturbine 4 bilden eine miteinander verbundene Einheit.
Die Erfindung bezieht sich auch auf

a) Anlagen gemäß 1 ohne Mitteldruckturbine oder
b) eine Anlage gemäß 1 nur aus Mitteldruck und Niederdruckturbine(n), d.h. eine Anlage 1` aus zumindest zwei verschiedenen, insbesondere drei Dampfturbinentypen wird so umgebaut, dass eine oder zwei Dampfturbinen, die mit höherem Druck arbeiten, an eine Gasturbine angeschlossen werden und zwei oder eine Dampfturbine, die mit niedrigem Druck arbeiten, am ursprünglichen Ort verbleiben.

Demensprechend wird dann im Fall a) nur die Hochdruckturbine 10 versetzt.
Demensprechend wird dann im Fall b) nur die Mitteldruckturbine versetzt.
Ebenso kann ausgehend von 1 nur die Hochdruckturbine versetzt werden und Mitteldruck- und Niederdruckturbine(n) verbleiben am älteren Generator 7 und damit an einem Wellenstrang.

Claims

Verfahren zum Umrüsten einer Anlage (1') mit Dampfturbinen (4, 10', 13') und/oder zumindest mit einem Dampfturbinensatz, wobei die Anlage (1') mit Dampfturbinen (4, 10', 13') und/oder der zumindest eine Dampfturbinensatz zumindest aufweisen: zumindest eine Hochdruckturbine (10') und/oder zumindest eine Mitteldruck-Dampfturbine (13') sowie zumindest einen Niederdruck-Dampfturbinensatz (4), ein Generator (7), wobei der Generator (7) mit den Turbinen (4, 10', 13') über eine gemeinsame Welle verbunden ist, wobei die Hochdruck- (10') und optional vorhandene Mitteldruckturbine (13') modernisiert oder vollkommen ersetzt werden und von dem Wellenstrang des Niederdruck-Turbinensatzes (4) und damit von dem ursprünglichen Generator (7) getrennt werden, und eine neue Hochdruckturbine (10, 11) und optional eine neue Mitteldruck-Dampfturbine (13, 14) an einen neuen Generator (22, 22') zumindest einer GuD-Einheit (12, 12') mit neuen Gasturbinen (16, 16'), insbesondere mit HRSG (19, 19'), einer Anlage (1, 1'') angeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine weitere Gasturbineneinheit (12') mit: weiterer, neuer Gasturbine (16') weiterer, neuer Hochdruckturbine (11), optional weiterer, neuer Mitteldruck-Dampfturbine (14) sowie weiteren, neuen Generator (22') angeschlossen wird.
Anlage, insbesondere hergestellt nach Anspruch 1 oder 2, die aufweist: zumindest eine modernisierte oder zumindest eine neue Hochdruckturbine (10, 11), optional zumindest eine modernisierte oder zumindest eine neue Mitteldruck-Dampfturbine (13, 14) sowie einen älteren, gebrauchten Niederdruck-Dampfturbinensatz (4), einen älteren Generator (7), der zumindest mit einem älteren, gebrauchten Niederdruck-Dampfturbinensatz (4) über eine gemeinsame Welle verbunden ist, wobei die Hochdruck- (10, 11) und/oder Mitteldruckturbine (13, 14) nicht verbunden sind mit dem Wellenstrang der Niederdruckturbine (4) und damit nicht mit dessen älteren Generator (7), wobei die neue Hochdruckturbine (10, 11) und/oder die neue Mitteldruck-Turbine (13, 14) mit einem neuen Generator (22, 22') und neuer Gasturbinen (16, 16') zu einer GuD-Einheit (12, 12'), insbesondere mit HRSG (19, 19'), verbunden sind.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder Anlage nach Anspruch 3, bei dem die GuD-Einheit (12, 12') zumindest eine Gasturbine (16, 16'), einen Generator (22, 22') sowie zumindest einen HRSG (19, 19') aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4 oder Anlage nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Niederdruck-Dampfturbinensatz (4) angeschlossen wird oder ist an zumindest einen HRSG (19, 19') der GuD-Einheiten (12, 12').