DE19506787A1

DE19506787A1 - Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine

Info

Publication number: DE19506787A1
Application number: DE19506787A
Authority: DE
Inventors: Rolf Bachmann
Original assignee: ABB Management AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2015-02-28
Also published as: DE19506787B4; GB2298243A; JP3795124B2; JPH08246810A; GB2298243B; CN1085288C; GB9600789D0; US5845496A; CN1134502A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dampf turbine mit mindestens zwei bei unterschiedlichen Drücken ar beitenden Teilturbinen, wobei im folgenden unter dem Begriff Teilturbinen auch verschiedenen Stufen einer eingehäusigen Dampfturbine verstanden werden sollen, bei dem mindestens ein Dampfkreislauf mit Zwischenüberhitzung verwendet wird.

Stand der Technik

Verfahren zum Betrieb von Dampfturbinen mit Zwischenüberhit zung sind bekannt (Lueger, Lexikon der Energietechnik und Kraftmaschinen, Deutsche Verlags-Anstalt Stuttgart, 4. Auf lage 1965, Band 7, S. 619).

Durch Zwischenüberhitzung wird die Temperatur des Dampfes, der schon im Hochdruckteil einer Dampfturbine Arbeit gelei stet hat, wieder angehoben und somit das verfügbare Gefälle vergrößert, ehe der Dampf in den Niederdruckteil der Turbine gelangt. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage erhöht.

Ein weiterer Vorteil des Betriebes von Dampf- oder Kombi kraftwerken mit Zwischenüberhitzung des Dampfes besteht darin, daß durch die Zwischenüberhitzung die Endnässe des Dampfes in den Endstufen der Turbine vermindert und dadurch die strömungstechnische Güte und die Lebensdauer verbessert werden.

Zwischenüberhitzung wird bewirkt durch die Rückführung des Dampfes zum Kessel in besondere rauchgasbeheizte Überhitzer schlangen oder durch die Führung des Dampfes in spezielle Zwischenüberhitzer, welche mit überhitztem, strömenden oder kondensierendem Frischdampf beheizt werden.

Zwischenüberhitzung wird bei Dampfmaschinen dann angewendet, wenn der Dampf bei der Expansion in der Maschine zu naß wird. Der Dampf wird dann nach Durchströmen einer Anzahl von Stufen aus der Turbine heraus zum Zwischenüberhitzer geleitet und danach erneut der Turbine zugeführt. Bei sehr hohen Druckgefällen wird eine mehrfache Zwischenüberhitzung ange wendet, um in der letzten Stufe keine zu große Dampfnässe zu erhalten.

Neben diesen Vorteilen weisen die Zwischenüberhitzerkreis läufe speziell bei Kombikraftwerken aber den Nachteil einer längeren Startzeit auf.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung versucht, diesen Nachteil zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Dampfturbine, welche aus mindestens zwei mit unterschiedlichen Drücken arbeitenden Teilturbinen besteht und mit Zwischenüberhitzung arbeitet und welche sowohl in Kombikraftwerken als auch in konventionell gefeuerten Dampfkraftwerken eingesetzt wird, die Startzeit beim Anfahren zu verringern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß bei Ver fahren zum Betrieb einer Dampfturbine, welche aus mindestens zwei mit voneinander unterschiedlichen Drücken arbeitenden Teilturbinen besteht und mit mindestens einer Zwischenüber hitzung arbeitet, wobei der Dampf nach dem Durchströmen der Teilturbine mit höherem Druck zu mindestens einem Zwischen überhitzer geleitet, dort erwärmt und danach der Teilturbine mit niedrigerem Druck zugeführt wird, während der Start- und Anfahrphase der Turbine die Teilturbine mit niedrigerem Druck mit kühlerem Dampf beschickt wird als während des Vollast/- Dauerbetriebes.

Die Vorteile der Erfindung bestehen in einer Reduzierung der Startzeit der Dampfturbine und in einer Reduzierung der me chanischen Belastung.

Es ist von Vorteil, wenn während der Anfahrphase der Turbine mindestens ein Teil des Abdampfes aus der Teilturbine mit höherem Druck über einen Bypass direkt in die Teilturbine mit niedrigerem Druck geleitet wird und erst bei Erreichen der Vollast bzw. im Dauerbetrieb der gesamte Abdampf der Teiltur bine mit höherem Druck in den Zwischenüberhitzer geleitet, dort erwärmt und anschließend der Teilturbine mit niedrige rem Druck zugeführt wird.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn während der Anfahrphase der Turbine der heiße Zwischenüberhitzerdampf mittels Was sereinspritzung gekühlt wird, bevor er in die Teilturbine mit niedrigerem Druck geleitet wird.

Es ist vorteilhaft, wenn der über die Bypassleitung direkt zur Teilturbine mit niedrigerem Druck geleitete Abdampfstrom mittels Wassereinspritzung im Bypass gekühlt wird, weil da durch genügend Eingriffsmöglichkeiten zur Steuerung der Dampfturbine in der Anfahrphase vorhanden sind.

Es ist besonders zweckmäßig, wenn während der Anfahrphase der Dampfturbine der gesamte Abdampfaus der Teilturbine mit höherem Druck über den Bypass direkt in die Teilturbine mit niedrigerem Druck geleitet wird. Dann kann die Teilturbine mit niedrigerem Druck mit relativ kaltem Dampfangefahren werden, so daß ein sehr schnelles Anfahren der Dampfturbine möglich ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Menge des Bypassstromes in Abhängigkeit vom Zustand der Dampfturbine vor und während dem Start und/oder von den Durchströmungsbedürfnissen des Zwischenüberhitzers gesteuert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer aus mehreren Teilturbinen bestehenden Dampftur bogruppe, welche in einem Kombikraftwerk integriert sind, dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung von Gasturbogruppe, Ab hitzekessel, Dampfturbogruppe, Zwischenüberhitzer und Generator in einem Kombikraftwerk, wobei die Dampfturbine aus einer Hochdruck(HD)- und einer Niederdruck(ND)-Teilturbine besteht;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Dreidruckdampf turbogruppe mit Zwischenüberhitzung zwischen den unterschiedlichen Druckstufen wahlweisem Bypassen des Zwischenüberhitzers.

Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentli chen Elemente gezeigt. Nicht dargestellt ist von der Anlage beispielsweise der Entgaser/Speisewassertank. Die Strömungs richtung der Medien ist mit Pfeilen bezeichnet.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispie len und der Fig. 1 und 2 näher erläutert.

Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Kombikraftwerk wird Umgebungsluft 1 angesaugt und durch ein Filtersystem in den Verdichter 2 der Gasturbine 3 geführt. Die Luft wird im Verdichter 2 verdichtet, anschließend mit Brennstoff 4 ver mischt und in der Brennkammer 5 verbrannt. Die dabei entste henden Verbrennungsgase treiben die Gasturbine 3 an. Durch den mit der Gasturbine 3 gekoppelten Generator 6 wird elek trische Energie erzeugt.

Die heißen Abgase 7 der Gasturbine 3 gelangen über den Ab gaskanal in den Abhitzekessel 8. Dort wird ihnen der größte Teil der noch vorhandenen Wärme entzogen und auf einen Was ser/Dampf-Kreislauf übertragen, bevor sie durch einen Kamin in die Atmosphäre gelangen.

Der Abhitzekessel 8 besteht aus verschiedenen Wärmetauscher partien 9. Zunächst wird das Wasser im Economizer fast bis zur Sättigungstemperatur erwärmt. Dann wird es im Verdampfer in Dampf umgewandelt. Der Sattdampf wird anschließend im Überhitzer weiter erhitzt. Der gewonnene Frischdampf gelangt nunmehr über eine Hochdruckdampfleitung 10 in die Hoch druck(HD)-Dampfturbine 11, wo er teilweise entspannt wird.

Der teilentspannte Dampf gelangt nun über eine Abdampfleitung 12 in der Zwischenüberhitzer 13, wird dort erwärmt und über die Leitung 14 in die Niederdruck(ND)-Teilturbine 15 gelei tet. In der HD- und ND-Turbine 11, 15 wird thermische Energie in mechanische Energie umwandelt, wobei die Dampfturbine ih rerseits mit einem Generator 16 gekoppelt ist, der Strom er zeugt.

Nach Verlassen der ND-Teilturbine 15 wird der Abdampf in ei nem Kondensator 17 in Wasser umgewandelt. Dieses wird in den hier nicht dargestellten Speisewassertank geführt, in dem auch die nichtkondensierbaren Gase entfernt werden. Über ebenfalls in der Fig. 1 nicht dargestellte Speisewasserpumpen wird das Wasser unter Druck in den Abhitzekessel 8 zurückge führt.

Das Wesentliche der Erfindung besteht nun darin, daß von der Abdampfleitung 12, welche zum Zwischenüberhitzer 13 führt, eine Bypassleitung 18 abzweigt, die direkt zum Einlaß der ND-Turbine 15 reicht, so daß die ND-Teilturbine in der Start- und Anfahrphase mit kühlerem Abdampf beaufschlagt wer den kann.

In der Anfahrphase wird mindestens ein Teil des Abdampfes aus der HD-Turbine 11 über die Bypassleitung 18 direkt in die ND- Turbine 15 geleitet. Der andere Teil des Abdampfes wird in den Zwischenüberhitzer 13 geleitet und dort erwärmt, bevor er der ND-Turbine 15 zugeführt wird. Die Mischung der beiden Ströme kann dabei vor der ND-Turbine 15 oder direkt am Ein tritt in die Turbine 15 erfolgen.

Die Öffnung des Bypasses 18 erfolgt über ein Regelventil 19. Die Öffnung kann auf den Zustand der Dampfturbine vor und während dem Start abgestimmt werden, um ein optimales Anfah ren zu gewährleisten. So wird beispielsweise bei einem Kalt start, wenn die Dampfturbine auf Raumtemperatur abgekühlt ist, die ND-Teilturbine 15 mit relativ kühlem Dampf, z. B. 300°C, angefahren, weil sonst der Spannungszustand zu hoch ist. Hier wird also in der Startphase der gesamte Abdampf strom aus der HD-Turbine 11 über die Bypassleitung 18 geführt wird und der Zwischenüberhitzer 13 erst nach der Anfahrphase beschickt.

Wird dagegen nach einer Notabschaltung, bei der die Dampftur bine noch warm ist, z. B. 500°C, neu angefahren, dann wird eine teilweise Zwischenüberhitzung des Abdampfes aus der HD- Turbine 11 vorgenommen und die ND-Turbine 15 wird mit einem Gemisch aus zwischenüberhitzem Dampf aus dem Zwischenüberhit zer 13 und Abdampf aus der HD-Turbine 11 beaufschlagt.

Das Anfahren der Maschine erfolgt nach einer Kennlinie, die den Spannungszustand der ND-Teilturbine berücksichtigt, indem z. B. kurz vor der ND-Turbine eine Temperaturmessung erfolgt, deren Signale das Ventil 19 steuern.

Außerdem ist es möglich, die Öffnung des Ventils 19 und da mit der Bypssleitung 18 auch auf die Durchströmungsbedürf nisse des Zwischenüberhitzers 13 anzupassen. Dadurch wird er reicht, daß die Startzeit der Dampfturbine gegenüber dem be kannten Stand der Technik (ohne Bypassen von Abdampf der HD- Turbine 11 am Zwischenüberhitzer 13) verkürzt wird. Ein wei terer Vorteil besteht darin, daß durch Einsatz des Bypasses die Drücke im Zwischenüberhitzungskreislauf stabilisiert wer den, wie es vom Kessel oder von der Dampfturbine verlangt wird.

Wenn die HD-Turbine zu heiß ist, dann kann auch über einen in Fig. 1 nicht dargestellten Bypass Abdampf direkt in den Kondensator eingeleitet werden, was der Stabilisierung des Systems dient.

Im Vollastbetrieb bzw. im Dauerbetrieb ist das Ventil 19 ge schlossen, so daß der gesamte Abdampf aus der HD-Turbine 11 über den Zwischenüberhitzer 13 geführt wird, bevor die ND- Turbine 15 beaufschlagt wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das eben be schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Anstelle bei einer aus räumlich getrennter HD- und ND-Turbine bestehender Dampf turbine kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer eingehäusigen Dampfturbine mit Zwischenüberhitzung angewendet werden.

Fig. 2 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel. Hier ist eine Dampfturbogruppe dargestellt, bei der HD-, Mit teldruck(MD)- und ND-Teilturbinen 11, 20, 15 vorhanden sind und jeweils zwischen HD- und MD-Turbine 11, 20 und zwischen MD- und ND- Turbine 20, 15 ein Zwischenüberhitzerkreislauf 13, 13a für den Dampf vorgesehen ist. Mittels der Bypasslei tungen 18, 18a und der Ventile 19, 19a kann jeweils die Menge des Dampfes, der in den Zwischenüberhitzern 13, 13a erwärmt wird bzw. die Menge des nicht über die Zwischenüberhitzer 13, 13a geführten Dampfes variiert werden.

Weiterhin kann mit diesem Verfahren auch ein konventionell befeuertes Dampfkraftwerk betrieben und die o.g. Vorteile er zielt werden.

Außerdem ist es möglich, die Startzeit der Dampfturbine und die mechanischen Belastungen zu reduzieren, wenn während der Anfahrphase anstelle des Bypassens mindestens eines Teils des Abdampfes aus der HD-Turbine 11 am Zwischenüberhitzer 13 der Abdampf in den heißen Zwischenüberhitzer 13 geleitet und dort mittels einer nicht in den Figuren dargestellter Wasser einspritzung gekühlt wird. Auch eine Kombination der beiden Möglichkeiten (Bypass des Abdampfes am Zwischenüberhitzer und Wassereinspritzung) kann ohne weiteres angewendet werden.

Bezugszeichenliste

1 Umgebungsluft
2 Verdichter
3 Gasturbine
4 Brennstoff
5 Brennkammer
6 Generator
7 Abdampf aus der Gasturbine
8 Abhitzkessel
9 Wärmetauscherpartien
10 Hochdruckdampfleitung
11 Dampfteilturbine mit höherem Druck
12 Abdampfleitung
13, 13a Zwischenüberhitzer
14 Leitung zur Dampfteilturbine mit niedrigerem Druck
15 Dampfteilturbine mit niedrigerem Druck
16 Generator
17 Kondensator
18, 18a Bypassleitung
19 Ventil
20 Dampfteilturbine mit mittlerem Druck

Claims

1. Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine, welche aus mindestens zwei mit voneinander unterschiedlichen Drük ken arbeitenden Teilturbinen (11, 15) besteht und mit mindestens einer Zwischenüberhitzung arbeitet, wobei der Dampf nach dem Durchströmen der Teilturbine mit höherem Druck (11) zu mindestens einem Zwischenüberhitzer (13) geleitet, dort erwärmt und danach der Teilturbine mit niedrigerem Druck (15) zugeführt wird, dadurch gekenn zeichnet, daß während der Start- und Anfahrphase der Turbine die Teilturbine mit niedrigerem Druck (15) mit kühlerem Dampf beschickt wird als während des Vollast/- Dauerbetriebes.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase der Turbine mindestens ein Teil des Abdampfes aus der Teilturbine mit höherem Druck (11) über einen Bypass (18) direkt in die Teilturbine mit niedrigerem Druck (15) geleitet wird und erst bei Errei chen der Vollast bzw. im Dauerbetrieb der gesamte Ab dampf der Teilturbine mit höherem Druck (11) in den Zwi schenüberhitzer (13) geleitet, dort erwärmt und anschließend der Teilturbine mit niedrigerem Druck (15) zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase der Turbine der heiße Zwischen überhitzerdampf mittels Wassereinspritzung gekühlt wird, bevor er in die Teilturbine mit niedrigerem Druck gelei tet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der über die Bypassleitung (18) direkt zur Teiltur bine mit niedrigerem Druck (15) geleitete Abdampfstrom mittels Wassereinspritzung im Bypass gekühlt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Anfahrphase der Turbine der gesamte Abdampf aus der Teilturbine mit höherem Druck (11) über die By passleitung (18) direkt in die Teilturbine mit niedrige rem Druck (15) geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Bypassstromes in Abhängigkeit vom Zustand der Dampfturbine vor und während dem Start und/oder von den Durchströmungsbedürfnissen des Zwischenüberhitzers (13) gesteuert wird.