EP0057260A2 - Dampfkraftwerk - Google Patents

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EP0057260A2
EP0057260A2 EP81108656A EP81108656A EP0057260A2 EP 0057260 A2 EP0057260 A2 EP 0057260A2 EP 81108656 A EP81108656 A EP 81108656A EP 81108656 A EP81108656 A EP 81108656A EP 0057260 A2 EP0057260 A2 EP 0057260A2
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EP
European Patent Office
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steam
generator
compressor
drive unit
power plant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP81108656A
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English (en)
French (fr)
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EP0057260A3 (de
Inventor
Werner Dipl.-Ing. Emsperger
Hans Tränkenschuh
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Kraftwerk Union AG
Original Assignee
Kraftwerk Union AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/08—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle

Definitions

  • the invention relates to a steam power plant with a steam generator, a steam turbine for driving an electric main generator and a flue gas side a flue gas turbine are connected downstream on the fresh steam side and to which a compressor for the combustion air is connected with a compressor drive unit.
  • Such a steam power plant is known from Figure 2 on page 310 of the magazine "Brown Boveri Mitteilungen” 7 / 8-1975.
  • the smoke gas turbine of this known steam power plant is the compressor drive unit of the compressor for the combustion air, with the drive shaft of which the drive shaft of the smoke gas turbine is coupled. With the drive shaft of the compressor for the combustion air, the output shaft of an electric motor is also coupled, with which this compressor is operated in the start-up phase of the steam power plant.
  • the well-known steam power plant has a charged steam generator.
  • the flue gas turbine of this steam power plant is connected to a flue gas bypass line with a control flap in parallel.
  • a partial amount of flue gas must constantly flow through the bypass line on the flue gas turbine when the main electric generator is stationary be led past into the fireplace.
  • the compressor delivers exactly the amount of combustion air required for the stationary load to the steam generator.
  • the throughput opening on the control flap in the flue gas bypass line is reduced, so that the speed of the flue gas turbine and compressor increases and, accordingly, more combustion air is conveyed to the steam generator.
  • the throughput opening on the control flap in the flue gas bypass line is increased when the load on the main electrical generator decreases, so that the speed of the flue gas turbine and compressor decreases.
  • the overall efficiency of the known steam power plant is impaired due to the fact that the flue gas partial flow constantly flows unused through the flue gas bypass line, particularly in stationary operation.
  • the invention has for its object to provide a steam power plant of the type mentioned with good controllability and improved overall efficiency.
  • such a steam power plant is characterized according to the invention in that the smoke gas turbine is the drive unit for an additional electrical generator, which is separate from the compressor.
  • the compressor drive unit and the compressor can have any speed and thus always exactly that Promote the output of the main electric generator to the appropriate amount of combustion air in the steam generator.
  • this steam generator can be designed so that the flue gases leaving it have a much higher temperature than would be permissible if the flue gas turbine were the drive unit of the compressor.
  • the additional electrical generator which can feed power into the electrical network, with the flue gas turbine and thereby improve the overall efficiency of the steam power plant.
  • the compressor for the combustion air is not coupled to the flue gas turbine and is driven independently of it by the separate compressor drive unit, the speed of which can be adapted to a changed nominal output of the main electric generator with little or no delay, 'is also a good control capability of the steam power plant guaranteed.
  • the main electrical generator is assigned a control device with an actuator which influences the speed of the compressor drive unit as a function of the control deviation formed by the difference between the target power and the actual power of the main electric generator.
  • the continuous steam generator 3 is a so-called rechargeable steam generator in which a fluidized bed of coal dust is burned, which contains an absorbent such as limestone or dolomite.
  • the feed device for this coal dust is not shown in the drawing.
  • the steam generator 3 is charged with combustion air by a compressor 1 for the combustion air, which is connected to the combustion air supply line 19 of the steam generator 3.
  • the steam turbine 8 is followed by a condenser 10 for the relaxed steam with a condensate pump 11, which pumps the condensate via a low-pressure preheating stage 13 into a feed water tank 14, which is also effective as a degasser.
  • a feed water pump 15 with a feed water preheater 16 connected downstream is connected to the feed water tank 14 and lies in the feed water feed line 20 of the steam generator 3.
  • An auxiliary steam turbine is provided as the drive unit 2 for the compressor 1, which is connected via a live steam line 22 to the live steam line 18 going from the steam generator 3 to the steam turbine 8.
  • a condenser 7 for the relaxed steam with a downstream condensate pump 12 is connected on the steam side to this auxiliary steam turbine.
  • the condensate pump 12 is also located at the condensate inlet of the low-pressure preheating stage 13.
  • a controller 25 which in the present case is a valve.
  • a sensor 26 for the actual output of an electrical main generator 9 is also connected to this controller 25.
  • This main electrical generator 9 is driven by the steam turbine 8 to which it is coupled.
  • a transmitter 27 for the target power P s of the electrical main generator 9 is also connected to the controller 25.
  • the controller 25 emits an opening pulse to the actuator (not shown) of the actuator 17 consisting of a valve if the actual power P is less than the target power P s , and one Closing pulse when the actual power P is greater than the target power P s . Accordingly, the speed of the compressor 1 for the combustion air and thus also the amount of combustion air conveyed into the steam generator 3 is increased or decreased. Synchronous for this purpose, there is also an increased or reduced supply of coal dust and / or feed water from the feed water tank 14 into the steam generator 3, so that the control deviation P s -P finally becomes zero again.
  • the changing speeds of the compressor 1 during the various control processes are therefore not applied by the smoke gas turbine 5, but only by the auxiliary steam turbine which represents the drive unit 2 of the compressor 1 which is separate from the smoke gas turbine 5.
  • the steam generator 3 can be designed such that the smoke gases leaving it through the smoke gas discharge line 21 have an optimally high temperature, as a result of which the ; Efficiency of the entire steam power plant is improved.
  • An electric motor 24, which drives the compressor 1 in the start-up phase of the steam power plant, can also be coupled to the shaft of the compressor 1 for the combustion air and the additional steam turbine which represents the drive unit 2 for this compressor 1. Furthermore, the live steam for the auxiliary steam turbine does not need to come directly from the steam generator 3, but can also be taken from one of the various pressure stages of the steam turbine 8.
  • the drive unit 2 for the compressor 1 can also consist only of an electric motor, the feed current line in series with a variable ohmic Resistor is connected, which serves as an actuator for the controller 25.
  • the steam power plant according to Fig. 2 differs from the steam power plant according to Fig. 1 only in that the compressor drive unit 2 consists of an additional gas turbine which is connected downstream of the steam generator 3, i.e. is also connected to the flue gas discharge line 21 via an actuator 17 consisting of a control flap, which is assigned to the controller 25 and which is opened correspondingly more when the nominal power of the electrical main generator 9 is increased and correspondingly more closed when the nominal power is reduced. Furthermore, the smoke gas turbine 5 coupled to the additional electrical generator 6 is preceded by a control flap 28 which can be closed when the steam power plant starts up and thereby separates the smoke gas turbine 5 from the smoke gas discharge line 21.
  • the additional gas turbine which represents the compressor drive unit 2 can advantageously be started up relatively quickly.

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Abstract

In einem Dampfkraftwerk mit einem Dampferzeuger (3), dem frischdampfseitig eine Dampfturbine (8) zum Antreiben eines elektrischen Hauptgenerators (9) nachgeschaltet und an dem ein Verdichter (1) für die Verbrennungsluft mit einem Verdichter-Antriebsaggregat (2) angeschlossen ist, ist zur Verbesserung des Wirkungsgrades eine dem Dampferzeuger (3) rauchgasseitig nachgeschaltete Rauchgasturbine (5) das vom Verdichter (1) getrennte Antriebsaggregat für einen elektrischen Zusatzgenerator (6).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit einem Dampferzeuger, dem frischdampfseitig eine Dampfturbine zum Antreiben eines elektrischen Hauptgenerators und rauchgasseitig eine Rauchgasturbine nachgeschaltet sind und an dem ein Verdichter für die Verbrennungsluft mit einem Verdichter-Antriebsaggregat angeschlossen ist.
  • Ein derartiges Dampfkraftwerk ist aus Bild 2 auf Seite 310 der Zeitschrift "Brown Boveri Mitteilungen" 7/8-1975, bekannt. Die Rauchgasturbine dieses bekannten Dampfkraftwerkes ist das Verdichter-Antriebsaggregat des Verdichters für die Verbrennungsluft, mit dessen Antriebswelle die Antriebswelle der Rauchgasturbine gekoppelt ist. Mit der Antriebswelle des Verdichters für die Verbrennungsluft ist ferner die Abtriebswelle eines Elektromotors gekoppelt, mit dem dieser Verdichter in der Anfahrphase des Dampfkraftwerkes betrieben wird.
  • Das bekannte Dampfkraftwerk hat einen aufgeladenen Dampferzeuger. Der Rauchgasturbine dieses Dampfkraftwerkes ist eine Rauchgas-Bypaßleitung mit einer Regelklappe parallelgeschaltet. Um das Dampfkraftwerk regelfähig zu halten, muß bei stationärer Belastung des elektrischen Hauptgenerators ständig eine Rauchgasteilmenge durch die Bypaßleitung an der Rauchgasturbine vorbei in den Kamin geführt werden. Der Verdichter fördert hierbei genau die für die stationäre Belastung erforderliche Verbrennungsluftmenge zum Dampferzeuger.
  • Bei einer Erhöhung der Leistungsanforderung (Solleistung) an den elektrischen Hauptgenerator wird die Durchsatzöffnung an der Regelklappe in der Rauchgasbypaßleitung verringert, so daß sich die Drehzahl von Rauchgasturbine und Verdichter erhöht und dementsprechend mehr Verbrennungsluft zum Dampferzeuger gefördert wird. Umgekehrt wird die Durchsatzöffnung an der Regelklappe in der Rauchgasbypaßleitung vergrößert, wenn die Belastung des elektrischen Hauptgenerators absinkt, so daß sich die Drehzahl von Rauchgasturbine und Verdichter verringert.
  • Wegen des insbesondere im stationären Betrieb durch die Rauchgasbypaßleitung ständig ungenutzt abströmenden Rauchgasteilstromes ist der Gesamtwirkungsgrad des bekannten Dampfkraftwerkes beeinträchtigt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dampfkraftwerk der eingangs erwähnten Art mit guter Regelfähigkeit und verbessertem Gesamtwirkungsgrad zu schaffen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein solches Dampfkraftwerk erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgasturbine das vom Verdichter getrennte Antriebsaggregat für einen elektrischen Zusatzgenerator ist.
  • Da so die getrennten Antriebsaggregate für den elektrischen Zusatzgenerator und den Verdichter für die Verbrennungsluft verschiedene Drehzahl haben können, können das Verdichter-Antriebsaggregat und der Verdichter beliebige Drehzahl haben und damit stets genau die der Solleistung des elektrischen Hauptgenerators entsprechende Verbrennungsluftmenge in den Dampferzeuger fördern.
  • Zugleich kann dieser Dampferzeuger aber so ausgelegt sein, daß die ihn verlassenden Rauchgase eine wesentlich höhere Temperatur haben als dies zulässig wäre, wenn die Rauchgasturbine das Antriebsaggregat des Verdichters wäre. Infolge der erhöhten Rauchgastemperatur ist es möglich, den elektrischen Zusatzgenerator, der Leistung in das elektrische Netz einspeisen kann, mit der Rauchgasturbine anzutreiben und dadurch den Gesamtwirkungsgrad des Dampfkraftwerkes zu verbessern.
  • Weil der Verdichter für die Verbrennungsluft nicht mit der Rauchgasturbine gekoppelt ist und unabhängig von dieser vom gesonderten Verdichter-Antriebsaggregat angetrieben wird, dessen Drehzahl ohne oder mit nur geringer Verzögerung einer veränderten Solleistung des elektrischen Hauptgenerators angepaßt werden kann,'ist auch eine gute Regelfähigkeit des Dampfkraftwerkes gewährleistet.
  • In günstiger Weise ist dem elektrischen Hauptgenerator eine Regeleinrichtung zugeordnet mit einem Stellorgan, welches die Drehzahl des Verdichter-Antriebsaggregates in Abhängigkeit von der durch die Differenz zwischen Solleistung und Istleistung des elektrischen Hauptgenerators gebildeten Regelabweichung beeinflußt.
  • Die Erfindung und ihre Vorteile seien anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert:
    • Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch den Schaltplan von zwei Dampfkraftwerken.
  • Das Dampfkraftwerk nach Fig. 1 weist einen Durchlaufdampferzeuger 3 und eine Dampfturbine 8 auf, die an einer vom Dampferzeuger 3 abgehenden Frischdampfleitung 18 angeschlossen ist. Beim Durchlaufdampferzeuger 3 handelt es sich um einen sogenannten aufladbaren Dampferzeuger, in dem eine Wirbelschicht aus Kohlestaub verfeuert wird, welcher einen Absorbenten, wie beispielsweise Kalkstein oder Dolomit, enthält. Die Zufuhreinrichtung für diesen Kohlestaub ist in der Zeichnung nicht dargestellt.
  • Das Aufladen des Dampferzeugers 3 mit Verbrennungsluft erfolgt durch einen Verdichter 1 für die Verbrennungsluft, der an der Verbrennungsluftzuleitung 19 des Dampferzeugers 3 angeschlossen ist.
  • Der Dampfturbine 8 ist ein Kondensator 10 für den entspannten Dampf mit einer Kondensatpumpe 11 nachgeschaltet, die das Kondensat über eine Niederdruckvorwärmstufe 13 in einen Speisewasserbehälter 14 pumpt, der zugleich als Entgaser wirksam ist. Am Speisewasserbehälter 14 ist eine Speisewasserpumpe 15 mit nachgeschaltetem Speisewasservorwärmer 16 angeschlossen, der in der Speisewasserzuleitung 20 des Dampferzeugers 3 liegt.
  • In der Rauchgasableitung 21 des Dampferzeugers 3 liegt ein Staubabscheider 4, dem eine Rauchgasturbine 5 nachgeschaltet ist. Diese Rauchgasturbine 5 ist das vom Verdichter 1 getrennte Antriebsaggregat eines elektrischen Zusatzgenerators 6, mit dem sie gekoppelt ist und mit dem sie zusammen einen Turbosatz bildet.
  • Als Antriebsaggregat 2 für den Verdichter 1 ist eine Zusatzdampfturbine vorgesehen, die über eine Frischdampfleitung 22 mit der vom Dampferzeuger 3 zur Dampfturbine 8 abgehenden Frischdampfleitung 18 verbunden ist. An dieser Zusatzdampfturbine ist abdampfseitig ein Kondensator 7 für den entspannten Dampf mit nachgeschalteter Kondensatpumpe 12 angeschlossen. Die Kondensatpumpe 12 liegt ebenfalls am Kondensateingang der Niederdruckvorwärmstufe 13.
  • In der Frischdampfleitung 22 zu der das Antriebsaggregat 2 für den Verdichter 1 darstellenden Zusatzdampfturbine liegt ein an einem Regler 25 angeschlossenes Stellorgan 17, welches im vorliegenden Fall ein Ventil ist. An diesem Regler 25 ist ferner ein Fühler 26 für die Istleistung eines elektrischen Hauptgenerators 9 angeschlossen. Dieser elektrische Hauptgenerator 9 wird von der Dampfturbine 8 angetrieben, mit der er gekoppelt ist. Am Regler 25 ist ferner ein Geber 27 für die Solleistung P s des elektrischen Hauptgenerators 9 angeschlossen.
  • Weicht die Istleistung P des elektrischen Hauptgenerators 9 von der Solleistung P8 ab, so gibt der Regler 25 einen Öffnungsimpuls an den nichtdargestellten Stellmotor des aus einem Ventil bestehenden Stellorgans 17 ab, wenn die Istleistung P kleiner als die Solleistung Ps, ist, und einen Schließimpuls, wenn die Istleistung P größer als die Solleistung Ps ist. Dementsprechend wird die Drehzahl des Verdichters 1 für die Verbrennungsluft und damit auch die in den Dampferzeuger 3 geförderte Verbrennungsluftmenge erhöht oder verringert. Synchron hierzu verläuft auch eine vermehrte oder verminderte Zufuhr von Kohlestaub und/oder Speisewasser aus dem Speisewasserbehälter 14 in den Dampferzeuger 3, so daß die Regelabweichung Ps-P schließlich wieder zu Null wird. Die während der verschiedenen Regelvorgänge sich ändernden Drehzahlen des Verdichters 1 werden also nicht durch die Rauchgasturbine 5, sondern nur durch die das von der Rauchgasturbine 5 getrennte Antriebsaggregat 2 des Verdichters 1 darstellende Zusatzdampfturbine aufgebracht.
  • Da die Rauchgasturbine 5 nicht mit dem Verdichter 1 gekoppelt ist und daher ihre Drehzahl nicht dem Leistungsbedarf des Verdichters 1 angepaßt zu sein braucht, kann der Dampferzeuger 3 so ausgelegt sein, daß die ihn durch die Rauchgasableitung 21 verlassenden Rauchgase eine optimal hohe Temperatur haben, wodurch der;Wirkungsgrad des gesamten Dampfkraftwerkes verbessert ist.
  • Mit der Welle des Verdichters 1 für die Verbrennungsluft und der das Antriebsaggregat 2 für diesen Verdichter 1 darstellenden Zusatzdampfturbine kann über eine Kupplung 23 noch ein Elektromotor 24 gekoppelt sein, der in der Anfahrphase des Dampfkraftwerkes den Verdichter 1 antreibt. Ferner braucht der Frischdampf für die Zusatzdampfturbine nicht unmittelbar aus dem Dampferzeuger 3 zu stammen, sondern kann auch aus einer der verschiedenen Druckstufen der Dampfturbine 8 entnommen werden.
  • Das Antriebsaggregat 2 für den Verdichter 1 kann auch nur aus einem Elektromotor bestehen, dessen Speisestromleitung in Serie mit einem variablen Ohm'schen Widerstand geschaltet ist, welcher als Stellorgan für den Regler 25 dient.
  • Das Dampfkraftwerk nach Fig. 2, in der gleiche Teile die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 haben, unterscheidet sich vom Dampfkraftwerk nach Fig. 1 nur dadurch, daß das Verdichterantriebsaggregat 2 aus einer zusätzlichen Gasturbine besteht, die dem Dampferzeuger 3 nachgeschaltet ist, d.h. ebenfalls an der Rauchgasableitung 21 über ein aus einer Regelklappe bestehendes Stellorgan 17 angeschlossen ist, welches dem Regler 25 zugeordnet ist und,welches bei erhöhter Solleistung des elektrischen Hauptgenerators 9 entsprechend mehr geöffnet und bei verringerter Solleistung entsprechend mehr geschlossen wird. Ferner ist der mit dem elektrischen Zusatzgenerator 6 gekoppelten Rauchgasturbine 5 noch eine Stellklappe 28 vorgeschaltet, die beim Anfahren des Dampfkraftwerkes geschlossen sein kann und dadurch die Rauchgasturbine 5 von der Rauchgasableitung 21 trennt.
  • Die das Verdichterantriebsaggregat 2 darstellende zusätzliche Gasturbine kann in vorteilhafter Weise verhältnismäßig schnell angefahren werden.

Claims (5)

1. Dampfkraftwerk mit einem Dampferzeuger, dem frischdampfseitig eine Dampfturbine zum Antreiben eines elektrischen Hauptgenerators und rauchgasseitig eine Rauchgasturbine nachgeschaltet sind und an dem ein Verdichter für die Verbrennungsluft mit einem Verdichter-Antriebsaggregat angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Rauchgasturbine (5) das vom Verdichter (1) getrennte Antriebsaggregat für einen elektrischen Zusatzgenerator (6) ist.
2. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß dem elektrischen Hauptgenerator (9) ein Regler (25) zugeordnet ist mit einem Stellorgan (17), welches die Drehzahl des Verdichter-Antriebsaggregates (2) in Abhängigkeit von der durch die Differenz zwischen Solleistung (P a) und Ist- - leistung (P) des elektrischen Hauptgenerators (9) gebildeten Regelabweichung beeinflußt.
3. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichter- Antriebsaggregat (2) eine Zusatzdampfturbine ist, die der Frischdampfseite des Dampferzeugers (3) nachgeschaltet ist.
4. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichter- Antriebsaggregat (2) ein Elektromotor ist.
5. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verdichter- Antriebsaggregat (2) eine zusätzliche Gasturbine ist, die dem Dampferzeuger (3) rauchgasseitig nachgeschaltet ist.
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