EP1377730A1 - Steam power plant provided with a retrofit kit and method for retrofitting a steam power plant - Google Patents

Steam power plant provided with a retrofit kit and method for retrofitting a steam power plant

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Publication number
EP1377730A1
EP1377730A1 EP02716986A EP02716986A EP1377730A1 EP 1377730 A1 EP1377730 A1 EP 1377730A1 EP 02716986 A EP02716986 A EP 02716986A EP 02716986 A EP02716986 A EP 02716986A EP 1377730 A1 EP1377730 A1 EP 1377730A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
power plant
pressure
turbine
retrofit
Prior art date
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Granted
Application number
EP02716986A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP1377730B1 (en
Inventor
Richard Brendon Scarlin
Charles Smadja
Maurus Herzog
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
Alstom Schweiz AG
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Publication date
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Application filed by Alstom Technology AG, Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Technology AG
Publication of EP1377730A1 publication Critical patent/EP1377730A1/en
Application granted granted Critical
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Revoked legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type

Definitions

  • the invention relates to a steam power plant with retrofit kit and a method for retrofitting a steam power plant.
  • Power plants with a conventional water / steam cycle are known from the prior art.
  • Known steam turbine systems are formed by a steam turbine set including a condensation system, connecting pipelines and auxiliary devices.
  • the steam turbo set usually consists of multi-stage steam turbines.
  • a driven machine is driven via the steam turbo set, which in the case of a power plant is formed by a generator.
  • Large steam turbine plants operated with fossil fuels usually use a process with reheating.
  • FIG. 7 Such a steam power plant with reheating is shown schematically in FIG. 7.
  • a steam boiler 1 including superheater 2 condensate or Boiler feed water heated to the desired steam temperature.
  • the live steam temperature is usually about 520 ° C to 565 ° C
  • the live steam pressure is about 120 bar to 200 bar.
  • the steam enters a high-pressure turbine 4 via live steam valves 3.
  • the pressure drop is converted into mechanical energy before the steam exits into a stream that flows High pressure feed water preheater 21 is supplied, and a current which is supplied to a reheater 5 is divided.
  • the steam which is fed to the high-pressure feed water preheater 21 is also referred to as tap steam for the feed water preheating and serves to heat the feed water by means of a heat exchanger.
  • the second partial flow reaches a medium-pressure turbine 7 via an intermediate superheater 5 and intercepting valves 6, the pressure and temperature here typically being 30 to 40 bar and 520 ° C. to 565 ° C.
  • Tap steam for feed water preheating in high-pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into one connected to a boiler feed pump 18 likewise passes from the medium-pressure turbine 7
  • Feed water tank 17 The other part of the steam flow, which is also referred to as working steam, passes into a low-pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condensation system 11 designed as a condenser, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows ,
  • the condensate is preheated via, for example, two low-pressure feed water preheaters, here designated by reference numerals 15, 16, and fed to the feed water container 17 with the aid of a condensate pump 13.
  • the preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 takes place with bleed steam from the low-pressure turbine 8.
  • Steam power plants are also known which also draw bleed steam at elevated pressure for an additional feed water preheating stage on the high-pressure turbine 4.
  • the high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 are generally arranged on a common shaft 9 which is rotatably supported by shaft bearings 12.
  • the shaft 9 drives a rotor of a three-phase generator 10, by means of which the electricity is generated.
  • a currently practiced approach to avoid such losses is a conventional retrofitting of older steam power plants, in which only the steam path of the turbines is modified.
  • new rotating and stationary turbine blades with an improved profile are exchanged for the old turbine blades.
  • only certain rows of blades are exchanged here, while the remaining rows of blades continue to be operated unchanged.
  • This measure ensures that the power output of the steam power plant increases with the same fuel consumption with essentially unchanged steam conditions.
  • the entire rotor including the rotating blades and / or the stator in which the stationary blades are mounted can also be replaced at the same time, and the steam turbine system can thus be better utilized.
  • Such a modification alone does not result in any major changes to the generator, steam boiler, pipes, condensers or buildings.
  • the steam temperature and the steam pressure remain essentially unchanged with such a retrofit.
  • the invention has for its object to avoid the disadvantages of the prior art described above. It is also an object of the present invention to provide a possibility for improving the efficiency or extending the life of existing steam power plants.
  • the aim is to create solutions that are as cost-effective as possible and in which as much original parts of the existing steam power plant as possible can be used. If possible, the general infrastructure should also be retained. Finally, the use of existing operating permits often plays an important role.
  • a steam power plant according to the invention with a retrofit kit has a steam generator with superheater, a steam turbo set including condensation systems, connecting pipelines, auxiliary devices and a generator.
  • the retrofit kit has at least one for elevated live steam temperatures> 565 ° C., preferably 620 ° C. to 720 ° C., and for unchanged ones or modified live steam pressure designed retrofit turbine module, which is connected upstream of the existing steam turboset or is exchanged for its high-pressure turbine.
  • the term turbine module also includes the pipelines and valves required for the corresponding temperatures and pressures.
  • the retrofit turbine module is supplied with steam having suitable parameters.
  • the upstream high pressure also takes over the expansion of the existing high-pressure turbine, and the existing high-pressure turbine can thereby be replaced by the high-pressure turbine of the retrofit kit.
  • the space freed up by the elimination of the high-pressure turbine of the existing steam power plant can advantageously be used for the turbine module of the retrofit kit.
  • many existing components of the steam power plant such as the feed water pump and piping can continue to be used.
  • the live steam pressure can be modified so that it is> 200 bar, preferably 240 bar to 375 bar. If the existing safety reserves of the existing components are not sufficiently used for a significant increase in pressure, a corresponding modification of the components under pressure is necessary.
  • Another solution variant provides that only the live steam temperature is increased, for example to 720 ° C., but the live steam pressure is reduced, for example, to 100 bar. This can prove to be particularly advantageous in the case of older steam power plants, where the primary concern is to extend the service life. In this case, there is no need for a reheater.
  • An increased fresh steam temperature can be achieved, for example, by modifying the superheater or by external heat sources.
  • modifying the superheater for example, the use of high temperature resistant materials and spatial and / or geometric changes of the superheater come into question.
  • An advantageous embodiment of the steam power plant according to the invention with a retrofit kit provides that the shaft of the retrofit turbine module and the shaft of the existing steam turbine kit are mechanically coupled to one another.
  • the existing generator may have to be adapted or replaced, or the power output must be limited to a permissible level.
  • an additional generator can be added to a shaft end that is still free in order to decrease the excess power.
  • An alternative advantageous embodiment of the steam power plant according to the invention with retrofit kit provides that the shaft of the retrofit turbine module and the shaft of the existing steam turbo kit are mechanically decoupled. This is advantageous if the local conditions do not allow the retrofit turbine module to be connected upstream of the shaft of the existing turbo set. The performance of the retrofit turbine module can then be tapped via a separate generator, which is on a free shaft end of the retrofit turbine module is attached. This means that the speed of this retrofit can also be optimally selected.
  • the turbine module of the retrofit kit is made from high-temperature resistant materials, preferably from nickel-based alloys. Such alloys are particularly suitable for high steam temperatures. Depending on the component, alloys such as IN617, IN625 or Waspaloy are suitable.
  • the retrofit turbine module has a single-flow or multi-flow high-pressure turbine.
  • the live steam temperature at the turbine inlet can be approximately 720 ° C and the live steam pressure 375 bar.
  • the working steam emerging from the upstream (super) high-pressure turbine of the retrofit turbine module is usually provided as input steam for the high pressure turbine of the existing turbo group.
  • the retrofit turbine module has a single-flow or multi-flow super high-pressure turbine and a single-flow or multi-flow super medium-pressure turbine.
  • the live steam temperature present at the turbine inlet of the high-pressure turbine can be, for example, 620 ° C. and the live steam pressure can be approximately 240 bar.
  • the working steam emerging from the upstream super high-pressure turbine of the retrofit turbine module is usually used as input steam for the high-pressure turbine of the existing turbo group.
  • the inlet temperature at this high-pressure turbine can be unchanged, for example 540 ° C and the inlet pressure can be 150 bar.
  • the working steam is removed from the high-pressure turbine to be modified at a higher pressure and reheated via another reheater, for example to about 60 bar / 620 ° C., around one of the existing medium-pressure turbines to be supplied upstream turbine, which relaxes the steam to the previous entry state of the existing medium-pressure turbine.
  • the pre-super high-pressure turbine can also be designed for the residual expansion of the existing high-pressure turbine, with which this existing component can be removed.
  • the super high pressure and super medium pressure turbine of the retrofit turbine module can be accommodated in a common housing or in separate housings. When arranged in a common housing, material can be saved, which contributes to a reduction in production costs. Furthermore, such an arrangement leads to additional space gain, so that even confined locations can be retrofitted accordingly.
  • the retrofit kit also has a modified steam generator and / or superheater for generating live steam with an elevated steam temperature> 565 ° C., preferably 620 ° C. to 720 ° C., and with unchanged or modified steam pressure.
  • the existing steam generator and / or superheater can, if technically possible, be modified, for example, for higher steam temperatures and possibly higher steam pressure, or against a retrofit steam generator and / or superheater, which is used to generate temperatures of> 565 ° C and possibly pressures of> 200 bar can be exchanged.
  • a further steam generator and / or superheater can also be connected downstream, which can also be operated with an external heat source.
  • Retrofit steam generators of this type can partially be produced, for example, from nickel-based alloys.
  • An advantageous further development of the steam power plant according to the invention provides that an additional generator or a modified or exchanged generator is provided for the decrease in output of the additional power generated by the retrofit turbo set.
  • An additional generator can be installed on the Chen or a separate shaft next to the existing generator, or the existing generator can be upgraded by modification, for example the winding, or the existing generator can be completely replaced by a new generator.
  • a method according to the invention for retrofitting an existing steam power plant with a steam generator with superheater, a steam turbo set including condensation systems, connecting pipelines, auxiliary devices and a generator has the following steps: before the existing turbo set or replacing the high pressure turbine of the existing steam turbo set with the retrofit turbine module; • Provision of a steam generator and / or superheater to provide live steam with an increased steam temperature.
  • the steam generator and / or the superheater and the feed water pump can be retrofitted or converted, or an additional feed water pump referred to as a booster pump can be added and the associated pipelines modified for the higher live steam pressure.
  • An advantageous further development of the method according to the invention for retrofitting a steam power plant also has the following step: adding, replacing or modifying a generator to reduce the power output of the additional power generated by the retrofit turbo set.
  • An additional generator can be added, for example, by attaching it to a free shaft end, or the additional generator, if applicable, can only be coupled to the separately installed retrofit turbo set.
  • Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 2 is a schematic block diagram of a second embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 3 is a schematic block diagram of a third embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 4 is a schematic block diagram of a fourth embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 5 is a schematic block diagram of a fifth embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 6 is a schematic block diagram of a sixth embodiment of a steam power plant with retrofit kit
  • Figure 7 is a schematic block diagram of a conventional steam power plant from the prior art.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • a steam generator 1 designed as a steam boiler and modified with materials suitable for high operating temperatures and high operating pressures and having a superheater 32
  • condensate or boiler feed water is brought to the desired steam temperature.
  • An additional feed water pump to be installed referred to as a booster pump 29 (or the adaptation or replacement of components 18 to 21) ensures the pressure required for this.
  • the components 18 to 21 known from the prior art can also be adapted or replaced.
  • modified pressure lines 34 are also provided between the booster pump 29 and the live steam valves 23.
  • the live steam temperature in the present exemplary embodiment is approximately 700 ° C.
  • the live steam pressure is approximately 375 bar.
  • the steam reaches a super high-pressure turbine 24 of a retrofit turbine module 25 via a modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23.
  • the super high-pressure turbine 24 in the present exemplary embodiment according to FIG.
  • the steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 is made of high-temperature resistant materials, namely of nickel-based alloys.
  • the inlet temperature of the live steam is approximately 700 ° C and the inlet steam pressure is about 375 bar.
  • An economic optimization can also justify avoiding high-temperature materials by choosing a process with only 620 ° C and 240 bar, for example.
  • the super high-pressure turbine 24 is supported on its own shaft 14 separately from the shaft 9 of the existing turbo group.
  • the power generated here is tapped by an additional generator (not shown) and converted into electricity.
  • the steam emerging from the super high-pressure turbine 24 reaches the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the existing live steam valves 3 which have been put out of operation.
  • the unchanged turbine inlet temperature is 540 ° C and the turbine inlet pressure is 150 bar.
  • the steam is split at the outlet from the high-pressure turbine 4 into a stream which is fed to a high-pressure feed water preheater 21 and a stream which is fed to an intermediate superheater 5.
  • the steam which is fed to the high-pressure feed water preheater 21 is also referred to as tap steam for the feed water preheating and serves to heat the feed water by means of a heat exchanger.
  • the second partial flow passes via the reheater 5 and the interception valves 6 into the medium-pressure turbine 7, which in this example is double-flow, the pressure and temperature here typically being unchanged at 36 bar and, for example, 540 ° C.
  • Tap steam for the feed water preheating also reaches the high pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into the feed water tank 17 from the medium pressure turbine 7.
  • the other part of the steam flow which is also referred to as working steam, reaches the double-flow low pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows.
  • the condensate is preheated via low-pressure feed water preheaters 15, 16 and fed to the feed water tank 17.
  • the preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 is carried out with bleed steam from the low-pressure turbine 8.
  • the high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant.
  • the blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required.
  • the turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12.
  • the shaft 9 drives a rotor of a three-phase generator 10, through which the power generation is effected.
  • FIG. 2 shows a schematic block diagram of a second advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • condensate or boiler feed water is likewise heated in a modified steam boiler 1 with superheater 32 to the desired steam temperature of, for example, 700 ° C. and by means of a booster pump 29 to the desired steam pressure of e.g. Brought 375 bar.
  • a booster pump 29 to the desired steam pressure of e.g. Brought 375 bar.
  • a suitable adaptation of the feed water pump is also possible.
  • the working steam enters the super high-pressure turbine 24 of the retrofit turbine module 25 via a modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23 ,
  • the inlet temperature of the live steam is approximately 700 ° C and the inlet steam pressure is approximately 375 bar.
  • An economic optimization can also justify avoiding high-temperature materials by choosing a process with only 620 ° C and 240 bar, for example.
  • the super high-pressure turbine 24 is mounted on a shaft 14 which is connected to the shaft 9 the already existing turbo group of the retrofitted steam power plant is connected via a coupling 28.
  • the steam reaches the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the corresponding live steam valves 3 which are put out of operation.
  • the turbine inlet temperature is, as before retrofitting, e.g. 540 ° C and the turbine inlet pressure 150 bar.
  • the steam is divided into bleed steam, which is fed to a high-pressure feed water preheater 21, and working steam, which is fed to an intermediate superheater 5.
  • the working steam passes through the reheater 5 and the interception valves 6 into the medium-pressure turbine 7, which in this example is double-flow, the pressure here also unchanged typically 36 bar and the temperature e.g. 540 ° C.
  • Tap steam for the feed water preheating also reaches the high-pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into the feed water tank 17 from the medium-pressure turbine 7.
  • the working steam reaches the double-flow low-pressure turbine 8, from where it flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows.
  • the condensate is preheated via low-pressure feed water preheaters 15, 16 and fed to the feed water tank 17.
  • the preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 takes place with bleed steam from the low-pressure turbine 8.
  • the high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant.
  • the blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required.
  • the turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12.
  • the shaft 9 drives the three-phase generator 10 together with the super high-pressure turbine 24 connected to the shaft 9 via the coupling 28.
  • the generator 10 may be modified so that it can absorb the power increased by connecting the super high-pressure turbine 24 upstream, or the power output is limited to a permissible level.
  • FIG. 3 shows a schematic block diagram of a third advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • condensate or boiler feed water is modified in a steam boiler 1 modified for the higher temperatures and pressures to the desired steam temperature of, for example, 620 ° C. and by the booster pump 29 to the desired steam pressure of e.g. Brought 240 bar.
  • the line 34 operating at increased pressure is modified accordingly.
  • the steam reaches a retrofit turbine module 25, which in the present exemplary embodiment according to FIG. 3 has a super high-pressure turbine 24 and a super medium-pressure turbine 27.
  • the super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are each designed with one flow and are arranged in a common housing.
  • the steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 and the steam path of the retrofitted super medium-pressure turbine 27 are made of high-temperature resistant materials.
  • the inlet temperature of the live steam is, for example, 620 ° C. and the inlet steam pressure is, for example, 240 bar.
  • the super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are mounted on a common shaft 14, separately from the shaft 9 of the existing turbo group.
  • the power generated here is tapped by an additional generator 30 and converted into electricity.
  • the working steam then passes from the super high-pressure turbine 24 into the super-medium-pressure turbine 27 of the retrofit turbine module 25 via an intermediate superheater 31 and interception valves 26.
  • the turbine inlet temperature of the working steam here is likewise, for example, 620 ° C. and the turbine inlet pressure is approximately 60 bar.
  • the working steam is fed directly or via the existing, shut-down intercepting valves 6 into the medium-pressure turbine 7 of the existing steam turbine module, which in this example is double-flow, the pressure unchanged here, for example, 36 bar and the temperature 540 ° C.
  • the working steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the low-pressure turbine 8, which is double-flow in this exemplary embodiment.
  • tapping steam for the feed water preheating which is used to heat the feed water by means of a heat exchanger, and the return of the condensate to the steam boiler are only indicated in FIG. 3.
  • the original high-pressure turbine is replaced by the retrofit turbine module 25, which comprises a super-high-pressure turbine 24 and a super-medium-pressure turbine 27.
  • the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant.
  • the blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required.
  • the existing turbo group is arranged on a common shaft 9 which is rotatably supported by shaft bearings 12. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the shaft 9 drives the original three-phase generator 10 of the existing steam power plant.
  • FIG. 4 shows a schematic block diagram of a fourth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • condensate or boiler feed water is likewise brought to the desired steam temperature of, for example, 620 ° C. and by the booster pump 29 or by suitable adaptation of the feed water pump brought to the desired vapor pressure of eg 240 bar.
  • the line 34 operating at increased pressure is modified accordingly.
  • the steam reaches a retrofit turbine module 25, which in the present exemplary embodiment has a super high-pressure turbine 24 and a super medium-pressure turbine 27.
  • the super high-pressure turbine 24 is designed with one flow, the super medium-pressure turbine 27 with two flows.
  • the steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 and the steam path of the retrofitted medium-pressure turbine 27 are made of high-temperature resistant materials.
  • the inlet temperature of the live steam in the present exemplary embodiment is, for example, 620 ° C. and the inlet steam pressure is e.g. 240 bar.
  • the super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are mounted on a common shaft 14, which is connected to the shaft 9 of the existing turbo group via a coupling 28.
  • the working steam enters the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the existing live steam valves 3, which are put out of operation.
  • the turbine inlet temperature of the working steam is unchanged at 540 ° C and the turbine inlet pressure is 150 bar, for example.
  • the existing high-pressure turbine has to be modified in such a way that the steam can be extracted at the pressure required for the increased reheater pressure.
  • the working steam enters the super medium-pressure turbine 27 of the retrofit turbine module 25 via an intermediate superheater 33 and intercepting valves 26.
  • the turbine inlet temperature here is, after the intermediate superheating, again, for example, 620 ° C. and the turbine inlet pressure, for example, 60 bar.
  • the working steam is fed directly or via the shut-off valves 6 into the double-flow medium-pressure turbine 7, the pressure here remaining unchanged at 36 bar and the temperature at 540 ° C.
  • the working steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the double-flow low-pressure turbine 8.
  • the tapping steam for the feed water preheating, which is used to heat the feed water by means of a heat exchanger, and the return of the condensate to the steam boiler are only indicated in FIG. 4.
  • the blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required.
  • the turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12.
  • the shaft 9 drives the three-phase generator 10 together with the retrofit turbo set 25 connected to the shaft 9 via the coupling 28.
  • the generator 10 is modified in such a way that it can absorb the power increased by connecting the retrofit turbo set upstream, or the power output is limited to a permissible level.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of a fifth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • the steam is brought to the desired steam temperature after it has passed through the steam generator 1.
  • the live steam temperature in the present exemplary embodiment is approximately 700 ° C., the live steam pressure remains unchanged at, for example, 150 bar.
  • the steam After passing through the live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23, the steam enters a super high-pressure turbine 24 of a retrofit turbine module 25.
  • the super high-pressure turbine 24 completely replaces the high-pressure turbine of the existing power plant and is the existing steam via a coupling 28 with the shaft 9 -Turbo group connected.
  • the steam reaches the medium-pressure turbine 7 via an intermediate superheater 5 and the interception valves 6
  • Pressure and temperature are typically 36 bar and 540 ° C, for example.
  • Steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the double-flow low-pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows.
  • the additional power can be tapped via a modified generator 10.
  • FIG. 6 shows a schematic block diagram of a sixth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit.
  • This variant is intended for high operating temperatures of around 720 ° C but low operating pressures of around 100 bar, which is why the original components of the existing steam power plant can essentially be retained and no major modification of the steam boiler 1 is necessary.
  • the existing boiler feed pump 18 can also be omitted to operate at reduced pressure.
  • only a modified superheater 32 and the super high-pressure turbine 24 are required.
  • the super high-pressure turbine 24 completely replaces the high-pressure turbine of the existing power plant and is connected to the shaft 9 of the existing steam turbo group via a coupling 28.
  • the steam reaches the super high-pressure turbine 24 of the retrofit turbine module 25 via the modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23.
  • the steam At the outlet from the super high-pressure turbine 24, the steam reaches the medium-pressure turbine 7 directly or via the shut-off valves 6, the pressure and temperature here typically being 36 bar and, for example, 540 ° C. An intermediate superheater can be omitted here. Steam reaches the low-pressure turbine 8 from the medium-pressure turbine 7. The power is delivered to the original generator 10 connected to the shaft 9.
  • This sixth embodiment is particularly suitable for continuing to operate steam power plants beyond their actual service life at low investment costs. Since the material fatigue here on the high pressure side only allows pressures below the original design pressures, the steam pressures acting on the components are lower than in the original design of the existing steam power plant. Since, in this particular application, generally no significant additional power is to be expected, the original generator 10 can often be kept unchanged.

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Abstract

A steam power plant provided with a retrofit kit comprises a steam generator (1) equipped with a superheater, has a steam turbo set including condensation systems (11), and comprises connecting pipes, auxiliary devices and a generator (10). The steam power plant (22) is characterized in that the retrofit kit has a retrofit turbine module (25), which is designed for increased temperature and for unmodified or modified pressure and which is connected upstream from the existing steam turbo set or is exchanged for the high-pressure turbine thereof. The invention also relates to a method for retrofitting an existing steam power plant involving the following steps: connecting a retrofit turbine module (25) for high operating temperatures and unmodified or modified operating pressure upstream from the existing turbo set or exchanging the existing high-pressure for the retrofit turbine module (25); providing a steam generator (1) and/or a superheater (32) for a high live steam temperature. This results in improving the efficiency and serviceable life of an existing steam power plant. A cost-effective solution for increasing output is provided while retaining as many original parts of the steam power plant as possible. In addition, the general infrastructure can be retained to such an extent that it remains economical and environmentally acceptable.

Description

Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz und Verfahren zum Nachrüsten eines Steam power plant with retrofit kit and method for retrofitting a
DampfkraftwerksSteam power plant
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz und ein Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks.The invention relates to a steam power plant with retrofit kit and a method for retrofitting a steam power plant.
Stand der TechnikState of the art
Kraftwerke mit konventionellem Wasser/Dampf-Kreislauf sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bekannte Dampfturbinenanlagen werden durch einen Dampf- Turbosatz einschließlich Kondensationsanlage, verbindende Rohrleitungen und Hilfseinrichtungen gebildet. Der Dampf-Turbosatz besteht dabei in der Regel aus mehrstufigen Dampfturbinen. Über den Dampf-Turbosatz wird eine Arbeitsmaschine angetrieben, die im Falle eines Kraftwerks durch einen Generator gebildet wird. Grosse, mit fossilen Brennstoffen betriebene Dampfturbinenanlagen verwenden üblicherweise einen Prozess mit Zwischenüberhitzung.Power plants with a conventional water / steam cycle are known from the prior art. Known steam turbine systems are formed by a steam turbine set including a condensation system, connecting pipelines and auxiliary devices. The steam turbo set usually consists of multi-stage steam turbines. A driven machine is driven via the steam turbo set, which in the case of a power plant is formed by a generator. Large steam turbine plants operated with fossil fuels usually use a process with reheating.
Ein derartiges Dampfkraftwerk mit Zwischenüberhitzung ist schematisch in Figur 7 dargestellt. In einem Dampfkessel 1 inklusive Überhitzer 2 wird dabei Kondensatbzw. Kesselspeisewasser auf die gewünschte Dampftemperatur erhitzt. Die Frischdampftemperatur beträgt dabei in der Regel etwa 520°C bis 565°C, der Frischdampfdruck beträgt etwa 120 bar bis 200 bar. Über Frischdampfventile 3 gelangt der Dampf in eine Hochdruckturbine 4. Hier wird das Druckgefälle in mechanische Energie umgesetzt, bevor der Dampf am Austritt in einen Strom, der einem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 21 zugeführt wird, und einen Strom, der einem Zwischenüberhitzer 5 zugeführt wird, aufgeteilt wird. Der Dampf, der dem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 21 zugeführt wird, wird auch als Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung bezeichnet und dient zur Erwärmung des Speisewassers mittels Wärmetauscher. Der zweite Teilstrom gelangt, wie bereits erwähnt, über einen Zwischenüberhitzer 5 und Abfangventile 6 in eine Mitteldruckturbine 7, wobei Druck und Temperatur hier typischerweise 30 bis 40 bar und 520 ° C bis 565 °C betragen. Aus der Mitteldruckturbine 7 gelangt ebenfalls Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung in Hochdruck-Speisewasservorwärmer 19 und 20 bzw. direkt in einen mit einer Kesselspeisepumpe 18 verbundenenSuch a steam power plant with reheating is shown schematically in FIG. 7. In a steam boiler 1 including superheater 2, condensate or Boiler feed water heated to the desired steam temperature. The live steam temperature is usually about 520 ° C to 565 ° C, the live steam pressure is about 120 bar to 200 bar. The steam enters a high-pressure turbine 4 via live steam valves 3. Here, the pressure drop is converted into mechanical energy before the steam exits into a stream that flows High pressure feed water preheater 21 is supplied, and a current which is supplied to a reheater 5 is divided. The steam which is fed to the high-pressure feed water preheater 21 is also referred to as tap steam for the feed water preheating and serves to heat the feed water by means of a heat exchanger. As already mentioned, the second partial flow reaches a medium-pressure turbine 7 via an intermediate superheater 5 and intercepting valves 6, the pressure and temperature here typically being 30 to 40 bar and 520 ° C. to 565 ° C. Tap steam for feed water preheating in high-pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into one connected to a boiler feed pump 18 likewise passes from the medium-pressure turbine 7
Speisewasserbehälter 17. Der andere Teil des Dampfstroms, der auch als Arbeitsdampf bezeichnet wird, gelangt in eine Niederdruckturbine 8, von wo der austretende Arbeitsdampf in eine als Kondensator ausgebildete Kondensationsanlage 11 strömt, in welcher der Dampf über einen von Kühlwasser durchflossenen Wär- metauscher kondensiert wird. Das Kondensat wird über beispielsweise zwei Niederdruck-Speisewasservorwärmer, hier mit Bezugsziffern 15, 16 bezeichnet, vorgewärmt und mit Hilfe einer Kondensatpumpe 13 dem Speisewasserbehälter 17 zugeführt. Die Vorwärmung in den Niederdruck-Speisewasservorwärmern 15, 16 erfolgt mit Anzapfdampf aus der Niederdruckturbine 8. Es sind auch Dampfkraft- werke bekannt, welche auch an der Hochdruckturbine 4 zusätzlich Anzapfdampf auf erhöhtem Druck für eine zusätzliche Speisewasservorwärmstufe entnehmen. Die Hochdruckturbine 4, die Mitteldruckturbine 7 und die Niederdruckturbine 8 sind dabei in der Regel auf einer gemeinsamen Welle 9 angeordnet, die über Wellenlager 12 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 treibt dabei einen Rotor eines Dreh- stromgenerators 10 an, durch den die Stromerzeugung bewirkt wird.Feed water tank 17. The other part of the steam flow, which is also referred to as working steam, passes into a low-pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condensation system 11 designed as a condenser, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows , The condensate is preheated via, for example, two low-pressure feed water preheaters, here designated by reference numerals 15, 16, and fed to the feed water container 17 with the aid of a condensate pump 13. The preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 takes place with bleed steam from the low-pressure turbine 8. Steam power plants are also known which also draw bleed steam at elevated pressure for an additional feed water preheating stage on the high-pressure turbine 4. The high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 are generally arranged on a common shaft 9 which is rotatably supported by shaft bearings 12. The shaft 9 drives a rotor of a three-phase generator 10, by means of which the electricity is generated.
Die Lebensdauer derartiger konventioneller Dampfkraftwerke beträgt etwa 40 bis 50 Jahre. Ältere Dampfkraftwerke erreichen aber aufgrund ihrer ursprünglichen Konzeption und der Alterung der Komponenten nur einen moderaten Wirkungs- grad und weisen daher einen erhöhten Brennstoffbedarf, verbunden mit erhöhten Betriebskosten und Emissionen auf. Daher produzieren viele ältere Dampfkraftwerke, trotz ihrer mechanischen Funktionstüchtigkeit und ihres noch längst nicht erreichten Endes des Betriebslebenszyklus, unwirtschaftlich. Dies gilt insbesondere aufgrund des verschärften Wettbewerbs auf Märkten, wo moderne Anlagen, u.a. Kombikraftwerke, die einen Gasturbinenkreislauf und einen Dampfturbinenkreislauf aufweisen, wie sie beispielsweise in der DE 19542917 A1 oder der DE 19923210 A1 beschrieben sind, betrieben werden.The lifespan of such conventional steam power plants is approximately 40 to 50 years. Older steam power plants, however, only achieve a moderate degree of efficiency due to their original design and the aging of the components and therefore have an increased fuel requirement, combined with increased operating costs and emissions. That is why many older steam power plants, despite their mechanical functionality and far from producing them reached the end of the operating life cycle, uneconomical. This is particularly true due to the tougher competition in markets where modern plants, including combined cycle power plants, which have a gas turbine cycle and a steam turbine cycle, as are described, for example, in DE 19542917 A1 or DE 19923210 A1 are operated.
Ein derzeit praktizierter Ansatz, um derartige Verluste zu vermeiden, ist eine konventionelle Nachrüstung älterer Dampfkraftwerke, bei der lediglich der Dampfpfad der Turbinen modifiziert wird. Dazu werden neue rotierende und stationäre Turbi- nenschaufeln mit verbessertem Profil gegen die alten Turbinenschaufeln ausgetauscht. In der Regel werden hier nur bestimmte Schaufelreihen ausgetauscht, während die übrigen Schaufelreihen unverändert weiter betrieben werden. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei im wesentlichen unveränderten Dampfbedingungen die Leistungsabgabe des Dampfkraftwerks bei gleichem Brennstoff- verbrauch ansteigt. Außerdem kann anstelle eines alleinigen Austauschs der Turbinenschaufeln gleichzeitig auch der gesamte Rotor inklusive der rotierenden Schaufeln und/oder der Stator, in dem die stationären Schaufeln angebracht sind, ausgetauscht und damit die vorhandene Dampfturbinenanlage besser ausgenutzt werden. Eine derartige Modifikation allein bedingt keine wesentlichen große Ände- rungen am Generator, dem Dampfkessel, Rohrleitungen, Kondensatoren oder Gebäuden. Die Dampftemperatur und der Dampfdruck bleiben bei einer derartigen Nachrüstung im wesentlichen unverändert.A currently practiced approach to avoid such losses is a conventional retrofitting of older steam power plants, in which only the steam path of the turbines is modified. For this purpose, new rotating and stationary turbine blades with an improved profile are exchanged for the old turbine blades. As a rule, only certain rows of blades are exchanged here, while the remaining rows of blades continue to be operated unchanged. This measure ensures that the power output of the steam power plant increases with the same fuel consumption with essentially unchanged steam conditions. In addition, instead of replacing the turbine blades alone, the entire rotor including the rotating blades and / or the stator in which the stationary blades are mounted can also be replaced at the same time, and the steam turbine system can thus be better utilized. Such a modification alone does not result in any major changes to the generator, steam boiler, pipes, condensers or buildings. The steam temperature and the steam pressure remain essentially unchanged with such a retrofit.
Nachteil dieser Nachrüstmaßnahme ist es, dass die Leistungs- und Wirkungsgrad- Steigerung im allgemeinen nur moderat ausfällt. Die Verbesserung des Wirkungsgrads, das heißt die Verringerung des Kraftstoffverbrauchs bei unveränderter elektrischer Leistung oder die Steigerung der elektrischen Leistung bei unverändertem Kraftstoffverbrauch ist jedoch zu gering, um die Kosten pro Kilowattstunde stark zu reduzieren und eine wesentlich attraktivere Lösung im Sinne von wettbewerbs- fähigeren Preisen bzw. im Sinne der Verringerung der spezifischen Emissionen darzustellen. Hieraus folgt, dass die Wettbewerbsfähigkeit älterer Dampfkraftwerke auf diese Weise kaum wesentlich erhöht werden kann. Zwar offenbaren die DE 19962386 A1 und die DE 19962403 A1 Verfahren zum Nach- bzw. Umrüsten eines Sattdampf erzeugenden Systems mit mindestens einer Dampfturbogruppe und nach diesen Verfahren nach- bzw. umgerüstete Kraftwerke. Allerdings wird hier das Hinzufügen eines Gasturbosatzes als Ergänzung des Dampfturbosatzes vorgeschlagen, was einer Einschränkung des Brennstoffangebots gleichkommt. Ferner wird hierdurch eine Kombianlage geschaffen, deren Wartung sich komplexer gestaltet als bei einer reinen Dampfturboanlage.The disadvantage of this retrofitting measure is that the increase in performance and efficiency is generally only moderate. However, the improvement in efficiency, i.e. the reduction in fuel consumption with unchanged electrical power or the increase in electrical power with unchanged fuel consumption, is too low to greatly reduce the costs per kilowatt hour and is a much more attractive solution in terms of more competitive prices or to present in terms of reducing specific emissions. It follows that the competitiveness of older steam power plants can hardly be increased significantly in this way. DE 19962386 A1 and DE 19962403 A1 disclose methods for retrofitting or retrofitting a saturated steam generating system with at least one steam turbine group and power plants retrofitted or retrofitted using these methods. However, the addition of a gas turbine set as a supplement to the steam turbine set is proposed here, which amounts to a restriction of the fuel supply. This also creates a combination system, the maintenance of which is more complex than that of a pure steam turbo system.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Ferner ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Möglichkeit zur Verbesserung des Wirkungsgrades bzw. zur Ver- längerung der Lebensdauer bestehender Dampfkraftwerke zur Verfügung zu stellen. Dabei sollen möglichst kostengünstige Lösungen geschaffen werden, bei denen soviel wie möglich Originalteile des bereits bestehenden Dampfkraftwerks weiter verwendet werden können. Ferner soll nach Möglichkeit die allgemeine Infrastruktur beibehalten werden. Schließlich spielt häufig auch die Nutzung beste- hender Betriebsgenehmigungen eine wichtige Rolle.The invention has for its object to avoid the disadvantages of the prior art described above. It is also an object of the present invention to provide a possibility for improving the efficiency or extending the life of existing steam power plants. The aim is to create solutions that are as cost-effective as possible and in which as much original parts of the existing steam power plant as possible can be used. If possible, the general infrastructure should also be retained. Finally, the use of existing operating permits often plays an important role.
Diese Aufgabe wird durch eine Dampfturbinenanlage mit Nachrustsatz mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a steam turbine system with a retrofit kit with the features of claim 1 and a method for retrofitting a steam power plant with the features of claim 12. Advantageous refinements and developments of the solution according to the invention are specified in the subclaims.
Ein erfindungsgemäßes Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz weist einen Dampferzeuger mit Überhitzer, einen Dampf-Turbosatz einschließlich Kondensations- anlagen, verbindende Rohrleitungen, Hilfseinrichtungen und einen Generator auf. Erfindungsgemäß weist der Nachrustsatz zumindest ein für erhöhte Frischdampftemperaturen > 565°C, vorzugsweise 620°C bis 720°C, und für unveränderten oder modifizierten Frischdampfdruck ausgelegtes Nachrüst-Turbinenmodul auf, das dem bestehenden Dampf-Turbosatz vorgeschaltet oder gegen dessen Hochdruckturbine ausgetauscht ist. Dabei sind unter dem Begriff Turbinenmodul neben den eigentlichen Turbinen auch die erforderlichen Rohrleitungen und Ventile für die entsprechenden Temperaturen und Drücke zu verstehen. Schliesslich ist das Nachrüst-Turbinenmodul mit geeigneten Parametern aufweisendem Dampf versorgt.A steam power plant according to the invention with a retrofit kit has a steam generator with superheater, a steam turbo set including condensation systems, connecting pipelines, auxiliary devices and a generator. According to the invention, the retrofit kit has at least one for elevated live steam temperatures> 565 ° C., preferably 620 ° C. to 720 ° C., and for unchanged ones or modified live steam pressure designed retrofit turbine module, which is connected upstream of the existing steam turboset or is exchanged for its high-pressure turbine. In addition to the actual turbines, the term turbine module also includes the pipelines and valves required for the corresponding temperatures and pressures. Finally, the retrofit turbine module is supplied with steam having suitable parameters.
Es kann sich erfindungsgemäß als lohnend herausstellen, dass der Vorschalt- Hochdruck auch die Expansion der bestehenden Hochdruckturbine übernimmt, und dadurch die bestehende Hochdruckturbine durch die Hochdruckturbine des Nachrüstsatzes ersetzt werden kann. Der durch den Wegfall der Hochdruckturbine des bestehenden Dampfkraftwerks frei werdende Platz kann vorteilhaft für das Turbinenmodul des Nachrüstsatzes verwendet werden. Weiterhin ist bei gleich- bleibendem oder reduziertem Druck vorteilhaft, dass viele bestehende Komponenten des Dampfkraftwerks, wie z.B. die Speisewasserpumpe und Rohrleitungen, weiter verwendet werden können. Ferner kann damit z.B. auch die Möglichkeit zur Einbindung einer oder mehrerer zusätzlicher Vorwärmstufen und damit einer zusätzlichen Wirkungsgradsteigerung geschaffen werden.It can turn out to be worthwhile according to the invention that the upstream high pressure also takes over the expansion of the existing high-pressure turbine, and the existing high-pressure turbine can thereby be replaced by the high-pressure turbine of the retrofit kit. The space freed up by the elimination of the high-pressure turbine of the existing steam power plant can advantageously be used for the turbine module of the retrofit kit. Furthermore, with constant or reduced pressure, it is advantageous that many existing components of the steam power plant, such as the feed water pump and piping can continue to be used. Furthermore, e.g. also the possibility of integrating one or more additional preheating stages and thus an additional increase in efficiency.
Alternativ kann der Frischdampfdruck so modifiziert werden, dass er > 200 bar, vorzugsweise 240 bar bis 375 bar, ist. Falls die Beanspruchung bisher vorhandener Sicherheitsreserven der bestehenden Bauteile für eine wesentliche Drucksteigerung nicht ausreicht, ist eine entsprechende Modifikation der druckbelaste- ten Bauteile erforderlich.Alternatively, the live steam pressure can be modified so that it is> 200 bar, preferably 240 bar to 375 bar. If the existing safety reserves of the existing components are not sufficiently used for a significant increase in pressure, a corresponding modification of the components under pressure is necessary.
Hierdurch werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und der Wirkungsgrad des bestehenden Dampfkraftwerks wird erheblich verbessert. Dies macht sich beispielsweise dadurch bemerkbar, dass bei gleicher Brennstoffmenge eine höhere Leistungsabgabe möglich ist oder aber bei gleicher Leistungsabgabe eine geringere Brennstoffmenge benötigt wird. Durch die Beibehaltung möglichst vieler Originalteile des Dampfkraftwerks wird eine kostengünstige Lösung zur Lei- stungssteigerung zur Verfügung gestellt. Außerdem kann die allgemeine Infrastruktur soweit wie wirtschaftlich und umweltverträglich beibehalten werden.This avoids the disadvantages of the prior art and considerably improves the efficiency of the existing steam power plant. This is noticeable, for example, in that a higher power output is possible with the same amount of fuel or that a smaller amount of fuel is required with the same power output. By keeping as many original parts of the steam power plant as possible, a cost-effective solution performance increase provided. In addition, the general infrastructure can be maintained as far as economically and environmentally compatible.
Eine andere Lösungsvariante sieht vor, dass lediglich die Frischdampftemperatur beispielsweise auf 720 °C erhöht wird, der Frischdampfdruck aber beispielsweise auf 100 bar reduziert wird. Dies kann sich insbesondere bei älteren Dampfkraftwerken als vorteilhaft erweisen, bei denen es primär auf die Verlängerung der Lebensdauer ankommt. In diesem Fall kann auf einen Zwischenüberhitzer verzichtet werden.Another solution variant provides that only the live steam temperature is increased, for example to 720 ° C., but the live steam pressure is reduced, for example, to 100 bar. This can prove to be particularly advantageous in the case of older steam power plants, where the primary concern is to extend the service life. In this case, there is no need for a reheater.
Eine erhöhte Frischdampftemperatur kann beispielsweise durch Modifikation des Überhitzers oder aber durch externe Wärmequellen realisiert werden. Als Modifikation des Überhitzers kommt hier beispielsweise die Verwendung hochtemperaturbeständiger Werkstoffe sowie räumliche und/oder geometrische Veränderungen des Überhitzers in Frage.An increased fresh steam temperature can be achieved, for example, by modifying the superheater or by external heat sources. As a modification of the superheater, for example, the use of high temperature resistant materials and spatial and / or geometric changes of the superheater come into question.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz sieht vor, dass die Welle des Nachrüst-Turbinenmoduls und die Welle des bestehenden Dampfturbosatzes mechanisch miteinander gekoppelt wer- den. Dazu muss der bestehende Generator eventuell angepasst oder ersetzt oder die abgegebene Leistung auf ein zulässiges Mass begrenzt werden. Alternativ kann beispielsweise auch ein zusätzlicher Generator an einem noch freien Wellenende zur Abnahme der Überschußleistung hinzugefügt werden.An advantageous embodiment of the steam power plant according to the invention with a retrofit kit provides that the shaft of the retrofit turbine module and the shaft of the existing steam turbine kit are mechanically coupled to one another. To do this, the existing generator may have to be adapted or replaced, or the power output must be limited to a permissible level. Alternatively, for example, an additional generator can be added to a shaft end that is still free in order to decrease the excess power.
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz sieht vor, dass die Welle des Nachrüst-Turbinenmoduls und die Welle des bestehenden Dampf-Turbosatzes mechanisch entkoppelt sind. Dies ist vorteilhaft, wenn die örtlichen Gegebenheiten kein Vorschalten des Nachrüst-Turbinenmoduls in Verlängerung der Welle des bereits bestehenden Turbo- satzes ermöglichen. Die Leistung des Nachrüst-Turbinenmoduls kann dann über einen separaten Generator abgegriffen werden, der an einem freien Wellenende des Nachrüst-Turbinenmoduls angebracht ist. Damit kann auch die Drehzahl dieser Nachrüstung optimal gewählt werden.An alternative advantageous embodiment of the steam power plant according to the invention with retrofit kit provides that the shaft of the retrofit turbine module and the shaft of the existing steam turbo kit are mechanically decoupled. This is advantageous if the local conditions do not allow the retrofit turbine module to be connected upstream of the shaft of the existing turbo set. The performance of the retrofit turbine module can then be tapped via a separate generator, which is on a free shaft end of the retrofit turbine module is attached. This means that the speed of this retrofit can also be optimally selected.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz sieht vor, dass das Turbinenmodul des Nachrüstsatzes aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen, vorzugsweise aus Nickel-Basis-Legierungen, hergestellt ist. Derartige Legierungen sind besonders für hohe Dampftemperaturen geeignet. Je nach Komponente sind Legierungen wie IN617, IN625 oder Waspaloy geeignet.An advantageous further development of the steam power plant according to the invention with a retrofit kit provides that the turbine module of the retrofit kit is made from high-temperature resistant materials, preferably from nickel-based alloys. Such alloys are particularly suitable for high steam temperatures. Depending on the component, alloys such as IN617, IN625 or Waspaloy are suitable.
Außerdem sieht eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz vor, dass das Nachrüst-Turbinenmodul eine ein- oder mehrflutige Hochdruckturbine aufweist. Hierbei kann die am Turbineneingang vorliegende Frischdampftemperatur etwa 720 °C und der Frischdampfdruck 375 bar betragen. Der aus der vorgeschalteten (Super-) Hochdruckturbine des Nachrüst- Turbinenmoduls austretende Arbeitsdampf wird i.d.R. als Eingangsdampf für die Hochdruckturbine der bestehenden Turbogruppe vorgesehen.In addition, an advantageous development of the steam power plant according to the invention with a retrofit kit provides that the retrofit turbine module has a single-flow or multi-flow high-pressure turbine. The live steam temperature at the turbine inlet can be approximately 720 ° C and the live steam pressure 375 bar. The working steam emerging from the upstream (super) high-pressure turbine of the retrofit turbine module is usually provided as input steam for the high pressure turbine of the existing turbo group.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz sieht vor, dass das Nachrüst-Turbinenmodul eine ein- oder mehrflutige Super-Hochdruckturbine und eine ein- oder mehrflutige Super-Mitteldruckturbine aufweist. Bei dieser Variante eines erfindungsgemäßen Nachrüst-Turbinenmoduls kann die am Turbineneingang der Hochdruckturbine vorhandene Frischdampftemperatur beispielsweise 620°C und der Frischdampfdruck etwa 240 bar betragen. Der aus der vorgeschalteten Super-Hochdruckturbine des Nachrüst-Turbinenmoduls austretende Arbeitsdampf wird i.d.R. als Eingangsdampf für die Hochdruckturbine der bestehenden Turbogruppe verwendet. Dabei kann die Eingangstemperatur an dieser Hochdruckturbine unverändert beispielsweise 540°C und der Eingangsdruck 150 bar betragen. Der Arbeitsdampf wird in dieser Ausführung bereits auf höherem Druck aus der zu modifizierenden Hochdruckturbine entnommen und über einen weiteren Zwischenüberhitzer z.B. auf etwa 60 bar / 620°C erneut erhitzt, um einer der bestehenden Mitteldruckturbine vorgeschalteten Turbine zugeführt zu werden, welche den Dampf auf den bisherigen Eintrittszustand der bestehenden Mitteldruckturbine entspannt. Falls sich die Modifikation der bestehenden Hochdruckturbine nicht lohnt, kann der Vorschalt- Super-Hochdruck zusätzlich auch für die Restexpansion der bestehenden Hoch- druckturbine ausgelegt werden, womit diese bestehende Komponente entfernt werden kann. Unabhängig davon, ob zwischen Super-Hochdruck und Super- Mitteldruck ein modifizierter Hochdruckteil verbleibt, können die Super-Hochdruck- und Super-Mitteldruckturbine des Nachrüst-Turbinenmoduls in einem gemeinsamen Gehäuse oder in getrennten Gehäusen aufgenommen sein. Bei Anordnung in einem gemeinsamen Gehäuse kann Material eingespart werden, was zu einer Senkung der Herstellungskosten beiträgt. Ferner führt eine derartige Anordnung zu zusätzlichem Raumgewinn, wodurch auch beengte Standorte entsprechend nachgerüstet werden können.An advantageous development of the steam power plant according to the invention with a retrofit kit provides that the retrofit turbine module has a single-flow or multi-flow super high-pressure turbine and a single-flow or multi-flow super medium-pressure turbine. In this variant of a retrofit turbine module according to the invention, the live steam temperature present at the turbine inlet of the high-pressure turbine can be, for example, 620 ° C. and the live steam pressure can be approximately 240 bar. The working steam emerging from the upstream super high-pressure turbine of the retrofit turbine module is usually used as input steam for the high-pressure turbine of the existing turbo group. The inlet temperature at this high-pressure turbine can be unchanged, for example 540 ° C and the inlet pressure can be 150 bar. In this version, the working steam is removed from the high-pressure turbine to be modified at a higher pressure and reheated via another reheater, for example to about 60 bar / 620 ° C., around one of the existing medium-pressure turbines to be supplied upstream turbine, which relaxes the steam to the previous entry state of the existing medium-pressure turbine. If the modification of the existing high-pressure turbine is not worthwhile, the pre-super high-pressure turbine can also be designed for the residual expansion of the existing high-pressure turbine, with which this existing component can be removed. Regardless of whether a modified high pressure part remains between super high pressure and super medium pressure, the super high pressure and super medium pressure turbine of the retrofit turbine module can be accommodated in a common housing or in separate housings. When arranged in a common housing, material can be saved, which contributes to a reduction in production costs. Furthermore, such an arrangement leads to additional space gain, so that even confined locations can be retrofitted accordingly.
Bei dem erfindungsgemäßen Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz ist es vorteilhaft, wenn der Nachrustsatz auch einen modifizierten Dampferzeuger und/oder Überhitzer zum Erzeugen von Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur > 565°C, vorzugsweise 620°C bis 720°C, und mit unverändertem oder modifiziertem Dampfdruck aufweist. Hierbei kann der bestehende Dampferzeuger und/oder Überhitzer, wenn dies technisch möglich ist, beispielsweise für höhere Dampftemperaturen und gegebenenfalls höheren Dampfdruck modifiziert werden oder gegen einen Nachrüst-Dampferzeuger und/oder Überhitzer, der zur Erzeugung von Temperaturen von >565°C und gegebenenfalls Drücken von > 200 bar geeignet ist, ausgetauscht werden. Alternativ kann auch ein weiterer Dampferzeuger und/oder Überhitzer nachgeschalter werden, welcher auch mit einer externen Wärmequelle betrieben werden kann. Derartige Nachrüst-Dampferzeuger können partiell beispielsweise aus Nickel-Basis-Legierungen hergestellt sein.In the steam power plant with retrofit kit according to the invention, it is advantageous if the retrofit kit also has a modified steam generator and / or superheater for generating live steam with an elevated steam temperature> 565 ° C., preferably 620 ° C. to 720 ° C., and with unchanged or modified steam pressure. Here, the existing steam generator and / or superheater can, if technically possible, be modified, for example, for higher steam temperatures and possibly higher steam pressure, or against a retrofit steam generator and / or superheater, which is used to generate temperatures of> 565 ° C and possibly pressures of> 200 bar can be exchanged. Alternatively, a further steam generator and / or superheater can also be connected downstream, which can also be operated with an external heat source. Retrofit steam generators of this type can partially be produced, for example, from nickel-based alloys.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks sieht vor, dass ein zusätzlicher Generator oder ein modifizierter oder ausgetauschter Generator zur Leistungsabnahme der durch den Nachrüst-Turbosatz erzeugten Mehrleistung vorgesehen ist. Dabei kann ein zusätzlicher Generator auf der glei- chen oder einer separaten Welle neben dem bestehenden Generator hinzugefügt werden, oder der bestehende Generator kann durch Modifikation, beispielsweise der Wicklung, aufgerüstet werden oder aber der bestehende Generator kann durch einen neuen Generator völlig ersetzt werden.An advantageous further development of the steam power plant according to the invention provides that an additional generator or a modified or exchanged generator is provided for the decrease in output of the additional power generated by the retrofit turbo set. An additional generator can be installed on the Chen or a separate shaft next to the existing generator, or the existing generator can be upgraded by modification, for example the winding, or the existing generator can be completely replaced by a new generator.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Nachrüsten eines bestehenden Dampfkraftwerks mit einem Dampferzeuger mit Überhitzer, einem Dampf-Turbosatz einschließlich Kondensationsanlagen, verbindenden Rohrleitungen, Hilfseinrichtungen und einem Generator, weist folgende Schritte auf: * Vorschalten eines Nachrüst-Turbinenmoduls für Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur und unverändertem oder modifiziertem Frischdampfdruck vor den bestehenden Turbosatz oder Austauschen der Hochdruckturbine des bestehenden Dampf-Turbosatzes gegen das Nachrüst-Turbinenmodul; • Vorsehen eines Dampferzeugers und/oder Überhitzers zur Bereitstellung von Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur.A method according to the invention for retrofitting an existing steam power plant with a steam generator with superheater, a steam turbo set including condensation systems, connecting pipelines, auxiliary devices and a generator has the following steps: before the existing turbo set or replacing the high pressure turbine of the existing steam turbo set with the retrofit turbine module; • Provision of a steam generator and / or superheater to provide live steam with an increased steam temperature.
Nötigenfalls kann der Dampferzeuger und/oder der Überhitzer sowie die Speisewasserpumpe nachgerüstet oder umgebaut oder eine zusätzliche als Booster- Pumpe bezeichnete Speisewasserpumpe hinzugefügt und die zugehörigen Rohr- leitungen für den höheren Frischdampfdruck modifiziert werden.If necessary, the steam generator and / or the superheater and the feed water pump can be retrofitted or converted, or an additional feed water pump referred to as a booster pump can be added and the associated pipelines modified for the higher live steam pressure.
Hierdurch werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und der Wirkungsgrad bzw. die Lebensdauer des bestehenden Dampfkraftwerks wird wesentlich verbessert. Durch die Beibehaltung möglichst vieler Originalteile des Dampf- kraftwerks wird eine kostengünstige Lösung zur Leistungssteigerung zur Verfügung gestellt. Außerdem kann die allgemeine Infrastruktur soweit wie wirtschaftlich und umweltverträglich beibehalten werden. Dabei kann die räumliche Anordnung nach den örtlichen Gegebenheiten erfolgen. Vorteilhaft ist es, wenn die Rohrleitungen zwischen Dampferzeuger und Nachrüst-Turbinenmodul möglichst kurz gehalten werden, um den Einsatz von hochtemperaturbeständigen Werkstoffen auf das nötigste Maß zu beschränken. Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks weist ferner folgenden Schritt auf: • Hinzufügen, Austauschen oder Modifizieren eines Generators zur Leistungsabnahme der durch den Nachrüst-Turbosatz erzeugten Mehrleistung. Dabei kann das Hinzufügen eines zusätzlichen Generators beispielsweise durch Anbringung an ein freies Wellenende erfolgen, oder der zusätzliche Generator kann, falls anwendbar, nur mit dem getrennt aufgestellten Nachrüst-Turbosatz gekoppelt werden.As a result, the disadvantages of the prior art are avoided and the efficiency or the service life of the existing steam power plant is significantly improved. By keeping as many original parts of the steam power plant as possible, a cost-effective solution for increasing performance is provided. In addition, the general infrastructure can be maintained as far as economically and environmentally compatible. The spatial arrangement can take place according to the local conditions. It is advantageous if the pipes between the steam generator and the retrofit turbine module are kept as short as possible in order to limit the use of high-temperature resistant materials to the minimum necessary. An advantageous further development of the method according to the invention for retrofitting a steam power plant also has the following step: adding, replacing or modifying a generator to reduce the power output of the additional power generated by the retrofit turbo set. An additional generator can be added, for example, by attaching it to a free shaft end, or the additional generator, if applicable, can only be coupled to the separately installed retrofit turbo set.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Im folgenden sind vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen beschrieben, darin zeigen:Advantageous embodiments of the invention are described below in conjunction with the accompanying drawings, in which:
Figur 1 ein schematisches Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz;Figure 1 is a schematic block diagram of a first embodiment of a steam power plant with retrofit kit;
Figur 2 ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz;Figure 2 is a schematic block diagram of a second embodiment of a steam power plant with retrofit kit;
Figur 3 ein schematisches Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz;Figure 3 is a schematic block diagram of a third embodiment of a steam power plant with retrofit kit;
Figur 4 ein schematisches Blockschaltbild einer vierten Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz;Figure 4 is a schematic block diagram of a fourth embodiment of a steam power plant with retrofit kit;
Figur 5 ein schematisches Blockschaltbild einer fünften Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz;Figure 5 is a schematic block diagram of a fifth embodiment of a steam power plant with retrofit kit;
Figur 6 ein schematisches Blockschaltbild einer sechsten Ausführungsform eines Dampfkraftwerks mit Nachrustsatz; Figur 7 ein schematisches Blockschaltbild eines konventionellen Dampfkraftwerks vom Stand der Technik.Figure 6 is a schematic block diagram of a sixth embodiment of a steam power plant with retrofit kit; Figure 7 is a schematic block diagram of a conventional steam power plant from the prior art.
In den Zeichnungen sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente dargestellt. Gleiche oder ähnliche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.In the drawings, only the elements essential for understanding the invention are shown. Identical or similar components are identified by the same reference symbols.
Wege zur Ausführung der ErfindungWays of Carrying Out the Invention
Figur 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer ersten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. In einem mit für hohe Betriebstemperaturen und hohe Betriebsdrücke geeigneten Werkstoffen modifizierten, als Dampfkessel ausgebildeter Dampferzeuger 1 mit einem Überhitzer 32 wird Kondensat- bzw. Kesselspeisewasser auf die gewünschte Dampftemperatur gebracht. Eine zusätzlich zu installierende als Booster-Pumpe 29 bezeichnete Speisewasserpumpe (respektive dem Anpassen oder Ersetzen der Komponenten 18 bis 21 ) stellt den dazu erforderlichen Druck sicher. Alternativ können auch die aus dem Stand der Technik bekannten Komponenten 18 bis 21 angepasst oder ersetzt werden. Um das Speisewasser und den Dampf unter dem erhöhten Druck sicher transportieren zu können, sind femer modifizierte Druckleitungen 34 zwischen der Booster-Pumpe 29 und den Frischdampfventilen 23 vorgesehen. Die Frischdampftemperatur beträgt dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 700°C, der Frischdampfdruck beträgt etwa 375 bar.FIG. 1 shows a schematic block diagram of a first advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. In a steam generator 1 designed as a steam boiler and modified with materials suitable for high operating temperatures and high operating pressures and having a superheater 32, condensate or boiler feed water is brought to the desired steam temperature. An additional feed water pump to be installed, referred to as a booster pump 29 (or the adaptation or replacement of components 18 to 21) ensures the pressure required for this. Alternatively, the components 18 to 21 known from the prior art can also be adapted or replaced. In order to be able to safely transport the feed water and the steam under the increased pressure, modified pressure lines 34 are also provided between the booster pump 29 and the live steam valves 23. The live steam temperature in the present exemplary embodiment is approximately 700 ° C., the live steam pressure is approximately 375 bar.
Über einen modifizierten Frischdampfüberhitzer 32 und entsprechende Frisch- dampfventile 23 gelangt der Dampf in eine Super-Hochdruckturbine 24 eines Nachrüst-Turbinenmoduls 25. Die Super-Hochdruckturbine 24 ist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 einflutig ausgelegt. Der Dampfpfad der nachgerüsteten Super-Hochdruckturbine 24 ist aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen, nämlich aus Nickel-Basis-Legierungen hergestellt. Die Eingangstemperatur des Frischdampfs beträgt etwa 700°C und der Eingangsdampfdruck beträgt etwa 375 bar. Eine wirtschaftliche Optimierung kann auch eine Vermeidung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Wahl eines Prozesses mit lediglich z.B. 620°C und 240 bar begründen. Die Super-Hochdruckturbine 24 ist dabei auf einer eigenen Welle 14 separat von der Welle 9 der bestehenden Turbogruppe ge- lagert. Die hier erzeugte Leistung wird von einem zusätzlichen Generator (nicht gezeigt) abgegriffen und in Strom umgewandelt.The steam reaches a super high-pressure turbine 24 of a retrofit turbine module 25 via a modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23. The super high-pressure turbine 24 in the present exemplary embodiment according to FIG. The steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 is made of high-temperature resistant materials, namely of nickel-based alloys. The inlet temperature of the live steam is approximately 700 ° C and the inlet steam pressure is about 375 bar. An economic optimization can also justify avoiding high-temperature materials by choosing a process with only 620 ° C and 240 bar, for example. The super high-pressure turbine 24 is supported on its own shaft 14 separately from the shaft 9 of the existing turbo group. The power generated here is tapped by an additional generator (not shown) and converted into electricity.
Über eine Leitung gelangt der aus der Super-Hochdruckturbine 24 austretende Dampf direkt oder über die ausser Betrieb gesetzten, bestehenden Frischdampf- ventile 3 in die einflutige Hochdruckturbine 4 des bestehenden Dampfkraftwerks. Die unveränderte Turbineneintrittstemperatur beträgt in diesem Beispiel 540°C und der Turbineneintrittsdruck 150 bar.The steam emerging from the super high-pressure turbine 24 reaches the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the existing live steam valves 3 which have been put out of operation. In this example, the unchanged turbine inlet temperature is 540 ° C and the turbine inlet pressure is 150 bar.
Der Dampf wird am Austritt aus der Hochdruckturbine 4 in einen Strom, der einem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 21 zugeführt wird, und einen Strom, der einem Zwischenüberhitzer 5 zugeführt wird, aufgeteilt. Der Dampf, der dem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 21 zugeführt wird, wird auch als Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung bezeichnet und dient zur Erwärmung des Speisewassers mittels Wärmetauscher.The steam is split at the outlet from the high-pressure turbine 4 into a stream which is fed to a high-pressure feed water preheater 21 and a stream which is fed to an intermediate superheater 5. The steam which is fed to the high-pressure feed water preheater 21 is also referred to as tap steam for the feed water preheating and serves to heat the feed water by means of a heat exchanger.
Der zweite Teilstrom gelangt über den Zwischenüberhitzer 5 und die Abfangventile 6 in die in diesem Beispiel zweiflutig ausgeführte Mitteldruckturbine 7, wobei Druck und Temperatur hier typischerweise unverändert 36 bar und z.B. 540° C betragen. Aus der Mitteldruckturbine 7 gelangt ebenfalls Anzapfdampf für die Speisewasser- vorwärmung in die Hochdruck-Speisewasservorwärmer 19 und 20 bzw. direkt in den Speisewasserbehälter 17. Der andere Teil des Dampfstroms, der auch als Arbeitsdampf bezeichnet wird, gelangt in die zweiflutige Niederdruckturbine 8, von wo der austretende Arbeitsdampf in einen Kondensator 11 strömt, in dem der Dampf über einen mit Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher kondensiert wird. Das Kondensat wird über Niederdruck-Speisewasservorwärmer 15, 16 vorgewärmt und dem Speisewasserbehälter 17 zugeführt. Die Vorwärmung in den Niederdruck-Speisewasservorwärmern 15, 16 erfolgt mit Anzapfdampf aus der Niederdruckturbine 8.The second partial flow passes via the reheater 5 and the interception valves 6 into the medium-pressure turbine 7, which in this example is double-flow, the pressure and temperature here typically being unchanged at 36 bar and, for example, 540 ° C. Tap steam for the feed water preheating also reaches the high pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into the feed water tank 17 from the medium pressure turbine 7. The other part of the steam flow, which is also referred to as working steam, reaches the double-flow low pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows. The condensate is preheated via low-pressure feed water preheaters 15, 16 and fed to the feed water tank 17. The preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 is carried out with bleed steam from the low-pressure turbine 8.
Die Hochdruckturbine 4, die Mitteldruckturbine 7 und die Niederdruckturbine 8 bilden dabei die Turbogruppe des bereits bestehenden Dampfkraftwerks. Die Beschaufelung dieser Turbogruppe kann je nach Bedarf durch neue Schaufeln mit modifiziertem Schaufelprofil ersetzt werden. Die Turbogruppe ist dabei auf der ge- meinsamen Welle 9 angeordnet, welche über Wellenlager 12 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 treibt dabei einen Rotor eines Drehstromgenerators 10 an, durch den die Stromerzeugung bewirkt wird.The high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant. The blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required. The turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12. The shaft 9 drives a rotor of a three-phase generator 10, through which the power generation is effected.
Figur 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer zweiten vorteilhaften Ausfüh- rungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird ebenfalls in einem modifizierten Dampfkessel 1 mit Überhitzer 32 Kondensat- bzw. Kesselspeisewasser auf die gewünschte Dampftemperatur von beispielsweise 700°C und durch eine Booster-Pumpe 29 auf den gewünschten Dampfdruck von z.B. 375 bar gebracht. Alternativ ist auch eine geeignete Anpassung der Speisewasserpumpe möglich.FIG. 2 shows a schematic block diagram of a second advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. According to this exemplary embodiment, condensate or boiler feed water is likewise heated in a modified steam boiler 1 with superheater 32 to the desired steam temperature of, for example, 700 ° C. and by means of a booster pump 29 to the desired steam pressure of e.g. Brought 375 bar. Alternatively, a suitable adaptation of the feed water pump is also possible.
Über einen modifizierten Frischdampfüberhitzer 32 und entsprechende Frischdampfventile 23 gelangt der Arbeitsdampf in die Super-Hochdruckturbine 24 des Nachrüst-Turbinenmoduls 25. Die Super-Hochdruckturbine 24 ist dabei im vorlie- genden Ausführungsbeispiel einflutig ausgelegt und weist einen Dampfpfad aus hochtemperaturbeständigen Nickel-Basis-Legierungen auf. Die Eingangstemperatur des Frischdampfs beträgt etwa 700°C und der Eingangsdampfdruck beträgt etwa 375 bar. Eine wirtschaftliche Optimierung kann auch eine Vermeidung von Hochtemperaturwerkstoffen durch Wahl eines Prozesses mit lediglich z.B. 620°C und 240 bar begründen. Die Super-Hochdruckturbine 24 ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus Figur 2 auf einer Welle 14 gelagert, die mit der Welle 9 der bereits bestehenden Turbogruppe des nachgerüsteten Dampfkraftwerks über eine Kupplung 28 verbunden ist.The working steam enters the super high-pressure turbine 24 of the retrofit turbine module 25 via a modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23 , The inlet temperature of the live steam is approximately 700 ° C and the inlet steam pressure is approximately 375 bar. An economic optimization can also justify avoiding high-temperature materials by choosing a process with only 620 ° C and 240 bar, for example. According to the second exemplary embodiment from FIG. 2, the super high-pressure turbine 24 is mounted on a shaft 14 which is connected to the shaft 9 the already existing turbo group of the retrofitted steam power plant is connected via a coupling 28.
Der Dampf gelangt direkt oder über die entsprechenden, ausser Betrieb gesetzten Frischdampfventile 3 in die einflutige Hochdruckturbine 4 des bestehenden Dampfkraftwerks. Die Turbineneintrittstemperatur beträgt auch hier, wie vor der Nachrüstung, z.B. 540°C und der Turbineneintrittsdruck 150 bar.The steam reaches the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the corresponding live steam valves 3 which are put out of operation. The turbine inlet temperature is, as before retrofitting, e.g. 540 ° C and the turbine inlet pressure 150 bar.
Der Dampf wird am Austritt aus der Hochdruckturbine 4 in Anzapfdampf, der ei- nem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 21 zugeführt wird, und Arbeitsdampf, der einem Zwischenüberhitzer 5 zugeführt wird, aufgeteilt.At the outlet from the high-pressure turbine 4, the steam is divided into bleed steam, which is fed to a high-pressure feed water preheater 21, and working steam, which is fed to an intermediate superheater 5.
Der Arbeitsdampf gelangt über den Zwischenüberhitzer 5 und die Abfangventile 6 in die in diesem Beispiel zweiflutig ausgeführte Mitteldruckturbine 7, wobei der Druck auch hier unverändert typischerweise 36 bar und die Temperatur z.B. 540° C beträgt. Aus der Mitteldruckturbine 7 gelangt ebenfalls Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung in die Hochdruck-Speisewasservorwärmer 19 und 20 bzw. direkt in den Speisewasserbehälter 17. Der Arbeitsdampf gelangt in die zwei- flutige Niederdruckturbine 8, von wo er in einen Kondensator 11 strömt, in dem der Dampf über einen von Kühlwasser durchflossenen Wärmetauscher kondensiert wird.The working steam passes through the reheater 5 and the interception valves 6 into the medium-pressure turbine 7, which in this example is double-flow, the pressure here also unchanged typically 36 bar and the temperature e.g. 540 ° C. Tap steam for the feed water preheating also reaches the high-pressure feed water preheaters 19 and 20 or directly into the feed water tank 17 from the medium-pressure turbine 7. The working steam reaches the double-flow low-pressure turbine 8, from where it flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows.
Das Kondensat wird über Niederdruck-Speisewasservorwärmer 15, 16 vorgewärmt und dem Speisewasserbehälter 17 zugeführt. Die Vorwärmung in den Nie- derdruck-Speisewasservorwärmern 15, 16 erfolgt mit Anzapfdampf aus der Niederdruckturbine 8.The condensate is preheated via low-pressure feed water preheaters 15, 16 and fed to the feed water tank 17. The preheating in the low-pressure feed water preheaters 15, 16 takes place with bleed steam from the low-pressure turbine 8.
Die Hochdruckturbine 4, die Mitteldruckturbine 7 und die Niederdruckturbine 8 bilden dabei die Turbogruppe des bereits bestehenden Dampfkraftwerks. Die Be- schaufelung dieser Turbogruppe kann je nach Bedarf durch neue Schaufeln mit modifiziertem Schaufelprofil ersetzt werden. Die Turbogruppe ist dabei auf der gemeinsamen Welle 9 angeordnet, welche über Wellenlager 12 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 treibt im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 gemeinsam mit der über die Kupplung 28 mit der Welle 9 verbundene Super-Hochdruckturbine 24 den Drehstromgenerator 10 an. Der Generator 10 ist dabei gegebenenfalls so modifiziert, dass er die durch Vorschalten der Super-Hochdruckturbine 24 erhöhte Leistung aufnehmen kann, oder die abgegebene Leistung wird auf ein zulässiges Mass begrenzt.The high-pressure turbine 4, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant. The blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required. The turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12. In the second exemplary embodiment according to FIG. 2, the shaft 9 drives the three-phase generator 10 together with the super high-pressure turbine 24 connected to the shaft 9 via the coupling 28. The generator 10 may be modified so that it can absorb the power increased by connecting the super high-pressure turbine 24 upstream, or the power output is limited to a permissible level.
Figur 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer dritten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. Ge- maß diesem Ausführungsbeispiel wird in einem für die erhöhten Temperaturen und Drücke modifizierten Dampfkessel 1 mit Überhitzer 32 Kondensat- bzw. Kesselspeisewasser auf die gewünschte Dampftemperatur von beispielsweise 620°C und durch die Booster-Pumpe 29 auf den gewünschten Dampfdruck von z.B. 240 bar gebracht. Die auf erhöhtem Druck arbeitende Leitung 34 ist dabei entspre- chend modifiziert.FIG. 3 shows a schematic block diagram of a third advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. According to this embodiment, condensate or boiler feed water is modified in a steam boiler 1 modified for the higher temperatures and pressures to the desired steam temperature of, for example, 620 ° C. and by the booster pump 29 to the desired steam pressure of e.g. Brought 240 bar. The line 34 operating at increased pressure is modified accordingly.
Über einen Frischdampfüberhitzer 32 und entsprechende Frischdampfventile 23 gelangt der Dampf in ein Nachrüst-Turbinenmodul 25, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel nach Figur 3 eine Super-Hochdruckturbine 24 und eine Super- Mitteldruckturbine 27 aufweist. Die Super-Hochdruckturbine 24 und die Super- Mitteldruckturbine 27 sind dabei jeweils einflutig ausgelegt und in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Der Dampfpfad der nachgerüsteten Super-Hochdruckturbine 24 und der Dampfpfad der nachgerüsteten Super-Mitteldruckturbine 27 sind aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen hergestellt.Via a live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23, the steam reaches a retrofit turbine module 25, which in the present exemplary embodiment according to FIG. 3 has a super high-pressure turbine 24 and a super medium-pressure turbine 27. The super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are each designed with one flow and are arranged in a common housing. The steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 and the steam path of the retrofitted super medium-pressure turbine 27 are made of high-temperature resistant materials.
Die Eingangstemperatur des Frischdampfs beträgt im vorliegenden dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 beispielsweise 620°C und der Eingangsdampfdruck z.B. 240 bar. Die Super-Hochdruckturbine 24 und die Super-Mitteldruckturbine 27 sind auf einer gemeinsamen Welle 14, separat von der Welle 9 der bestehenden Turbogruppe gelagert. Die hier erzeugte Leistung wird von einem zusätzlichen Generator 30 abgegriffen und in Strom umgewandelt. Über einen Zwischenüberhitzer 31 und Abfangventile 26 gelangt der Arbeitsdampf von der Super-Hochdruckturbine 24 dann in die Super-Mitteldruckturbine 27 des Nachrüst-Turbinenmoduls 25. Die Turbineneintrittstemperatur des Arbeitsdampfs beträgt hier ebenfalls z.B. 620°C und der Turbineneintrittsdruck etwa 60 bar.In the third exemplary embodiment according to FIG. 3, the inlet temperature of the live steam is, for example, 620 ° C. and the inlet steam pressure is, for example, 240 bar. The super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are mounted on a common shaft 14, separately from the shaft 9 of the existing turbo group. The power generated here is tapped by an additional generator 30 and converted into electricity. The working steam then passes from the super high-pressure turbine 24 into the super-medium-pressure turbine 27 of the retrofit turbine module 25 via an intermediate superheater 31 and interception valves 26. The turbine inlet temperature of the working steam here is likewise, for example, 620 ° C. and the turbine inlet pressure is approximately 60 bar.
Am Austritt der Super-Mitteldruckturbine 27 wird der Arbeitsdampf direkt oder über die bestehenden, ausser Betrieb gesetzten Abfangventile 6 in die in diesem Beispiel zweiflutig ausgeführte Mitteldruckturbine 7 des bestehenden Dampf-Turbinenmoduls geleitet, wobei der Druck hier unverändert beispielsweise 36 bar und die Temperatur 540° C beträgt. Der Arbeitsdampf gelangt von der Mitteldruckturbine 7 in die in diesem Ausführungsbeispiel zweiflutige Niederdruckturbine 8.At the outlet of the super medium-pressure turbine 27, the working steam is fed directly or via the existing, shut-down intercepting valves 6 into the medium-pressure turbine 7 of the existing steam turbine module, which in this example is double-flow, the pressure unchanged here, for example, 36 bar and the temperature 540 ° C. The working steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the low-pressure turbine 8, which is double-flow in this exemplary embodiment.
Der Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung, der zur Erwärmung des Speisewassers mittels Wärmetauscher dient, und die Rückführung des Kondensats in den Dampfkessel sind in Figur 3 nur angedeutet.The tapping steam for the feed water preheating, which is used to heat the feed water by means of a heat exchanger, and the return of the condensate to the steam boiler are only indicated in FIG. 3.
Die ursprüngliche Hochdruckturbine wird in diesem Ausführungsbeispiel durch das Nachrüst-Turbinenmodul 25 ersetzt, welches eine Super-Hochdruckturbine 24 und eine Super-Mitteldruckturbine 27 umfasst. Die Mitteldruckturbine 7 und die Nieder- druckturbine 8 bilden dabei die Turbogruppe des bereits bestehenden Dampfkraftwerks. Die Beschaufelung dieser Turbogruppe kann je nach Bedarf durch neue Schaufeln mit modifiziertem Schaufelprofil ersetzt werden. Die bestehende Turbogruppe ist dabei auf einer gemeinsamen Welle 9 angeordnet, die über Wellenlager 12 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 treibt im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 den originalen Drehstromgenerator 10 des bestehenden Dampfkraftwerks an.In this exemplary embodiment, the original high-pressure turbine is replaced by the retrofit turbine module 25, which comprises a super-high-pressure turbine 24 and a super-medium-pressure turbine 27. The medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant. The blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required. The existing turbo group is arranged on a common shaft 9 which is rotatably supported by shaft bearings 12. In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the shaft 9 drives the original three-phase generator 10 of the existing steam power plant.
Figur 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer vierten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird in einem für die erhöhten Temperaturen und Drücke modifizierten Dampfkessel 1 Kondensat- bzw. Kesselspeisewasser ebenfalls auf die gewünschte Dampftemperatur von beispielsweise 620°C und durch die Booster-Pumpe 29 oder durch geeignete Anpassung der Speisewasser- pumpe auf den gewünschten Dampfdruck von z.B. 240 bar gebracht. Die auf erhöhtem Druck arbeitende Leitung 34 ist dabei entsprechend modifiziert. -FIG. 4 shows a schematic block diagram of a fourth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. According to this exemplary embodiment, in a steam boiler 1 modified for the elevated temperatures and pressures, condensate or boiler feed water is likewise brought to the desired steam temperature of, for example, 620 ° C. and by the booster pump 29 or by suitable adaptation of the feed water pump brought to the desired vapor pressure of eg 240 bar. The line 34 operating at increased pressure is modified accordingly. -
Über einen modifizierten Frischdampfüberhitzer 32 und entsprechende Frisch- dampfventile 23 gelangt der Dampf in ein Nachrüst-Turbinenmodul 25, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Super-Hochdruckturbine 24 und eine Super- Mitteldruckturbine 27 aufweist. Die Super-Hochdruckturbine 24 ist dabei einflutig ausgelegt, die Super-Mitteldruckturbine 27 zweiflutig. Der Dampfpfad der nachgerüsteten Super-Hochdruckturbine 24 und der Dampfpfad der nachgerüsteten Mitteldruckturbine 27 sind aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen hergestellt. Die Eingangstemperatur des Frischdampfs beträgt im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise 620°C und der Eingangsdampfdruck z.B. 240 bar. Die Super-Hochdruckturbine 24 und die Super-Mitteldruckturbine 27 sind auf einer gemeinsamen Welle 14 gelagert, die mit der Welle 9 der bestehenden Turbogrup- pe über eine Kupplung 28 verbunden ist.Via a modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23, the steam reaches a retrofit turbine module 25, which in the present exemplary embodiment has a super high-pressure turbine 24 and a super medium-pressure turbine 27. The super high-pressure turbine 24 is designed with one flow, the super medium-pressure turbine 27 with two flows. The steam path of the retrofitted super high-pressure turbine 24 and the steam path of the retrofitted medium-pressure turbine 27 are made of high-temperature resistant materials. The inlet temperature of the live steam in the present exemplary embodiment is, for example, 620 ° C. and the inlet steam pressure is e.g. 240 bar. The super high-pressure turbine 24 and the super medium-pressure turbine 27 are mounted on a common shaft 14, which is connected to the shaft 9 of the existing turbo group via a coupling 28.
Der Arbeitsdampf gelangt direkt oder über die bestehenden, ausser Betrieb gesetzten Frischdampfventile 3 in die einflutige Hochdruckturbine 4 des bestehenden Dampfkraftwerks. Die Turbineneintrittstemperatur des Arbeitsdampfs beträgt hier unverändert 540°C und der Turbineneintrittsdruck z.B. 150 bar. Die bestehende Hochdruckturbine muss dergestalt umgebaut werden, dass der Dampf auf dem für den erhöhten Zwischenüberhitzerdruck nötigen Druck entnommen werden kann. Über einen Zwischenüberhitzer 33 und Abfangventile 26 gelangt der Arbeitsdampf in die Super-Mitteldruckturbine 27 des Nachrüst-Turbinenmoduls 25. Die Turbi- neneintrittstemperatur beträgt hier nach dem Zwischenüberhitzen beispielsweise wieder 620°C und der Turbineneintrittsdruck z.B. 60 bar. Am Austritt der Super- Mitteldruckturbine 27 wird der Arbeitsdampf direkt oder über die ausser Betrieb gesetzten Abfangventile 6 in die zweiflutig ausgeführte Mitteldruckturbine 7 geleitet, wobei der Druck hier unverändert 36 bar und die Temperatur 540° C beträgt. Der Arbeitsdampf gelangt von der Mitteldruckturbine 7 in die zweiflutige Niederdruckturbine 8. Der Anzapfdampf für die Speisewasservorwärmung, der zur Erwärmung des Speisewassers mittels Wärmetauscher dient, und die Rückführung des Kondensats in den Dampfkessel sind in Figur 4 nur angedeutet.The working steam enters the single-flow high-pressure turbine 4 of the existing steam power plant directly or via the existing live steam valves 3, which are put out of operation. The turbine inlet temperature of the working steam is unchanged at 540 ° C and the turbine inlet pressure is 150 bar, for example. The existing high-pressure turbine has to be modified in such a way that the steam can be extracted at the pressure required for the increased reheater pressure. The working steam enters the super medium-pressure turbine 27 of the retrofit turbine module 25 via an intermediate superheater 33 and intercepting valves 26. The turbine inlet temperature here is, after the intermediate superheating, again, for example, 620 ° C. and the turbine inlet pressure, for example, 60 bar. At the outlet of the super medium-pressure turbine 27, the working steam is fed directly or via the shut-off valves 6 into the double-flow medium-pressure turbine 7, the pressure here remaining unchanged at 36 bar and the temperature at 540 ° C. The working steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the double-flow low-pressure turbine 8. The tapping steam for the feed water preheating, which is used to heat the feed water by means of a heat exchanger, and the return of the condensate to the steam boiler are only indicated in FIG. 4.
Die wegen dem höheren Austrittsdruck zu modifizierende Hochdruckturbine 4, die Mitteldruckturbine 7 und die Niederdruckturbine 8 bilden dabei die Turbogruppe des bereits bestehenden Dampfkraftwerks. Die Beschaufelung dieser Turbogruppe kann je nach Bedarf durch neue Schaufeln mit modifiziertem Schaufelprofil ersetzt werden. Die Turbogruppe ist dabei auf der gemeinsamen Welle 9 angeord- net, die über Wellenlager 12 drehbar gelagert ist. Die Welle 9 treibt im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 gemeinsam mit dem über die Kupplung 28 mit der Welle 9 verbundenen Nachrüst-Turbosatz 25 den Drehstromgenerator 10 an. Der Generator 10 ist dabei gegebenenfalls so modifiziert, dass er die durch Vorschalten des Nachrüst-Turbosatzes erhöhte Leistung aufnehmen kann, oder die abge- gebene Leistung wird auf ein zulässiges Mass begrenzt.The high-pressure turbine 4 to be modified because of the higher outlet pressure, the medium-pressure turbine 7 and the low-pressure turbine 8 form the turbo group of the existing steam power plant. The blades of this turbo group can be replaced by new blades with a modified blade profile as required. The turbo group is arranged on the common shaft 9, which is rotatably supported by shaft bearings 12. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the shaft 9 drives the three-phase generator 10 together with the retrofit turbo set 25 connected to the shaft 9 via the coupling 28. The generator 10 is modified in such a way that it can absorb the power increased by connecting the retrofit turbo set upstream, or the power output is limited to a permissible level.
Figur 5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer fünften vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. In einem für hohe Betriebstemperaturen modifizierten Überhitzer 32 wird der Dampf nach Durchlaufen des Dampferzeugers 1 auf die gewünschte Dampftemperatur gebracht. Die Frischdampftemperatur beträgt dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel etwa 700°C, der Frischdampfdruck bleibt unverändert auf beispielsweise 150 bar.FIG. 5 shows a schematic block diagram of a fifth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. In a superheater 32 modified for high operating temperatures, the steam is brought to the desired steam temperature after it has passed through the steam generator 1. The live steam temperature in the present exemplary embodiment is approximately 700 ° C., the live steam pressure remains unchanged at, for example, 150 bar.
Nach Durchlaufen des Frischdampfüberhitzers 32 und entsprechender Frischdampfventile 23 gelangt der Dampf in eine Super-Hochdruckturbine 24 eines Nachrüst-Turbinenmoduls 25. Die Super-Hochdruckturbine 24 ersetzt dabei vollständig die Hochdruckturbine des bestehenden Kraftwerks und ist über eine Kupplung 28 mit der Welle 9 der bestehenden Dampf-Turbogruppe verbunden.After passing through the live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23, the steam enters a super high-pressure turbine 24 of a retrofit turbine module 25. The super high-pressure turbine 24 completely replaces the high-pressure turbine of the existing power plant and is the existing steam via a coupling 28 with the shaft 9 -Turbo group connected.
Der Dampf gelangt am Austritt aus der Super-Hochdruckturbine 24 über einen Zwischenüberhitzer 5 und die Abfangventile 6 in die Mitteldruckturbine 7, wobei Druck und Temperatur hier typischerweise 36 bar und z.B. 540° C betragen. Aus der Mitteldruckturbine 7 gelangt Dampf in die zweiflutige Niederdruckturbine 8, von wo der austretende Arbeitsdampf in einen Kondensator 11 strömt, in dem der Dampf über einen mit Kühlwasser durchströmten Wärmetauscher kondensiert wird.At the outlet from the super high-pressure turbine 24, the steam reaches the medium-pressure turbine 7 via an intermediate superheater 5 and the interception valves 6 Pressure and temperature here are typically 36 bar and 540 ° C, for example. Steam passes from the medium-pressure turbine 7 into the double-flow low-pressure turbine 8, from where the emerging working steam flows into a condenser 11, in which the steam is condensed via a heat exchanger through which cooling water flows.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Mehrleistung über einen modifizierten Generator 10 abgegriffen werden.In this exemplary embodiment too, the additional power can be tapped via a modified generator 10.
Schließlich zeigt Figur 6 ein schematisches Blockschaltbild einer sechsten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 22 mit Nachrustsatz. Diese Variante ist für hohe Betriebstemperaturen um etwa 720 °C aber niedrige Betriebsdrücke um etwa 100 bar vorgesehen, weshalb im wesentlichen die Originalbauteile des bestehenden Dampfkraftwerks beibehalten werden kön- nen und kein grösserer Umbau des Dampfkessels 1 erforderlich ist. Auch kann die bestehende Kesselspeisepumpe 18 auf reduziertem Druck arbeitenentfallen. Es werden im wesentlichen lediglich ein modifizierter Überhitzer 32 und die Super- Hochdruckturbine 24 benötigt. Die Super-Hochdruckturbine 24 ersetzt dabei vollständig die Hochdruckturbine des bestehenden Kraftwerks und ist mit der Welle 9 der bestehenden Dampf-Turbogruppe über eine Kupplung 28 verbunden.Finally, FIG. 6 shows a schematic block diagram of a sixth advantageous embodiment of a steam power plant 22 according to the invention with a retrofit kit. This variant is intended for high operating temperatures of around 720 ° C but low operating pressures of around 100 bar, which is why the original components of the existing steam power plant can essentially be retained and no major modification of the steam boiler 1 is necessary. The existing boiler feed pump 18 can also be omitted to operate at reduced pressure. Essentially, only a modified superheater 32 and the super high-pressure turbine 24 are required. The super high-pressure turbine 24 completely replaces the high-pressure turbine of the existing power plant and is connected to the shaft 9 of the existing steam turbo group via a coupling 28.
Über den modifizierten Frischdampfüberhitzer 32 und entsprechende Frischdampfventile 23 gelangt der Dampf in die Super-Hochdruckturbine 24 des Nachrüst-Turbinenmoduls 25.The steam reaches the super high-pressure turbine 24 of the retrofit turbine module 25 via the modified live steam superheater 32 and corresponding live steam valves 23.
Der Dampf gelangt am Austritt aus der Super-Hochdruckturbine 24 direkt oder über die ausser Betrieb gesetzten Abfangventile 6 in die Mitteldruckturbine 7, wobei Druck und Temperatur hier typischerweise 36 bar und z.B. 540° C betragen. Ein Zwischenüberhitzer kann hier entfallen. Aus der Mitteldruckturbine 7 gelangt Dampf in die Niederdruckturbine 8. Die Leistung wird an den mit der Welle 9 verbundenen ursprünglichen Generator 10 abgegeben. Diese sechste Ausführungsform eignet sich insbesondere dazu, Dampfkraftwerke über deren eigentliche Lebensdauer hinaus bei geringen Investitionskosten weiter zu betreiben. Da die Materialermüdung hier auf der Hochdruckseite nur noch Drücke unter den ursprünglichen Auslegungsdrücken zuläßt, sind die auf die Bau- teile einwirkenden Dampfdrücke niedriger als bei der ursprünglichen Auslegung des bestehenden Dampfkraftwerks gewählt. Da bei diesem speziellen Anwendungsfall i.d.R. keine wesentliche Mehrleistung zu erwarten ist, kann der ursprüngliche Generator 10 häufig unverändert beibehalten werden.At the outlet from the super high-pressure turbine 24, the steam reaches the medium-pressure turbine 7 directly or via the shut-off valves 6, the pressure and temperature here typically being 36 bar and, for example, 540 ° C. An intermediate superheater can be omitted here. Steam reaches the low-pressure turbine 8 from the medium-pressure turbine 7. The power is delivered to the original generator 10 connected to the shaft 9. This sixth embodiment is particularly suitable for continuing to operate steam power plants beyond their actual service life at low investment costs. Since the material fatigue here on the high pressure side only allows pressures below the original design pressures, the steam pressures acting on the components are lower than in the original design of the existing steam power plant. Since, in this particular application, generally no significant additional power is to be expected, the original generator 10 can often be kept unchanged.
Durch die oben beschriebenen vorteilhaften Ausführungsbeispiele werden die Nachteile des Standes der Technik vermieden und der Wirkungsgrad bzw. die Lebensdauer des bestehenden Dampfkraftwerks verbessert. Durch die Beibehaltung möglichst vieler Originalteile des Dampfkraftwerks wird eine kostengünstige Lösung hierfür zur Verfügung gestellt. Außerdem kann die allgemeine Infrastruktur soweit wirtschaftlich und umweltverträglich beibehalten werden.The above-described advantageous exemplary embodiments avoid the disadvantages of the prior art and improve the efficiency or the service life of the existing steam power plant. By keeping as many original parts of the steam power plant as possible, a cost-effective solution is made available for this. In addition, the general infrastructure can be maintained as far as economically and environmentally compatible.
Die vorliegende Erfindung ist nicht durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern wird lediglich durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche definiert, wie sie von einem Fachmann verstanden werden. Insbesondere lassen sich in vielen Fällen die in den Ausführungsbeispielen gezeigte Teilkomponenten untereinander kombinieren.The present invention is not limited by the exemplary embodiments described, but is only defined by the scope of the appended claims as understood by a person skilled in the art. In particular, the partial components shown in the exemplary embodiments can be combined with one another in many cases.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Dampferzeuger, Dampfkessel1 steam generator, steam boiler
2 Überhitzer2 superheaters
3 Frischdampfventil3 live steam valve
4 Hochdruckturbine4 high pressure turbine
5 Zwischenüberhitzer5 reheaters
6 Abfangventil6 interception valve
7 Mitteldruckturbine Niederdruckturbine Welle Drehstromgenerator Kondensationsanlage, Kondensator Wellenlager Kondensatpumpe Welle Niederdruck-Speisewasservorwärmer Niederdruck-Speisewasservorwärmer Speisewasserbehälter Kesselspeisepumpe Hochdruck-Speisewasservorwärmer Hochdruck-Speisewasservorwärmer Hochdruck-Speisewasservorwärmer Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz Frischdampfventil Super-Hochdruckturbine Nachrüst-Turbinenmodul Abfangventil Super-Mitteldruckturbine Kupplung Booster-Pumpe Drehstromgenerator Zwischenüberhitzer Überhitzer Zwischenüberhitzer modifizierte Druckleitung 7 medium pressure turbine Low-pressure turbine shaft three-phase generator condensation system, condenser shaft bearing condensate pump shaft

Claims

Patentansprüche claims
1. Dampfkraftwerk mit Nachrustsatz, wobei das Dampfkraftwerk einen Dampferzeuger (1) mit Überhitzer, einen Dampf-Turbosatz einschließlich Konden- sationsanlagen (11), verbindende Rohrleitungen, Hilfseinrichtungen und einen Generator (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass als Nachrustsatz zumindest ein für erhöhte Frischdampftemperaturen > 565°C, vorzugsweise 620°C bis 720°C, und für unveränderten oder modifizierten Frischdampfdruck ausgelegtes Nachrüst-Turbinenmodul (25) angeordnet und dem bestehenden Dampf-Turbosatz vorgeschaltet oder gegen dessen1. Steam power plant with retrofit kit, wherein the steam power plant has a steam generator (1) with superheater, a steam turbo set including condensing systems (11), connecting pipes, auxiliary devices and a generator (10), characterized in that at least one for retrofit kit Increased live steam temperatures> 565 ° C, preferably 620 ° C to 720 ° C, and retrofit turbine module (25) designed for unchanged or modified live steam pressure and arranged upstream or against the existing steam turbo set
Hochdruckturbine ausgetauscht ist.High pressure turbine is replaced.
2. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Frischdampfdruck ≥ 200 bar, vorzugsweise 240 bar bis 375 bar, ist.2. Steam power plant according to claim 1, characterized in that the modified live steam pressure is ≥ 200 bar, preferably 240 bar to 375 bar.
3. Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der modifizierte Frischdampfdruck kleiner als der Frischdampfdruck des bestehenden Dampf-Turbosatzes, vorzugsweise im Bereich um 100 bar, ist.3. Steam power plant according to claim 1, characterized in that the modified live steam pressure is less than the live steam pressure of the existing steam turbo set, preferably in the range around 100 bar.
4. Dampfkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) des Nachrüst-Turbinenmoduls (25) und die Welle (9) des bestehenden Dampfturbosatzes mechanisch miteinander gekoppelt sind.4. Steam power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft (14) of the retrofit turbine module (25) and the shaft (9) of the existing steam turbine set are mechanically coupled to one another.
5. Dampfkraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (14) des Nachrüst-Turbinenmoduls (25) und die Welle (9) des bestehenden Dampfturbosatzes mechanisch entkoppelt sind.5. Steam power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that the shaft (14) of the retrofit turbine module (25) and the shaft (9) of the existing steam turbine set are mechanically decoupled.
6. Dampfkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Nachrüst-Turbinenmodul (25) aus hochtemperaturbeständigen Werkstoffen, vorzugsweise aus Stahl oder einer Nickel-Basis- Legierung, hergestellt ist. 6. Steam power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the retrofit turbine module (25) is made of high-temperature resistant materials, preferably steel or a nickel-based alloy.
7. Dampfkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrüst-Turbinenmodul (25) eine ein- oder mehrflutige Super-Hochdruckturbine (24) aufweist.7. Steam power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the retrofit turbine module (25) has a single-flow or multi-flow super high-pressure turbine (24).
8. Dampfkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachrüst-Turbinenmodul (25) eine ein- oder mehrflutige Super- Hochdruckturbine (24) und eine ein- oder mehrflutige Super-Mitteldruckturbine (27) aufweist.8. Steam power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the retrofit turbine module (25) has a single-flow or multi-flow super high-pressure turbine (24) and a single-flow or multi-flow super medium-pressure turbine (27).
9. Dampfkraftwerk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die9. Steam power plant according to claim 8, characterized in that the
Super-Hochdruckturbine (24) und die Super-Mitteldruckturbine (27) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Super high pressure turbine (24) and the super medium pressure turbine (27) are arranged in a common housing.
10. Dampfkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Nachrustsatz einen modifizierten Dampferzeuger (1 ) und/oder Überhitzer (32) zum Erzeugen von Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur > 565°C, vorzugsweise 620°C bis 720°C, und mit unverändertem oder modifiziertem Dampfdruck aufweist.10. Steam power plant according to one of the preceding claims, characterized in that the retrofit kit a modified steam generator (1) and / or superheater (32) for generating live steam with an elevated steam temperature> 565 ° C, preferably 620 ° C to 720 ° C , and with unchanged or modified vapor pressure.
11. Dampfkraftwerk nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zusätzlicher Generator (30) oder ein modifizierter oder ausgetauschter Generator (10) zur Leistungsabnahme der durch den Nachrüst-Turbosatz (25) erzeugten Mehrleistung vorgesehen ist.11. Steam power plant according to one of the preceding claims, characterized in that an additional generator (30) or a modified or exchanged generator (10) is provided for power consumption of the additional power generated by the retrofit turbo set (25).
12. Verfahren zum Nachrüsten eines bestehenden Dampfkraftwerks mit einem Dampferzeuger (1 ) mit Überhitzer, einem Dampf-Turbosatz einschließlich Kondensationsanlagen (11), verbindenden Rohrleitungen, Hilfseinrichtungen und einem Generator (10), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Vorschalten eines Nachrüst-Turbinenmoduls (25) für Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur und unveränderten oder modifizierten Frischdampfdruck vor den bestehenden Turbosatz oder Austauschen der Hoch- druckturbine des bestehenden Dampf-Turbosatzes gegen das Nachrüst- Turbinenmodul (25);12. A method for retrofitting an existing steam power plant with a steam generator (1) with superheater, a steam turbo set including condensation systems (11), connecting pipes, auxiliary devices and a generator (10), the method comprising the following steps: connecting a retrofit turbine module (25) for live steam with increased steam temperature and unchanged or modified live steam pressure before the existing turbo set or replacing the high pressure turbine of the existing steam turbine set against the retrofit turbine module (25);
Vorsehen eines Dampferzeugers (1) und/oder Überhitzers (32) zur Bereitstellung von Frischdampf mit erhöhter Dampftemperatur.Providing a steam generator (1) and / or superheater (32) to provide live steam with an increased steam temperature.
13. Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks nach Anspruch 12, das ferner folgenden Schritt aufweist:13. A method for retrofitting a steam power plant according to claim 12, further comprising the step of:
Nachrüsten oder Umbau des Dampferzeugers und des Überhitzers (32) sowie der Speisewasserpumpe oder Hinzufügen einer Booster-Pumpe (29) und Modifizieren der entsprechenden Rohrleitungen, um erhöhten Frischdampfdruck zur Verfügung zu stellen.Retrofitting or converting the steam generator and the superheater (32) and the feed water pump or adding a booster pump (29) and modifying the corresponding pipes to provide increased live steam pressure.
14. Verfahren zum Nachrüsten eines Dampfkraftwerks nach Anspruch 12 oder 13, das ferner folgenden Schritt aufweist: Hinzufügen, Austauschen oder Modifizieren eines Generators (10) zur Leistungsabnahme der durch den Nachrüst-Turbosatz (25) erzeugten Mehrleistung. 14. A method for retrofitting a steam power plant according to claim 12 or 13, further comprising the step of: adding, replacing or modifying a generator (10) for derating the additional power generated by the retrofit turbo set (25).
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