EP1674669A1 - Method of cooling a steam turbine - Google Patents

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EP1674669A1
EP1674669A1 EP04030350A EP04030350A EP1674669A1 EP 1674669 A1 EP1674669 A1 EP 1674669A1 EP 04030350 A EP04030350 A EP 04030350A EP 04030350 A EP04030350 A EP 04030350A EP 1674669 A1 EP1674669 A1 EP 1674669A1
Authority
EP
European Patent Office
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steam
cooling
main
pressure
temperature
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04030350A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Heiner Dr. Edelmann
Detlef Dr. Haje
Werner-Holger Heine
Rudolf Kral
Michael Wechsung
Kai Dr. Wieghardt
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP04030350A priority Critical patent/EP1674669A1/en
Publication of EP1674669A1 publication Critical patent/EP1674669A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D3/00—Machines or engines with axial-thrust balancing effected by working-fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00—Function
    • F05D2260/20—Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium
    • F05D2260/2322—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium steam

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a steam turbine and a steam turbine plant.
  • the efficiency of a steam turbine is mainly influenced by an enthalpy gradient of the flow medium.
  • great efforts are being made to provide the ability to form a steam turbine such that the inlet of the steam turbine is suitable for higher temperatures.
  • Current steam turbines are designed for flow medium temperatures in the inlet for up to 620 ° to 630 ° C.
  • One of the technical problems to be solved is to find a suitable cooling concept for the steam turbine used.
  • a steam turbine plant which is designed for power supply, composed of different sub-turbines, the sub-turbines are designed for different states of the flow medium.
  • a steam turbine plant has a high-pressure turbine section, a medium-pressure turbine section and a low-pressure turbine section.
  • the fresh steam flowing into the high-pressure turbine section has temperatures of up to 620 ° to 630 ° C and pressures of up to 300 bar.
  • the flow medium from the high-pressure turbine usually flows into a reheater unit, where the flow medium is heated again to a temperature of about 600 ° to 620 ° C.
  • the flow medium then flows into the medium-pressure turbine section and from there into the low-pressure turbine section.
  • the energy of the flow medium is in this case converted into rotational energy of a rotor which is coupled to a generator.
  • the high-pressure turbine section is equipped with a reaction blading, which is the rule, the expansion of the supplied flow medium to forces acting in the axial direction along a shaft of the steam turbine.
  • a thrust balance piston is also part of the shaft seal and described for example in DE 197 01 020 A1 and in DE 68 097 08 U1.
  • the thrust balance piston is thereby acted upon at one end face with live steam, resulting in a counterforce, the so-called thrust balancing force. Since a relatively large loading surface is required, the diameter of the piston is comparatively large. The large diameter leads to a high centrifugal acceleration.
  • the flow medium is throttled over the located on the lateral surface of the piston shaft seal and also wets the rear end wall.
  • the piston is therefore exposed to high temperatures during operation.
  • the high temperatures lead to a reduced strength of the piston.
  • the piston is thus subject to significant restrictions in terms of material selection. As a rule, a high-quality material must be used. Since the piston is generally made in one piece with the shaft, significantly higher costs.
  • a suitable thrust balance piston it is cooled in some embodiments of a steam turbine.
  • a steam turbine Such cooling is described in WO 01/86121 A1.
  • the steam generator cooling steam is removed, the temperature is smaller and the pressure is greater than that of the live steam.
  • the disadvantage here is that the cooling steam usually has a constant temperature.
  • the Inventors have recognized that feeding the cooling steam leads to a sudden temperature gradient in the components to be cooled. These sudden temperature differences lead to undesirable temperature cycles and reduce the overall life of the steam turbine.
  • high-pressure steam turbines do not become active, i. cooled by separately supplied cooling medium.
  • the cooling is achieved here by suitable design of the expansion of the live steam.
  • the live steam flowing into a steam turbine is first expanded exclusively by stationary parts, such as, for example, guide rings or radially acting guide vanes, and is cooled by about 10 K. This expanded steam then acts on rotating components.
  • the incoming steam is passed through the outer casing by means of a separate diffuser. The outer housing is then subjected to a teilspand investigating cooling medium of lower temperature.
  • Cooling can also be done by a central cavity through which a cooling steam flows and is fed from there to the areas to be cooled.
  • the disadvantage here is that the bore usually has to be arranged at the point of highest component stress, which adversely affects the strength.
  • the object of the present invention is to provide suitable cooling for a steam turbine, in particular cooling for a thrust balance piston.
  • this object is achieved by a method in which at least one first cooling steam having a first temperature and a first pressure is taken from a first region of a steam generator and having a second having a second temperature and a second pressure Cooling steam is mixed to a main cooling steam having a main cooling temperature and a main cooling pressure and flows into a cooling inlet opening of the steam turbine.
  • cooling according to the invention By removing the cooling steam from the steam generator can be dispensed with a separate, complex cooling circuit.
  • the cooling according to the invention is therefore easy to implement.
  • the proposed solution according to the invention can therefore be retrofitted with little effort into existing facilities.
  • An essential aspect of the invention is that the cooling steam is taken at several points of a steam cycle.
  • An at least first cooling steam can be taken between a separator and a superheater of the steam generator. Alternatively, a removal from a superheater collector of the steam generator between individual superheater elements is possible.
  • the first cooling steam in this case has a first temperature and a first pressure. Further cooling vapors can be taken between further superheaters of the steam generator.
  • a second cooling steam is added to this first cooling steam or optionally first and further cooling vapors.
  • the main cooling steam thus produced has a main cooling temperature and a main cooling pressure flowing through a cooling inlet opening into the steam turbine. The main cooling temperatures and the main cooling pressure are dependent on the mixing ratio of the first cooling steam with the optionally further cooling vapors and the second cooling steam.
  • the pressure difference between the main cooling steam and the live steam can correspond approximately to the pressure loss of the bypassed superheater elements.
  • the pressure of the cooling steam is about 1 to 10 bar, in particular about 2 to 7 bar higher than the pressure of the live steam.
  • the temperature of the cooling steam is lower in this embodiment according to the number of bypassed superheater elements as the temperature of the live steam. As a result, a cooling steam at a lower temperature and greater pressure than the live steam is reliably provided.
  • the temperature of the main cooling steam may be, for example, between about 350 ° C to 500 ° C.
  • the main cooling steam enters through a passage opening in an area in front of the balancing piston of the high-pressure turbine part. From there it flows over the piston area provided with sealing tips, which is also referred to as piston leakage steam. In this case, only so much main cooling steam is fed that likewise a portion of the live steam flows over the piston, which is also referred to by the term mangle mixture. This ensures that, in contrast to excess cooling, firstly no main cooling steam enters the main flow and, secondly, a moderate temperature gradient occurs in the main components.
  • the area in front of the balance piston is designed as a mixing area in which the cooling steam is mixed with the live steam before it enters the piston.
  • the main cooling steam is passed through the outer housing before entering all passage openings. This guidance of the main cooling steam cools the outer housing, the inner housing outside and in the piston area and the rotor in the piston area.
  • An essential aspect of the invention is that a suitable temperature control and for the reduction of load changes due to temperature changes during transient operation mixing of the cooling medium from different steam conditions prior to its entry into the high-pressure turbine part is possible.
  • the task of the mixture is firstly to provide a main cooling steam with a temperature suitable for the operating state and the component of the steam turbine to be cooled.
  • a temperature suitable for the operating state and the component of the steam turbine should not be colder than the main components when starting the main cooling steam.
  • the maximum permissible temperature of the Main cooling steam to be limited.
  • differential temperatures between the component and the main cooling steam should be maintained within permitted limits.
  • a corresponding temperature level should be set.
  • the main cooling steam is to be provided, with which a rapid cooling is possible while maintaining permissible exemption limits.
  • the inventive provision of the main cooling steam temperature jumps, as they arise by switching from one coolant source to another, avoided.
  • Suitable sampling points are especially before entering the upstream part of the turbine superheater parts of the steam generator, after exiting the steam generator z. B. in the live steam collector or in the main steam line before or from the main steam valve and before entering the steam generator at all.
  • increased pressure of the main cooling steam acts this supporting on the inner casing of the high-pressure turbine part, which is advantageous for the design of the inner casing screw connection.
  • the second cooling steam can be removed from a second region of the steam generator.
  • the second cooling steam can be removed from a live steam line connected to a live steam opening of the steam turbine.
  • the main cooling steam can have a main cooling temperature and a main cooling pressure which in a maximum case corresponds to the live steam temperature and the live steam pressure and, in a minimal case, to the first temperature and the first pressure of the first cooling steam.
  • the main cooling temperature and the main cooling pressure are adjusted by changing the flow of the at least first and the second cooling steam.
  • Another aspect of the invention is to regulate the flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam via a control unit.
  • the object is likewise achieved by a steam turbine plant, the steam turbine plant having at least one steam turbine and a condenser fluidically connected to the steam turbine, wherein the condenser is fluidically connected to at least one feedwater pump, wherein a steam generator is fluidically arranged between the feedwater pump and the steam turbine such a closed water-steam cycle is formed, wherein the steam generator is designed to generate live steam at a live steam temperature and a live steam pressure and this live steam flows through a live steam line into a live steam inlet opening into the steam turbine, the steam turbine having a cooling inlet opening , which is designed such that a main cooling steam flowing through the cooling inlet opening thermally stressed components of the steam turbine cools, wherein the water-steam cycle at least a first Au slass for a first temperature and a first pressure having first cooling steam and a second outlet for a second temperature and a second pressure having second cooling steam, wherein a mixing device for mixing the at least first cooling steam with the second cooling steam with the main cooling steam is provided.
  • One advantage of the invention is, inter alia, that the main cooling steam through the mixing device can assume a variable temperature range and the main cooling pressure can also assume a variable range.
  • the guidance and use of a main cooling steam is improved, in particular with regard to stresses in transient operation of the steam turbine plant. Both cold-start and warm-start processes are considered, in which the new solution achieves a reduction of the occurring stresses and in some cases the start-up times. With the invention, less expensive materials can be used in the currently used parameters of live steam.
  • the outlet for the at least first cooling steam and the second cooling steam is provided in the region of the steam generator.
  • the outlet for the at least first cooling steam can be provided in the region of the steam generator and the outlet for the second cooling steam can be provided in the region of the live steam line.
  • outlets for the at least first cooling steam and the second cooling steam may be provided in a superheater part of the steam generator.
  • the outlet for the second cooling steam may be provided in the region of the main steam line.
  • One aspect of the invention is that, depending on the embodiment of the steam generator, a suitable location can be found to obtain a first or second or more cooling vapors.
  • the at least first and second outlet is fluidly connected via an at least first or second line to a main cooling steam line and the main cooling steam line connected to the cooling inlet opening.
  • a first valve is taken into account for adjusting the flow of the at least first cooling steam in the at least first line and a second valve for adjusting the second cooling steam in the second line.
  • the at least first valve and the second valve are connected to a control unit, wherein the control unit is designed to control flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam.
  • the control unit is designed to control flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam.
  • a controlled removal of cooling steam from the steam generator is provided for the first time in terms of temperature and pressure, wherein the temperature of the cooling steam is smaller and the pressure is greater than that of the live steam. It is thus a simple cooling allows, in particular a very efficient cooling of the piston provided for thrust balance.
  • FIG. 1 schematically shows a steam turbine plant with a steam turbine 1.
  • the steam turbine 1 has a high-pressure turbine section 2, a medium-pressure turbine section 3 and a low-pressure turbine section 4.
  • the steam turbine plant shown in FIG. 1 represents a plant according to the prior art.
  • the steam turbine plant is designed with a shaft train 5.
  • the shaft train 5 is connected to a generator 6.
  • the generator 6 is designed to generate electrical energy.
  • a coupling to the electrical supply network is not shown in detail.
  • the high-pressure turbine part 2 has a live steam inlet opening 7. Through this live steam inlet opening 7, a live steam flows into the high-pressure turbine part 2.
  • the live steam inlet opening 7 is connected to a main steam line 8, in which a main valve 9 is arranged.
  • the main valve 9 controls the flow of live steam through the main steam line 8 in the high-pressure turbine section 2.
  • the live steam flows through a blading of the high-pressure turbine section 2 and then flows out of the high-pressure turbine section 2 out into a reheater 10.
  • the low-pressure turbine section 4 the steam is then continue to relax and cool.
  • the steam, which has been expanded and cooled to a comparatively low temperature and low pressure then flows via an exhaust steam line 12 into a condenser 13. In the condenser 13, the steam condenses again to water.
  • a feedwater pump 14 the water is pumped to a preheater 15.
  • the water is heated and conveyed to the steam generator 16.
  • the steam generator 16 the water in various heating surfaces and superheater parts 17, 18, 19, 20, 21, 22 is converted into steam or the steam temperature is increased gradually.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a steam turbine plant according to the invention.
  • the steam turbine plant has a first line 23, in which a first valve 24 is arranged. Furthermore, the steam turbine plant has a second line 25, in which a second valve 26 is arranged.
  • the first line 23 and the second line 25 are fluidically connected to a common line 27.
  • This common line 27 flows through another valve 28 and is then connected to a third line 29, in which a third valve 30 is arranged.
  • the third line 29 is fluidically connected to the main steam line 8.
  • the first cooling steam is mixed with the second cooling steam to form a main cooling steam.
  • the main cooling steam flows via a main cooling line 32 into a cooling inlet opening 33 in the high-pressure part turbine 2.
  • the first cooling steam can be taken from a collector 19 here.
  • Another cooling steam can be removed from another collector 18.
  • the temperature and the pressure of the cooling steam flowing in the common line 27 can be adjusted by the valves 24 and 26.
  • the temperature of the main cooling steam is adjusted via the valves 28 and 30.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the steam turbine plant.
  • the second cooling steam is not taken from the main steam line 8 but from a third header 17 of the steam generator 16.
  • the third header 17 is the third via a line 34, in which a fourth valve 35 is arranged, fluidly connected to the first cooling steam.
  • a further mixing device 36 is designed such that the at least first cooling steam is mixed with the second cooling steam and flows via the main cooling steam line 32 into the cooling inlet opening 33.
  • FIG. 2 as well as FIG. 3 take account of control units not shown in more detail, which are designed in such a way that the flow parameters, in particular the flow rate of the cooling vapors, can be regulated.
  • FIG. 4 shows a high-pressure turbine part 2.
  • the high-pressure turbine part 2 has an outer housing 37. Within the outer housing 37, an inner housing 38 is arranged. Within the inner housing 38, a rotor 39 is rotatably mounted. On the rotor 39 blades are arranged.
  • the main cooling steam flows in via the cooling inlet opening 33.
  • the main cooling steam spreads in this space 40 and flows via a bore 41 into a region 42 in front of a thrust balance piston 43.
  • Fresh steam flows into the high-pressure turbine part 2 via an inlet 44.
  • the thrust balance piston 43 is cooled by the main cooling steam.
  • the main cooling steam flows through a number of holes 41 in the region 42 to ensure a uniform temperature distribution.
  • the inflow of the main cooling steam should be controlled by suitable valves that meet safety requirements. Quick closing and adjusting operations of the valve 9 require corresponding operations for the valves 24, 26, 28. It is to ensure control technology that in case of failure of the main cooling steam, the operation of the steam turbine 1 is interrupted.
  • the temperature of the main cooling steam is to be determined and supervised such that a premature condensation or droplet formation in the flow even at partial loads is excluded and that overheating of the components, in particular of the rotor 39 and the inner housing 38 for all relevant load cases is also excluded.
  • valves 24, 26, 28, 30, 35 can be adjusted such that at partial loads an over- or under-proportional amount of main cooling steam is introduced.
  • the cooling system can also be advantageously used for preheating purposes by feeding suitable medium during the starting process. This can also be taken from other points of the water-steam circuit than the later actual main cooling steam. Likewise, this process could be used for rapid cooling.

Abstract

The method involves collecting first temperature and first pressure from first cooling steam from area of steam generator (16) and second temperature and second pressure of second cooling steam and mixing both whereby main cooling steam exhibits main cooling temperature and main pressure and passes through a cooling inlet port (33) of steam turbine (1). An independent claim is also included for the steam turbine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Dampfturbine und eine Dampfturbinenanlage.The invention relates to a method for cooling a steam turbine and a steam turbine plant.

Der Wirkungsgrad einer Dampfturbine wird vorwiegend durch ein Enthalpiegefälle des Strömungsmediums beeinflusst. Im Dampfturbinenbau werden große Anstrengungen unternommen, um die Möglichkeit zu schaffen, eine Dampfturbine derart auszubilden, dass die Einströmöffnung der Dampfturbine für höhere Temperaturen geeignet ist. Derzeitige Dampfturbinen sind für Temperaturen des Strömungsmediums in der Einströmöffnung für bis zu 620° bis 630°C ausgelegt. Eines der technischen Probleme die es zu lösen gibt, ist es, ein geeignetes Kühlkonzept für die eingesetzte Dampfturbine zu finden.The efficiency of a steam turbine is mainly influenced by an enthalpy gradient of the flow medium. In steam turbine construction, great efforts are being made to provide the ability to form a steam turbine such that the inlet of the steam turbine is suitable for higher temperatures. Current steam turbines are designed for flow medium temperatures in the inlet for up to 620 ° to 630 ° C. One of the technical problems to be solved is to find a suitable cooling concept for the steam turbine used.

In der Regel wird eine Dampfturbinenanlage, die zur Energieversorgung ausgebildet ist, aus verschiedenen Teil-Turbinen zusammengesetzt, wobei die Teil-Turbinen für unterschiedliche Zustände des Strömungsmediums ausgelegt sind. In der Regel weist eine Dampfturbinenanlage eine Hochdruck-Teilturbine, eine Mitteldruck-Teilturbine und eine Niederdruck-Teilturbine auf. Der in die Hochdruck-Teilturbine einströmende Frischdampf weist Temperaturen von bis zu 620° bis 630°C und Drücke bis zu 300 bar auf. Nach der Durchströmung des Frischdampfes durch die Beschaufelung der Hochdruck-Teilturbine strömt das Strömungsmedium aus der Hochdruck-Teilturbine in der Regel in eine Zwischenüberhitzereinheit, wo das Strömungsmedium wieder auf eine Temperatur von ca. 600° bis 620°C erhitzt wird. Das Strömungsmedium strömt anschließend in die Mitteldruck-Teilturbine und von dort in die Niederdruck-Teilturbine. Die Energie des Strömungsmediums wird hierbei in Rotationsenergie eines Rotors, der an einen Generator gekoppelt ist, umgewandelt.In general, a steam turbine plant, which is designed for power supply, composed of different sub-turbines, the sub-turbines are designed for different states of the flow medium. As a rule, a steam turbine plant has a high-pressure turbine section, a medium-pressure turbine section and a low-pressure turbine section. The fresh steam flowing into the high-pressure turbine section has temperatures of up to 620 ° to 630 ° C and pressures of up to 300 bar. After flowing through the live steam through the blading of the high-pressure turbine section, the flow medium from the high-pressure turbine usually flows into a reheater unit, where the flow medium is heated again to a temperature of about 600 ° to 620 ° C. The flow medium then flows into the medium-pressure turbine section and from there into the low-pressure turbine section. The energy of the flow medium is in this case converted into rotational energy of a rotor which is coupled to a generator.

Wird die Hochdruck-Teilturbine mit einer Reaktionsbeschaufelung ausgeführt, was der Regelfall ist, führt die Expansion des zugeführten Strömungsmediums zu Kräften, die in axialer Richtung entlang einer Welle der Dampfturbine wirken. Eine Möglichkeit diese Kräfte auszugleichen, ist durch den Einsatz eines Schubausgleichskolbens gegeben. Der Schubausgleichskolben ist gleichzeitig Teil der Wellendichtung und beispielsweise in der DE 197 01 020 A1 sowie in der DE 68 097 08 U1 beschrieben.If the high-pressure turbine section is equipped with a reaction blading, which is the rule, the expansion of the supplied flow medium to forces acting in the axial direction along a shaft of the steam turbine. One way to compensate for these forces, is given by the use of a thrust balance piston. The thrust balance piston is also part of the shaft seal and described for example in DE 197 01 020 A1 and in DE 68 097 08 U1.

Der Schubausgleichskolben wird hierbei an einer Stirnfläche mit Frischdampf beaufschlagt, was zu einer Gegenkraft, der so genannten Schubausgleichskraft führt. Da eine relativ große Beaufschlagungsfläche erforderlich ist, ist der Durchmesser des Kolbens vergleichsweise groß. Der große Durchmesser führt zu einer hohen Zentrifugalbeschleunigung.The thrust balance piston is thereby acted upon at one end face with live steam, resulting in a counterforce, the so-called thrust balancing force. Since a relatively large loading surface is required, the diameter of the piston is comparatively large. The large diameter leads to a high centrifugal acceleration.

Das Strömungsmedium wird über der auf der Mantelfläche des Kolbens befindlichen Wellendichtung gedrosselt und benetzt ebenfalls die rückwärtige Stirnwand. Der Kolben ist daher im Betrieb hohen Temperaturen ausgesetzt. Die hohen Temperaturen führen zu einer verringerten Festigkeit des Kolbens. Es liegt daher eine hohe Belastung bei verringerter Festigkeit vor.The flow medium is throttled over the located on the lateral surface of the piston shaft seal and also wets the rear end wall. The piston is therefore exposed to high temperatures during operation. The high temperatures lead to a reduced strength of the piston. There is therefore a high load with reduced strength.

Der Kolben unterliegt somit wesentlichen Einschränkungen hinsichtlich der Materialauswahl. Im Regelfall muss ein hochwertiges Material verwendet werden. Da der Kolben im Allgemeinen einstückig mit der Welle gefertigt wird, entstehen wesentlich höhere Kosten.The piston is thus subject to significant restrictions in terms of material selection. As a rule, a high-quality material must be used. Since the piston is generally made in one piece with the shaft, significantly higher costs.

Um einen geeigneten Schubausgleichskolben zu erhalten, wird dieser in manchen Ausführungsformen einer Dampfturbine gekühlt. Eine solche Kühlung ist in der WO 01/86121 A1 beschrieben. Dabei wird dem Dampferzeuger Kühldampf entnommen, dessen Temperatur kleiner und dessen Druck größer ist als der des Frischdampfes. Nachteilig hierbei ist, dass der Kühldampf in der Regel eine gleich bleibende Temperatur aufweist. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Zuführung des Kühldampfes zu einem plötzlichen Temperaturgefälle in den zu kühlenden Bauteilen führt. Diese plötzlich auftretenden Temperaturunterschiede führen zu unerwünschten Temperaturzyklen und verringern insgesamt die Lebensdauer der Dampfturbine.To obtain a suitable thrust balance piston, it is cooled in some embodiments of a steam turbine. Such cooling is described in WO 01/86121 A1. In this case, the steam generator cooling steam is removed, the temperature is smaller and the pressure is greater than that of the live steam. The disadvantage here is that the cooling steam usually has a constant temperature. The Inventors have recognized that feeding the cooling steam leads to a sudden temperature gradient in the components to be cooled. These sudden temperature differences lead to undesirable temperature cycles and reduce the overall life of the steam turbine.

In der Regel werden Hochdruck-Dampfturbinen nicht aktiv, d.h. durch separat zugeführtes Kühlmedium gekühlt. Die Kühlung wird hierbei durch geeignete Gestaltung der Expansion des Frischdampfes erreicht. Der einer Dampfturbine zuströmende Frischdampf wird ausschließlich durch ruhende Teile wie zum Beispiel Leitringe oder radial wirkende Leitschaufeln zunächst expandiert und dabei um ca. 10 K abgekühlt. Dieser expandierte Dampf beaufschlagt anschließend rotierende Bauteile. In anderen Ausgestaltungen wird der zuströmende Dampf mittels eines separaten Diffusors durch das Außengehäuse hindurchgeführt. Das Außengehäuse wird anschließend mit einem teilexpandierten Kühlmedium kleinerer Temperatur beaufschlagt.As a rule, high-pressure steam turbines do not become active, i. cooled by separately supplied cooling medium. The cooling is achieved here by suitable design of the expansion of the live steam. The live steam flowing into a steam turbine is first expanded exclusively by stationary parts, such as, for example, guide rings or radially acting guide vanes, and is cooled by about 10 K. This expanded steam then acts on rotating components. In other embodiments, the incoming steam is passed through the outer casing by means of a separate diffuser. The outer housing is then subjected to a teilspandierten cooling medium of lower temperature.

Eine Kühlung kann ebenfalls erfolgen durch einen zentralen Hohlraum, durch den ein Kühldampf fließt und von dort den zu kühlenden Bereichen zugeleitet wird. Nachteilig ist hierbei, dass die Bohrung in der Regel an der Stelle der höchsten Bauteilbeanspruchung angeordnet werden muss, was sich nachteilig auf die Festigkeit auswirkt.Cooling can also be done by a central cavity through which a cooling steam flows and is fed from there to the areas to be cooled. The disadvantage here is that the bore usually has to be arranged at the point of highest component stress, which adversely affects the strength.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine geeignete Kühlung für eine Dampfturbine bereitzustellen, insbesondere eine Kühlung für einen Schubausgleichskolben.The object of the present invention is to provide suitable cooling for a steam turbine, in particular cooling for a thrust balance piston.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gelöst, bei dem zumindest ein erster eine erste Temperatur und einen ersten Druck aufweisender Kühldampf aus einem ersten Bereich eines Dampferzeugers entnommen wird und mit einem zweiten eine zweite Temperatur und einen zweiten Druck aufweisenden Kühldampf zu einem eine Hauptkühltemperatur und einen Hauptkühldruck aufweisenden Hauptkühldampf gemischt wird und in eine Kühleinlassöffnung der Dampfturbine strömt.According to the invention, this object is achieved by a method in which at least one first cooling steam having a first temperature and a first pressure is taken from a first region of a steam generator and having a second having a second temperature and a second pressure Cooling steam is mixed to a main cooling steam having a main cooling temperature and a main cooling pressure and flows into a cooling inlet opening of the steam turbine.

Durch das Entnehmen des Kühldampfes aus dem Dampferzeuger kann auf einen separaten, aufwändigen Kühlkreislauf verzichtet werden. Die erfindungsgemäße Kühlung ist daher einfach zu realisieren. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann daher mit geringem Aufwand in bestehende Anlagen nachgerüstet werden.By removing the cooling steam from the steam generator can be dispensed with a separate, complex cooling circuit. The cooling according to the invention is therefore easy to implement. The proposed solution according to the invention can therefore be retrofitted with little effort into existing facilities.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass der Kühldampf an mehreren Stellen eines Wasserdampfkreislaufs entnommen wird. Ein zumindest erster Kühldampf kann zwischen einem Separator und einem Überhitzer des Dampferzeugers entnommen werden. Alternativ ist auch eine Entnahme aus einem Überhitzersammler des Dampferzeugers zwischen einzelnen Überhitzerelementen möglich. Der erste Kühldampf weist hierbei eine erste Temperatur und einen ersten Druck auf. Weitere Kühldämpfe können zwischen weiteren Überhitzern des Dampferzeugers entnommen werden. Diesem ersten Kühldampf bzw. gegebenenfalls ersten und weiteren Kühldämpfen wird ein zweiter Kühldampf zugemischt. Der somit entstehende Hauptkühldampf weist eine Hauptkühltemperatur und einen Hauptkühldruck auf, der durch eine Kühleinlassöffnung in die Dampfturbine strömt. Die Hauptkühltemperaturen und der Hauptkühldruck sind hierbei von dem Mischungsverhältnis des ersten Kühldampfes mit den gegebenenfalls weiteren Kühldämpfen und dem zweiten Kühldampf abhängig.An essential aspect of the invention is that the cooling steam is taken at several points of a steam cycle. An at least first cooling steam can be taken between a separator and a superheater of the steam generator. Alternatively, a removal from a superheater collector of the steam generator between individual superheater elements is possible. The first cooling steam in this case has a first temperature and a first pressure. Further cooling vapors can be taken between further superheaters of the steam generator. A second cooling steam is added to this first cooling steam or optionally first and further cooling vapors. The main cooling steam thus produced has a main cooling temperature and a main cooling pressure flowing through a cooling inlet opening into the steam turbine. The main cooling temperatures and the main cooling pressure are dependent on the mixing ratio of the first cooling steam with the optionally further cooling vapors and the second cooling steam.

Die Druckdifferenz zwischen dem Hauptkühldampf und dem Frischdampf kann in etwa dem Druckverlust der umgangenen Überhitzerelemente entsprechen. Je nach Anwendungsfall liegt der Druck des Kühldampfes um etwa 1 bis 10 bar, insbesondere etwa 2 bis 7 bar höher als der Druck des Frischdampfes. Die Temperatur des Kühldampfes liegt bei dieser Ausführungsform entsprechend der Zahl der umgangenen Überhitzerelemente niedriger als die Temperatur des Frischdampfes. Dadurch wird zuverlässig ein Kühldampf mit geringerer Temperatur und größerem Druck als der Frischdampf bereitgestellt. Die Temperatur des Hauptkühldampfes kann beispielsweise zwischen etwa 350°C bis 500°C betragen.The pressure difference between the main cooling steam and the live steam can correspond approximately to the pressure loss of the bypassed superheater elements. Depending on the application, the pressure of the cooling steam is about 1 to 10 bar, in particular about 2 to 7 bar higher than the pressure of the live steam. The temperature of the cooling steam is lower in this embodiment according to the number of bypassed superheater elements as the temperature of the live steam. As a result, a cooling steam at a lower temperature and greater pressure than the live steam is reliably provided. The temperature of the main cooling steam may be, for example, between about 350 ° C to 500 ° C.

Ein Aspekt der Erfindung ist, dass der Hauptkühldampf durch eine Durchtrittsöffnung in einen Bereich vor dem Ausgleichskolben der Hochdruck-Teilturbine eintritt. Von dort strömt es über den mit Dichtspitzen versehenen Kolbenbereich, was auch als Kolbenleckdampf bezeichnet wird. Dabei wird nur so viel Hauptkühldampf eingespeist, dass ebenfalls ein Anteil des Frischdampfes über den Kolben strömt, was auch mit dem Begriff Mangelzumischung bezeichnet wird. Dadurch wird gewährleistet, dass im Gegensatz zu einer Überschusskühlung erstens kein Hauptkühldampf in die Hauptströmung gelangt und zweitens ein moderater Temperaturgradient in den Hauptbauteilen auftritt. Der Bereich vor dem Ausgleichskolben ist dabei als Mischbereich ausgestaltet, in dem sich der Kühldampf mit dem Frischdampf vermischt, bevor er in den Kolben eintritt. Vorteilhafterweise wird der Hauptkühldampf vor Eintritt in alle Durchtrittsöffnungen durch das Außengehäuse geführt. Durch diese Führung des Hauptkühldampfs wird das Außengehäuse, das Innengehäuse außen und im Kolbenbereich sowie der Rotor im Kolbenbereich gekühlt.One aspect of the invention is that the main cooling steam enters through a passage opening in an area in front of the balancing piston of the high-pressure turbine part. From there it flows over the piston area provided with sealing tips, which is also referred to as piston leakage steam. In this case, only so much main cooling steam is fed that likewise a portion of the live steam flows over the piston, which is also referred to by the term mangle mixture. This ensures that, in contrast to excess cooling, firstly no main cooling steam enters the main flow and, secondly, a moderate temperature gradient occurs in the main components. The area in front of the balance piston is designed as a mixing area in which the cooling steam is mixed with the live steam before it enters the piston. Advantageously, the main cooling steam is passed through the outer housing before entering all passage openings. This guidance of the main cooling steam cools the outer housing, the inner housing outside and in the piston area and the rotor in the piston area.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, dass eine geeignete Temperaturführung und für die Reduzierung von Lastwechseln aufgrund von Temperaturänderungen bei instationärem Betrieb ein Mischen des Kühlmediums aus verschiedenen Dampfzuständen vor dessen Eintritt in die Hochdruck-Teilturbine möglich ist. Die Aufgabe der Mischung ist es erstens einen Hauptkühldampf mit einer für den Betriebszustand und das zu kühlende Bauteil der Dampfturbine geeignete Temperatur bereitzustellen. Insbesondere soll beim Anfahren der Hauptkühldampf nicht kälter als die Hauptbauteile sein. Bei einer Temperaturerhöhung soll die maximal zulässige Temperatur des Hauptkühldampfes begrenzt werden. Des Weiteren sollen Differenztemperaturen zwischen Bauteil und Hauptkühldampf innerhalb zugelassener Freigrenzen eingehalten werden. Im Betrieb soll ein entsprechendes Temperaturniveau eingestellt werden. Beim Abfahren soll der Hauptkühldampf bereitgestellt werden, mit dem eine schnelle Abkühlung unter Einhaltung zulässiger Freigrenzen möglich ist. Durch die erfindungsgemäße Bereitstellung des Hauptkühldampfes sind Temperatursprünge, wie sie durch reines Umschalten von einer Kühlmediumquelle auf eine andere entstehen, vermieden.An essential aspect of the invention is that a suitable temperature control and for the reduction of load changes due to temperature changes during transient operation mixing of the cooling medium from different steam conditions prior to its entry into the high-pressure turbine part is possible. The task of the mixture is firstly to provide a main cooling steam with a temperature suitable for the operating state and the component of the steam turbine to be cooled. In particular, should not be colder than the main components when starting the main cooling steam. When increasing the temperature, the maximum permissible temperature of the Main cooling steam to be limited. Furthermore, differential temperatures between the component and the main cooling steam should be maintained within permitted limits. During operation, a corresponding temperature level should be set. When driving off, the main cooling steam is to be provided, with which a rapid cooling is possible while maintaining permissible exemption limits. The inventive provision of the main cooling steam temperature jumps, as they arise by switching from one coolant source to another, avoided.

Geeignete Entnahmestellen sind insbesondere vor Eintritt in die der Teilturbine vorgeschalteten Überhitzerteile des Dampferzeugers, nach dem Austritt aus dem Dampferzeuger z. B. beim Frischdampfsammler oder bei der Frischdampfleitung vor oder aus dem Frischdampfventil und vor Eintritt in den Dampferzeuger überhaupt. Durch den gegenüber dem Frischdampf und der Hauptströmung in der Beschaufelung erhöhten Druck des Hauptkühldampfes wirkt dies stützend auf das Innengehäuse der Hochdruck-Teilturbine, was vorteilhaft für die Auslegung der Innengehäuse-Verschraubung ist.Suitable sampling points are especially before entering the upstream part of the turbine superheater parts of the steam generator, after exiting the steam generator z. B. in the live steam collector or in the main steam line before or from the main steam valve and before entering the steam generator at all. By compared to the main steam and the main flow in the blading increased pressure of the main cooling steam acts this supporting on the inner casing of the high-pressure turbine part, which is advantageous for the design of the inner casing screw connection.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der zweite Kühldampf aus einem zweiten Bereich des Dampferzeugers entnommen werden.In a further embodiment of the invention, the second cooling steam can be removed from a second region of the steam generator.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung kann der zweite Kühldampf aus einer mit einer Frischdampföffnung der Dampfturbine verbundenen Frischdampfleitung entnommen werden. Hierdurch ist es möglich, dass der Hauptkühldampf eine Hauptkühltemperatur und einen Hauptkühldruck aufweisen kann, der in einem maximalen Fall der Frischdampftemperatur und dem Frischdampfdruck und in einem minimalen Fall der ersten Temperatur und dem ersten Druck des ersten Kühldampfes entspricht.In a further embodiment of the invention, the second cooling steam can be removed from a live steam line connected to a live steam opening of the steam turbine. This makes it possible for the main cooling steam to have a main cooling temperature and a main cooling pressure which in a maximum case corresponds to the live steam temperature and the live steam pressure and, in a minimal case, to the first temperature and the first pressure of the first cooling steam.

In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Hauptkühltemperatur und der Hauptkühldruck durch Verändern des Durchflusses des zumindest ersten und des zweiten Kühldampfes eingestellt.In an advantageous development, the main cooling temperature and the main cooling pressure are adjusted by changing the flow of the at least first and the second cooling steam.

Dadurch wird eine besonders günstige Möglichkeit bereitgestellt, die Hauptkühltemperatur und den Hauptkühldruck des Hauptkühldampfes einzustellen. Insbesondere werden die Durchflüsse in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung über Ventile eingestellt.This provides a particularly favorable possibility of setting the main cooling temperature and the main cooling pressure of the main cooling steam. In particular, the flow rates are set in an advantageous development of the invention via valves.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, die Strömungsparameter des zumindest ersten Kühldampfes und des zweiten Kühldampfes über eine Regeleinheit zu regeln.Another aspect of the invention is to regulate the flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam via a control unit.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch eine Dampfturbinenanlage gelöst, wobei die Dampfturbinenanlage mit zumindest einer Dampfturbine und einen mit der Dampfturbine strömungstechnisch verbundenen Kondensator, wobei der Kondensator mit zumindest einer Speisewasserpumpe strömungstechnisch verbunden ist, wobei ein Dampferzeuger strömungstechnisch zwischen die Speisewasserpumpe und der Dampfturbine derart angeordnet ist, dass ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf ausgebildet ist, wobei der Dampferzeuger zum Erzeugen von Frischdampf mit einer Frischdampf-Temperatur und einem Frischdampf-Druck ausgebildet ist und dieser Frischdampf durch eine Frischdampfleitung in eine Frischdampfeinlassöffnung in die Dampfturbine strömt, wobei die Dampfturbine eine Kühleinlassöffnung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass ein durch die Kühleinlassöffnung strömender Hauptkühldampf thermisch beanspruchte Bauteile der Dampfturbine kühlt, wobei der Wasser-Dampf-Kreislauf zumindest einen ersten Auslass für einen eine erste Temperatur und einen ersten Druck aufweisenden ersten Kühldampf und einen zweiten Auslass für einen eine zweite Temperatur und einen zweiten Druck aufweisenden zweiten Kühldampf aufweist, wobei eine Mischeinrichtung zum Mischen des zumindest ersten Kühldampfes mit dem zweiten Kühldampf mit dem Hauptkühldampf vorgesehen ist. Die Vorteile ergeben sich entsprechend den bei dem Verfahren beschriebenen Vorteilen.The object is likewise achieved by a steam turbine plant, the steam turbine plant having at least one steam turbine and a condenser fluidically connected to the steam turbine, wherein the condenser is fluidically connected to at least one feedwater pump, wherein a steam generator is fluidically arranged between the feedwater pump and the steam turbine such a closed water-steam cycle is formed, wherein the steam generator is designed to generate live steam at a live steam temperature and a live steam pressure and this live steam flows through a live steam line into a live steam inlet opening into the steam turbine, the steam turbine having a cooling inlet opening , which is designed such that a main cooling steam flowing through the cooling inlet opening thermally stressed components of the steam turbine cools, wherein the water-steam cycle at least a first Au slass for a first temperature and a first pressure having first cooling steam and a second outlet for a second temperature and a second pressure having second cooling steam, wherein a mixing device for mixing the at least first cooling steam with the second cooling steam with the main cooling steam is provided. The advantages arise in accordance with the advantages described in the method.

Ein Vorteil der Erfindung ist unter anderem, dass der Hauptkühldampf durch die Mischeinrichtung einen variablen Temperaturbereich einnehmen kann sowie der Hauptkühldruck ebenfalls einen variablen Bereich einnehmen kann.One advantage of the invention is, inter alia, that the main cooling steam through the mixing device can assume a variable temperature range and the main cooling pressure can also assume a variable range.

Mit der Erfindung wird die Führung und Verwendung eines Hauptkühldampfes insbesondere im Hinblick auf Beanspruchungen im instationären Betrieb der Dampfturbinenanlage verbessert. Dabei werden sowohl Kaltstart- als auch Warmstart-Vorgänge in Betracht gezogen, bei denen durch die neue Lösung eine Reduktion der auftretenden Spannungen und teilweise der Anfahrzeiten erreicht wird. Mit der Erfindung können kostengünstigere Werkstoffe bei den zurzeit eingesetzten Parametern des Frischdampfes verwendet werden.With the invention, the guidance and use of a main cooling steam is improved, in particular with regard to stresses in transient operation of the steam turbine plant. Both cold-start and warm-start processes are considered, in which the new solution achieves a reduction of the occurring stresses and in some cases the start-up times. With the invention, less expensive materials can be used in the currently used parameters of live steam.

In einer vorteilhaften Ausbildung ist der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf und den zweiten Kühldampf im Bereich des Dampferzeugers vorgesehen.
Der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf kann im Bereich des Dampferzeugers vorgesehen sein und der Auslass für den zweiten Kühldampf im Bereich der Frischdampfleitung vorgesehen sein.In an advantageous embodiment, the outlet for the at least first cooling steam and the second cooling steam is provided in the region of the steam generator.
The outlet for the at least first cooling steam can be provided in the region of the steam generator and the outlet for the second cooling steam can be provided in the region of the live steam line.

In alternativen Ausführungsformen können die Auslässe für den zumindest ersten Kühldampf und den zweiten Kühldampf in einem Überhitzerteil des Dampferzeugers vorgesehen sein. Alternativ hierzu kann der Auslass für den zweiten Kühldampf im Bereich der Frischdampfleitung vorgesehen sein.In alternative embodiments, the outlets for the at least first cooling steam and the second cooling steam may be provided in a superheater part of the steam generator. Alternatively, the outlet for the second cooling steam may be provided in the region of the main steam line.

Ein Aspekt der Erfindung ist es, das je nach Ausführungsform des Dampferzeugers eine geeignete Stelle gefunden werden kann, um einen ersten bzw. zweiten oder mehrere Kühldämpfe zu erhalten.One aspect of the invention is that, depending on the embodiment of the steam generator, a suitable location can be found to obtain a first or second or more cooling vapors.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der zumindest erste und zweite Auslass strömungstechnisch über eine zumindest erste bzw. zweite Leitung zu einer Hauptkühldampfleitung verbunden und die Hauptkühldampfleitung mit der Kühleinlassöffnung verbunden. Ein erstes Ventil ist hierbei zum Einstellen des Durchflusses des zumindest ersten Kühldampfes in der zumindest ersten Leitung und ein zweites Ventil zum Einstellen des zweiten Kühldampfes in der zweiten Leitung berücksichtigt.In an advantageous development of the at least first and second outlet is fluidly connected via an at least first or second line to a main cooling steam line and the main cooling steam line connected to the cooling inlet opening. A first valve is taken into account for adjusting the flow of the at least first cooling steam in the at least first line and a second valve for adjusting the second cooling steam in the second line.

Vorteilhafterweise wird das zumindest erste Ventil und das zweite Ventil mit einer Regeleinheit verbunden, wobei die Regeleinheit ausgebildet ist zum Regeln von Strömungsparametern des zumindest ersten Kühldampfes und des zweiten Kühldampfes. Dadurch ist eine Regelung des Hauptkühldampfes möglich.Advantageously, the at least first valve and the second valve are connected to a control unit, wherein the control unit is designed to control flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam. As a result, a regulation of the main cooling steam is possible.

Mit dem Verfahren und der Vorrichtung wird erstmals eine im Hinblick auf Temperatur und Druck geregelte Entnahme von Kühldampf aus dem Dampferzeuger vorgesehen, wobei die Temperatur des Kühldampfes kleiner ist und der Druck größer ist als die des Frischdampfes. Es wird damit eine einfache Kühlung ermöglicht, insbesondere eine sehr effiziente Kühlung des Kolbens zum Schubausgleich bereitgestellt.With the method and the device a controlled removal of cooling steam from the steam generator is provided for the first time in terms of temperature and pressure, wherein the temperature of the cooling steam is smaller and the pressure is greater than that of the live steam. It is thus a simple cooling allows, in particular a very efficient cooling of the piston provided for thrust balance.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt sind. Für gleiche und funktionsidentische Bauteile werden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet.The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments, which are shown schematically in the drawing. For identical and functionally identical components, the same reference numerals are used throughout.

Dabei zeigen:

Figur 1
eine Dampfturbinenanlage gemäß Stand der Technik,
Figur 2
eine Dampfturbinenanlage mit einer ersten Variante der Hauptkühldampfleitung,
Figur 3
eine Dampfturbinenanlage mit einer zweiten Variante einer Hauptkühldampfleitung,
Figur 4
eine Hochdruck-Teilturbine mit einer Kühleinlassöffnung.
Showing:
FIG. 1
a steam turbine plant according to the prior art,
FIG. 2
a steam turbine plant with a first variant of the main cooling steam line,
FIG. 3
a steam turbine plant with a second variant of a main cooling steam line,
FIG. 4
a high pressure turbine part with a cooling inlet opening.

In der Figur 1 ist schematisch eine Dampfturbinenanlage mit einer Dampfturbine 1 dargestellt. Die Dampfturbine 1 weist eine Hochdruck-Teilturbine 2, eine Mitteldruck-Teilturbine 3 und eine Niederdruck-Teilturbine 4 auf. Die in Figur 1 dargestellte Dampfturbinenanlage stellt eine Anlage gemäß dem Stand der Technik dar. Die Dampfturbinenanlage ist mit einem Wellenstrang 5 ausgeführt. Der Wellenstrang 5 ist mit einem Generator 6 verbunden. Der Generator 6 ist zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet. Eine Kopplung an das elektrische Versorgungsnetz ist nicht näher dargestellt.FIG. 1 schematically shows a steam turbine plant with a steam turbine 1. The steam turbine 1 has a high-pressure turbine section 2, a medium-pressure turbine section 3 and a low-pressure turbine section 4. The steam turbine plant shown in FIG. 1 represents a plant according to the prior art. The steam turbine plant is designed with a shaft train 5. The shaft train 5 is connected to a generator 6. The generator 6 is designed to generate electrical energy. A coupling to the electrical supply network is not shown in detail.

Die Hochdruck-Teilturbine 2 weist eine Frischdampfeinlassöffnung 7 auf. Durch diese Frischdampfeinlassöffnung 7 strömt ein Frischdampf in die Hochdruck-Teilturbine 2 ein. Die Frischdampfeinlassöffnung 7 ist mit einer Frischdampfleitung 8 verbunden, in der ein Hauptventil 9 angeordnet ist. Das Hauptventil 9 regelt den Durchfluss des Frischdampfes durch die Frischdampfleitung 8 in die Hochdruck-Teilturbine 2. Der Frischdampf strömt durch eine Beschaufelung der Hochdruck-Teilturbine 2 und strömt anschließend aus der Hochdruck-Teilturbine 2 heraus in einen Zwischenüberhitzer 10. Dort wird der Dampf wieder auf eine höhere Temperatur erhitzt und strömt anschließend in die Mitteldruck-Teilturbine 3. In der Mitteldruck-Teilturbine 3 wird der Dampf weiter entspannt und strömt anschließend über eine Überströmleitung 11 in die Niederdruck-Teilturbine 4. In der Niederdruck-Teilturbine 4 wird der Dampf anschließend weiter entspannt und abgekühlt. Der auf eine vergleichsweise niedrige Temperatur und einen niedrigen Druck entspannte und abgekühlte Dampf strömt anschließend über eine Abdampfleitung 12 in einen Kondensator 13. In dem Kondensator 13 kondensiert der Dampf wieder zu Wasser.The high-pressure turbine part 2 has a live steam inlet opening 7. Through this live steam inlet opening 7, a live steam flows into the high-pressure turbine part 2. The live steam inlet opening 7 is connected to a main steam line 8, in which a main valve 9 is arranged. The main valve 9 controls the flow of live steam through the main steam line 8 in the high-pressure turbine section 2. The live steam flows through a blading of the high-pressure turbine section 2 and then flows out of the high-pressure turbine section 2 out into a reheater 10. There is the steam again In the medium-pressure turbine part 3, the steam is further expanded and then flows via an overflow 11 into the low-pressure turbine section 4. In the low-pressure turbine section 4, the steam is then continue to relax and cool. The steam, which has been expanded and cooled to a comparatively low temperature and low pressure, then flows via an exhaust steam line 12 into a condenser 13. In the condenser 13, the steam condenses again to water.

Über eine Speisewasserpumpe 14 wird das Wasser zu einem Vorwärmer 15 gepumpt. Im Vorwärmer 15 wird das Wasser erwärmt und zum Dampferzeuger 16 gefördert. Im Dampferzeuger 16 wird das Wasser in verschiedenen Heizflächen und Überhitzerteilen 17, 18, 19, 20, 21, 22 in Dampf umgewandelt bzw. die Dampftemperatur stufenweise erhöht.About a feedwater pump 14, the water is pumped to a preheater 15. In the preheater 15, the water is heated and conveyed to the steam generator 16. In the steam generator 16, the water in various heating surfaces and superheater parts 17, 18, 19, 20, 21, 22 is converted into steam or the steam temperature is increased gradually.

In der Figur 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage dargestellt. Die Dampfturbinenanlage weist eine erste Leitung 23 auf, in der ein erstes Ventil 24 angeordnet ist. Des Weiteren weist die Dampfturbinenanlage eine zweite Leitung 25 auf, in der ein zweites Ventil 26 angeordnet ist. Die erste Leitung 23 und die zweite Leitung 25 werden strömungstechnisch zu einer gemeinsamen Leitung 27 verbunden. Diese gemeinsame Leitung 27 strömt durch ein weiteres Ventil 28 und wird anschließend mit einer dritten Leitung 29, in der ein drittes Ventil 30 angeordnet ist, verbunden. Die dritte Leitung 29 ist strömungstechnisch mit der Frischdampfleitung 8 verbunden.FIG. 2 shows an embodiment of a steam turbine plant according to the invention. The steam turbine plant has a first line 23, in which a first valve 24 is arranged. Furthermore, the steam turbine plant has a second line 25, in which a second valve 26 is arranged. The first line 23 and the second line 25 are fluidically connected to a common line 27. This common line 27 flows through another valve 28 and is then connected to a third line 29, in which a third valve 30 is arranged. The third line 29 is fluidically connected to the main steam line 8.

In einer Mischeinrichtung 31 wird der erste Kühldampf mit dem zweiten Kühldampf zu einem Hauptkühldampf gemischt. Der Hauptkühldampf strömt über eine Hauptkühlleitung 32 in eine Kühleinlassöffnung 33 in die Hochdruck-Teilturbine 2. Der erste Kühldampf kann hierbei aus einem Sammler 19 entnommen werden. Ein weiterer Kühldampf kann aus einem weiteren Sammler 18 entnommen werden. Die Temperatur und der Druck des in der gemeinsamen Leitung 27 strömenden Kühldampfes kann durch die Ventile 24 und 26 eingestellt werden. Schließlich wird die Temperatur des Hauptkühldampfes über die Ventile 28 und 30 eingestellt.In a mixing device 31, the first cooling steam is mixed with the second cooling steam to form a main cooling steam. The main cooling steam flows via a main cooling line 32 into a cooling inlet opening 33 in the high-pressure part turbine 2. The first cooling steam can be taken from a collector 19 here. Another cooling steam can be removed from another collector 18. The temperature and the pressure of the cooling steam flowing in the common line 27 can be adjusted by the valves 24 and 26. Finally, the temperature of the main cooling steam is adjusted via the valves 28 and 30.

In der Figur 3 ist eine weitere Ausführungsform der Dampfturbinenanlage dargestellt. Im Vergleich zur Figur 2 wird der zweite Kühldampf nicht aus der Frischdampfleitung 8 entnommen, sondern aus einem dritten Sammler 17 des Dampferzeugers 16. Wie in Figur 3 dargestellt, ist der dritte Sammler 17 über eine Leitung 34, in dem ein viertes Ventil 35 angeordnet ist, strömungstechnisch mit dem ersten Kühldampf verbunden. Eine weitere Mischeinrichtung 36 ist derart ausgebildet, dass der zumindest erste Kühldampf mit dem zweiten Kühldampf gemischt wird und über die Hauptkühldampfleitung 32 in die Kühleinlassöffnung 33 strömt.FIG. 3 shows a further embodiment of the steam turbine plant. Compared to FIG. 2, the second cooling steam is not taken from the main steam line 8 but from a third header 17 of the steam generator 16. As shown in FIG. 3, the third header 17 is the third via a line 34, in which a fourth valve 35 is arranged, fluidly connected to the first cooling steam. A further mixing device 36 is designed such that the at least first cooling steam is mixed with the second cooling steam and flows via the main cooling steam line 32 into the cooling inlet opening 33.

Sowohl in der Figur 2 als auch in der Figur 3 sind nicht näher dargestellte Regeleinheiten berücksichtigt, die derart ausgebildet sind, dass die Strömungsparameter, insbesondere der Durchfluss der Kühldämpfe regelbar sind.FIG. 2 as well as FIG. 3 take account of control units not shown in more detail, which are designed in such a way that the flow parameters, in particular the flow rate of the cooling vapors, can be regulated.

In der Figur 4 ist eine Hochdruck-Teilturbine 2 dargestellt. Die Hochdruck-Teilturbine 2 weist ein Außengehäuse 37 auf. Innerhalb des Außengehäuses 37 ist ein Innengehäuse 38 angeordnet. Innerhalb des Innengehäuses 38 ist ein Rotor 39 drehbar gelagert. An dem Rotor 39 sind Laufschaufeln angeordnet. In einem Raum 40 zwischen dem Innengehäuse 38 und dem Außengehäuse 37 strömt der Hauptkühldampf über die Kühleinlassöffnung 33 hinein. Der Hauptkühldampf breitet sich in diesem Raum 40 aus und strömt über eine Bohrung 41 in einen Bereich 42 vor einem Schubausgleichskolben 43. Frischdampf strömt über einen Einlass 44 in die Hochdruck-Teilturbine 2 hinein. Der Schubausgleichskolben 43 wird durch den Hauptkühldampf gekühlt. Bevorzugterweise strömt der Hauptkühldampf über eine Anzahl von Bohrungen 41 in den Bereich 42, um eine gleichmäßige Temperaturverteilung sicherzustellen.FIG. 4 shows a high-pressure turbine part 2. The high-pressure turbine part 2 has an outer housing 37. Within the outer housing 37, an inner housing 38 is arranged. Within the inner housing 38, a rotor 39 is rotatably mounted. On the rotor 39 blades are arranged. In a space 40 between the inner housing 38 and the outer housing 37, the main cooling steam flows in via the cooling inlet opening 33. The main cooling steam spreads in this space 40 and flows via a bore 41 into a region 42 in front of a thrust balance piston 43. Fresh steam flows into the high-pressure turbine part 2 via an inlet 44. The thrust balance piston 43 is cooled by the main cooling steam. Preferably, the main cooling steam flows through a number of holes 41 in the region 42 to ensure a uniform temperature distribution.

Der Zustrom des Hauptkühldampfes sollte durch geeignete Ventile geregelt werden, die sicherheitstechnischen Anforderungen genügen. Schnellschluss und Stellvorgänge des Ventils 9 erfordern entsprechende Vorgänge für die Ventile 24, 26, 28. Es ist leittechnisch sicherzustellen, dass bei Ausfall des Hauptkühldampfes der Betrieb der Dampfturbine 1 unterbrochen wird. Die Temperatur des Hauptkühldampfes ist so festzulegen und leittechnisch zu überwachen, dass eine vorzeitige Kondensation bzw. Tröpfchenbildung in der Strömung auch bei Teillasten ausgeschlossen ist und dass eine Überhitzung der Bauteile insbesondere des Rotors 39 und des Innengehäuses 38 für alle relevanten Lastfälle ebenfalls ausgeschlossen ist.The inflow of the main cooling steam should be controlled by suitable valves that meet safety requirements. Quick closing and adjusting operations of the valve 9 require corresponding operations for the valves 24, 26, 28. It is to ensure control technology that in case of failure of the main cooling steam, the operation of the steam turbine 1 is interrupted. The temperature of the main cooling steam is to be determined and supervised such that a premature condensation or droplet formation in the flow even at partial loads is excluded and that overheating of the components, in particular of the rotor 39 and the inner housing 38 for all relevant load cases is also excluded.

Nach technischen Erfordernissen können die Ventile 24, 26, 28, 30, 35 derart eingestellt werden, dass bei Teillasten eine über- oder unterproportionale Menge an Hauptkühldampf eingebracht wird.According to technical requirements, the valves 24, 26, 28, 30, 35 can be adjusted such that at partial loads an over- or under-proportional amount of main cooling steam is introduced.

Da statt des Frischdampfes anteilig Hauptkühldampf über den Ausgleichskolben 43 strömt, kann unter Umständen ein moderater Wirkungsgradgewinn erzielt werden, in dem der Leckdampf durch Dampf geringerer Enthalpie gestellt wird.Since, instead of the live steam, a proportionate amount of main cooling steam flows over the balance piston 43, under some circumstances a moderate efficiency gain can be achieved in which the leakage steam is provided by steam of lower enthalpy.

Das Kühlsystem kann ggf. auch für Vorwärmzwecke vorteilhaft verwendet werden, indem geeignetes Medium beim Anfahrvorgang eingespeist wird. Dieses kann auch von anderen Stellen des Wasser-Dampf-Kreislaufes entnommen werden als der spätere eigentliche Hauptkühldampf. Analog könnte dieses Verfahren zur Schnellabkühlung in Frage kommen.If necessary, the cooling system can also be advantageously used for preheating purposes by feeding suitable medium during the starting process. This can also be taken from other points of the water-steam circuit than the later actual main cooling steam. Likewise, this process could be used for rapid cooling.

Claims (13)

Verfahren zur Kühlung einer Dampfturbine (1),
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein erster eine erste Temperatur und einen ersten Druck aufweisender Kühldampf aus einem ersten Bereich eines Dampferzeugers (16) entnommen wird und
mit einem zweiten eine zweite Temperatur und einen zweiten Druck aufweisenden Kühldampf zu einem eine Hauptkühltemperatur und einen Hauptkühldruck aufweisenden Hauptkühldampf gemischt wird und in eine Kühleinlassöffnung (33) der Dampfturbine (1) strömt.Method for cooling a steam turbine (1),
characterized in that
at least a first cooling steam having a first temperature and a first pressure is taken from a first region of a steam generator (16) and
is mixed with a second having a second temperature and a second pressure cooling steam to a main cooling temperature and a main cooling pressure having main cooling steam and in a cooling inlet opening (33) of the steam turbine (1) flows. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Kühldampf aus einem zweiten Bereich des Dampferzeugers (16) entnommen wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the second cooling steam is taken from a second region of the steam generator (16). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zweite Kühldampf aus einer mit einer Frischdampföffnung (7) der Dampfturbine (1) verbundenen Frischdampfleitung (8) entnommen wird.Method according to claim 1,
characterized in that
the second cooling steam is taken from a live steam line (8) connected to a live steam opening (7) of the steam turbine (1). Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hauptkühltemperatur und der Hauptkühldruck durch Verändern des Durchflusses des zumindest ersten und des zweiten Kühldampfes eingestellt wird.Method according to claim 1, 2 or 3,
characterized in that
the main cooling temperature and the main cooling pressure are adjusted by changing the flow of the at least first and second cooling steam. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Durchflüsse des zumindest ersten Kühldampfes und des zweiten Kühldampfes über Ventile (24, 26, 28, 30, 35) eingestellt werden.Method according to claim 4,
characterized in that
the flow rates of the at least first cooling steam and the second cooling steam via valves (24, 26, 28, 30, 35) can be adjusted. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
Strömungsparameter des zumindest ersten Kühldampfes und des zweiten Kühldampfes über eine Regeleinheit geregelt werden.Method according to claim 5,
characterized in that
Flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam are controlled via a control unit. Dampfturbinenanlage mit zumindest einer Dampfturbine (1) und einen mit der Dampfturbine (1) strömungstechnisch verbundenen Kondensator (13), wobei
der Kondensator (13) mit zumindest einer Speisewasserpumpe (14) strömungstechnisch verbunden ist, wobei
ein Dampferzeuger (16) strömungstechnisch zwischen der Speisewasserpumpe (14) und der Dampfturbine (1) derart angeordnet ist, dass ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf ausgebildet ist, wobei
der Dampferzeuger (16) zum Erzeugen von Frischdampf mit einer Frischdampf-Temperatur und einem Frischdampf-Druck ausgebildet ist und dieser Frischdampf durch eine Frischdampfleitung (8) in eine Frischdampfeinlassöffnung (7) in die Dampfturbine (1) strömt, wobei
die Dampfturbine (1) eine Kühleinlassöffnung (33) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass ein durch die Kühleinlassöffnung (33) strömender Hauptkühldampf thermisch beanspruchte Bauteile der Dampfturbine (1) kühlt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasser-Dampf-Kreislauf zumindest einen ersten Auslass für einen eine erste Temperatur und einen ersten Druck aufweisenden ersten Kühldampf und einen zweiten Auslass für einen eine zweite Temperatur und einen zweiten Druck aufweisenden zweiten Kühldampf aufweist, wobei
eine Mischeinrichtung (31, 36) zum Mischen des zumindest ersten Kühldampfes mit dem zweiten Kühldampf zu dem Hauptkühldampf vorgesehen ist.Steam turbine plant with at least one steam turbine (1) and one with the steam turbine (1) fluidly connected capacitor (13), wherein
the condenser (13) is fluidically connected to at least one feedwater pump (14), wherein
a steam generator (16) fluidly between the feedwater pump (14) and the steam turbine (1) is arranged such that a closed water-steam cycle is formed, wherein
the steam generator (16) is designed to generate live steam with a live steam temperature and a live steam pressure, and this live steam flows through a live steam line (8) into a live steam inlet opening (7) into the steam turbine (1)
the steam turbine (1) has a cooling inlet opening (33) which is designed such that a main cooling steam flowing through the cooling inlet opening (33) cools thermally stressed components of the steam turbine (1),
characterized in that
the water-steam circuit has at least a first outlet for a first cooling steam having a first temperature and a first pressure and a second outlet for a second cooling steam having a second temperature and a second pressure, wherein
a mixing device (31, 36) is provided for mixing the at least first cooling steam with the second cooling steam to the main cooling steam. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf und den zweiten Kühldampf im Bereich des Dampferzeugers (16) vorgesehen ist.Steam turbine plant according to claim 7,
characterized in that
the outlet for the at least first cooling steam and the second cooling steam in the region of the steam generator (16) is provided. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf im Bereich des Dampferzeugers (16) vorgesehen ist und der Auslass für den zweiten Kühldampf im Bereich der Frischdampfleitung (8) vorgesehen ist.Steam turbine plant according to claim 7,
characterized in that
the outlet for the at least first cooling steam is provided in the region of the steam generator (16) and the outlet for the second cooling steam is provided in the region of the live steam line (8). Dampfturbinenanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf und der Auslass für den zweiten Kühldampf in einem Überhitzerteil (17, 18, 19, 20, 21, 22) des Dampferzeugers (2) vorgesehen sind.Steam turbine plant according to claim 7,
characterized in that
the outlet for the at least first cooling steam and the outlet for the second cooling steam are provided in a superheater section (17, 18, 19, 20, 21, 22) of the steam generator (2). Dampfturbinenanlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Auslass für den zumindest ersten Kühldampf in einem Überhitzerteil (17, 18, 19, 20, 21, 22) des Dampferzeugers (16) vorgesehen ist und der Auslass für den zweiten Kühldampf im Bereich der Frischdampfleitung (8) vorgesehen ist.Steam turbine plant according to claim 7,
characterized in that
the outlet for the at least first cooling steam is provided in a superheater section (17, 18, 19, 20, 21, 22) of the steam generator (16) and the outlet for the second cooling steam is provided in the region of the live steam line (8). Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest erste und zweite Auslass strömungstechnisch über eine zumindest erste (23) bzw. zweite (25) Leitung zu einer Hauptkühldampfleitung (32) verbunden sind und die Hauptkühldampfleitung (32) mit der Kühleinlassöffnung (33) verbunden ist, wobei zumindest ein erstes Ventil (24) zum Einstellen des Durchflusses des zumindest ersten Kühldampfes in der zumindest ersten Leitung (23) und ein zweites Ventil (26) zum Einstellen des zweiten Kühldampfes in der zweiten Leitung (25) vorgesehen sind.Steam turbine plant according to one of claims 7 to 11,
characterized in that
the at least first and second outlet are fluidly connected via an at least first (23) or second (25) line to a main cooling steam line (32) and the main cooling steam line (32) is connected to the cooling inlet opening (33), wherein at least one first valve (33) 24) for adjusting the flow of the at least first cooling steam in the at least first line (23) and a second valve (26) for adjusting the second cooling steam in the second line (25) are provided. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest erste Ventil (24) und das zweite Ventil (26) mit einer Regeleinheit verbunden sind, wobei die Regeleinheit ausgebildet ist zum Regeln von Strömungsparametern des zumindest ersten Kühldampfes und des zweiten Kühldampfes.Steam turbine plant according to claim 12,
characterized in that
the at least first valve (24) and the second valve (26) are connected to a control unit, wherein the control unit is designed to control flow parameters of the at least first cooling steam and the second cooling steam.
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