EP1934433A2 - Verfahren zum aufwärmen einer dampfturbine - Google Patents

Verfahren zum aufwärmen einer dampfturbine

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EP1934433A2
EP1934433A2 EP06794008A EP06794008A EP1934433A2 EP 1934433 A2 EP1934433 A2 EP 1934433A2 EP 06794008 A EP06794008 A EP 06794008A EP 06794008 A EP06794008 A EP 06794008A EP 1934433 A2 EP1934433 A2 EP 1934433A2
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EP
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steam
pressure turbine
medium
pressure
turbine section
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EP06794008A
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English (en)
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Edwin Gobrecht
Karsten Peters
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
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    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting
    • 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
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • the invention relates to a method for warming a
  • Steam turbine comprising a medium-pressure turbine section and / or low-pressure turbine section, wherein the medium-pressure turbine section has a discharge device on the output side.
  • a steam turbine is also called a turbomachine.
  • Hydraulic turbines, steam and gas turbines, wind turbines, centrifugal pumps and centrifugal compressors as well as propellers are summarized under the collective term turbomachinery. All of these machines have in common that they serve the purpose to withdraw a fluid energy to drive so that another Ma ⁇ machine or vice versa, zuzu ⁇ result, to increase the pressure of a fluid energy.
  • a sub-turbine which is charged on the input side with superheated ⁇ tem steam, which may have temperatures up to 620 0 C and a pressure up to 300 bar.
  • superheated ⁇ tem steam which may have temperatures up to 620 0 C and a pressure up to 300 bar.
  • the above temperature and pressure specifications are merely indicative.
  • Partial turbines, which are designed for higher temperatures and higher pressures, can also be referred to as high-pressure Operatur ⁇ bine.
  • a medium-pressure turbine section is usually subjected to superheated steam having a temperature of 600 0 C and a pressure of about 140 bar.
  • a low-pressure turbine part is usually supplied with the steam flowing out of the medium-pressure turbine section. The effluent from the low-pressure turbine section steam is finally collected in a condenser and converted back into water.
  • the effluent from the high pressure turbine steam is heated in an intermediate superheater and flows into the intermediate-pressure turbine ⁇ .
  • the steam turbines designed to drive the generators can be raised to the rated speeds as quickly as possible.
  • the rated speeds are 50 and 60 Hz. However, other rated speeds are known.
  • the object of the invention is therefore to provide a method by which a steam turbine can be heated quickly.
  • the object is achieved by a method for warming up a steam turbine, comprising an intermediate-pressure turbine and / or low-pressure turbine, the intermediate-pressure turbine on the output side has a storage means, a during a starting through the intermediate-pressure part ⁇ turbine flowing steam is stowed at an exit by means of the storage device such that the pressure of the steam in the medium-pressure turbine section is increased so that the saturation temperature of the steam is raised.
  • the invention is based inter alia on the aspect that by a controlled damming of the vapor stream at the exit the medium-pressure turbine section during startup of the steam turbine, the pressure is increased. For example, by closing a flap, the pressure at the outlet of the medium-pressure turbine section can be raised. Increasing the pressure causes the saturation temperature of the steam to increase.
  • the heat transfer values are particularly high with saturated steam. These heat transfer values are higher than convective warming. Therefore, the temperature of the vapor at a saturation for the heat input into the wave is decisive.
  • the temperature without the inventive damming is about 80 0 C and about 0.5 bar.
  • the storage means for example, 4 bar itself characterized a saturation temperature of the vapor of 144 0 C.
  • the heat transfer to the angeord in the steam turbine ⁇ designated wave is thereby increased, with the result that the wave heats up comparatively quickly.
  • the higher vapor density also accelerates subsequent convective overheating of a medium-pressure turbine shaft.
  • the storage device is arranged in the overflow line.
  • the overflow line is a line which, in terms of flow, connects the output of the medium-pressure turbine section to the input of a low-pressure section turbine.
  • This measure makes it comparatively easy to increase the pressure on the output side of a medium-pressure turbine section.
  • the storage device is designed to be adjustable.
  • the warm-up process of the steam turbine can be regulated.
  • a non-continuous inflow into the intermediate-pressure turbine steam mass flow could be changed by the variable storage means so that the heat input takes place in the thick-walled components of the medium-pressure turbine section ⁇ evenly.
  • the temperature, the pressure and / or the Dampfmassen- Ström could be used as input for a control of the storage device.
  • the storage device is designed as a pivotable flap.
  • the off ⁇ form a pivotable flap is a comparatively inexpensive measure with the desired effect, NaEM ⁇ Lich the damming up of the steam is achieved.
  • the steam on the output side of the medium-pressure turbine part is accumulated to pressure values between 3 and 5 bar and temperature values between 130 0 C and 150 0 C.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a medium-pressure turbine part and a low-pressure turbine part.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a steam turbine 8.
  • a steam turbine can include a high pressure turbine, intermediate-pressure turbine and / or a low-pressure turbine section ⁇ .
  • the illustrated in the figure steam turbine includes a medium-pressure and a low-pressure turbine section.
  • live steam flows into a high-pressure turbine part, not shown in the figure, where it is decompressed and cooled to a lower temperature.
  • the ⁇ ser expanded and cooled steam is heated in a, not shown in the fi gure 1 reheater to a higher temperature, then flows via a line 1 into a medium-pressure turbine. 2
  • the steam flowing into the medium-pressure turbine section 2 relaxes, whereby the pressure and the temperature of the steam decrease.
  • the medium-pressure turbine section 2 On the output side of the medium-pressure turbine section 2, the ent ⁇ spanned steam flows from an outlet 3 via an overflow line 4 in an input 5 of a low-pressure turbine section 6.
  • the medium-pressure 2 and low-pressure part ⁇ turbine 6 shown in Figure 1 are part of a Steam turbine to see. For clarity, the high-pressure turbine section, the reheater, the condenser and various units such. B. a pump not shown in detail.
  • a storage device 7 is arranged.
  • the storage device 7 can be made adjustable and / or as a pivotable flap.
  • the storage device 7 is operated such that the effluent at the outlet 3 steam is dammed in front of the control valve, whereby the pressure of the steam is increased. Since ⁇ is increased, the saturation temperature of the steam which the steam to the medium-pressure turbine shaft of the intermediate-pressure turbine leading to an increase of the temperature transition values by 2.
  • the medium-pressure turbine shaft is not closer Darge ⁇ provides. It has been found that the steam on the output side to values between 3 and 5 bar and 130 0 C to 150 0 C should be accumulated in order to obtain good heat transfer values.
  • the starting process of a steam turbine is shortened by about one hour.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwärmen einer Dampfturbine (8) umfassend eine Mitteldruck-Teilturbine (2) und/oder Niederdruck-Teilturbine (6), wobei die Mitteldruck- Teilturbine (2) ausgangsseitig eine Staueinrichtung (7) aufweist, wobei ein während eines Anfahrvorgangs durch die Mitteldruck-Teilturbine (2) strömender Dampf an einem Ausgang (3) mittels der Staueinrichtung (7) derart gestaut wird, dass der Druck des Dampfes in der Mitteldruck-Teilturbine (2) erhöht wird. Der aus der Mitteldruck-Teilturbine (2) ausströmende Dampf wird angestaut, wodurch sich der Druck und die Temperatur des Dampfes erhöhen. Der Wärmeübergang des Dampfes die auf der Mitteldruck-Teilturbine (2) vorhandenen dickwandigen Bauteile sowie der Mitteldruck-Teilturbinenwelle wird erhöht. Somit verkürzt sich die Anfahrzeit für die Dampfturbine.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Aufwärmen einer Dampfturbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufwärmen einer
Dampfturbine umfassend eine Mitteldruck-Teilturbine und/oder Niederdruck-Teilturbine, wobei die Mitteldruck-Teilturbine ausgangsseitig eine Staueinrichtung aufweist.
Eine Dampfturbine wird auch als Strömungsmaschine bezeichnet. Unter der Sammelbezeichnung Strömungsmaschinen werden Wasserturbinen, Dampf- und Gasturbinen, Windräder, Kreiselpumpen und Kreiselverdichter sowie Propeller zusammengefasst . Allen diesen Maschinen ist gemeinsam, dass sie dem Zweck dienen einem Fluid Energie zu entziehen, um damit eine andere Ma¬ schine anzutreiben oder umgekehrt, einem Fluid Energie zuzu¬ führen, um dessen Druck zu erhöhen.
Unter einer Hochdruck-Teilturbine wird in dieser Anmeldung eine Teilturbine verstanden, die eingangsseitig mit überhitz¬ tem Dampf beaufschlagt wird, der Temperaturen bis zu 6200C und einen Druck bis zu 300 bar aufweisen kann. Die vorgenannten Temperatur- und Druckangaben sind lediglich Anhaltsgrößen. Teilturbinen, die für höhere Temperaturen und für höhere Drücke ausgelegt sind, können ebenso als Hochdruck-Teiltur¬ bine bezeichnet werden. Eine Mitteldruck-Teilturbine wird üblicherweise mit überhitztem Dampf beaufschlagt, der eine Temperatur von 6000C und einen Druck von ungefähr 140 bar aufweist. Eine Niederdruck-Teilturbine wird üblicherweise mit dem Dampf beaufschlagt, der aus der Mitteldruck-Teilturbine ausströmt. Der aus der Niederdruck-Teilturbine ausströmende Dampf wird schließlich in einem Kondensator gesammelt und wieder in Wasser umgewandelt. In der Regel wird der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmende Dampf in einem Zwischen- Überhitzer erhitzt und in die Mitteldruck-Teilturbine einge¬ strömt . In der kommunalen Energieversorgung ist es von großer Bedeutung, dass die zum Antrieb der Generatoren ausgebildeten Dampfturbinen möglichst schnell auf die Nenndrehzahlen hochgefahren werden können. Die Nenndrehzahlen liegen bei 50 bzw. 60 Hz. Es sind aber auch andere Nenndrehzahlen bekannt.
Problematisch hierbei ist, dass die Wellen und andere dick¬ wandige Bauteile in Dampfturbinen vor einer Belastung mit vollen Betriebsparametern kontrolliert vorgewärmt werden müs- sen, um unzulässige Spannungen in den Bauteilen zu verhindern .
Üblicherweise werden die Turbinenwellen von Mitteldruck-Teil¬ turbinen gegen Vakuum eingefahren. Das bedeutet, ausgangssei- tig der Mitteldruck-Teilturbine herrscht ein vergleichsweise niedriger Druck. Aus diesem Grund ist die Sättigungstempera¬ tur und die Dichte des durchströmenden Dampfes in der Mittel¬ druck-Teilturbine niedrig. Dadurch ist der Wärmeeintrag in die Welle durch den Dampf gering, was zu einer Verzögerung beim Vorwärmen einer Mitteldruck-Teilturbine führt. Dadurch verlängert sich insgesamt die Anfahrzeit der Dampfturbine. Eine zu lange Anfahrzeit wird als störend empfunden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Dampfturbine schnell erwärmt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Aufwärmen einer Dampfturbine, umfassend eine Mitteldruck-Teilturbine und/oder Niederdruck-Teilturbine, wobei die Mitteldruck-Teil- turbine ausgangsseitig eine Staueinrichtung aufweist, wobei ein während eines Anfahrvorgangs durch die Mitteldruck-Teil¬ turbine strömender Dampf an einem Ausgang mittels der Staueinrichtung derart gestaut wird, dass der Druck des Dampfes in der Mitteldruck-Teilturbine derart erhöht wird, dass die Sättigungstemperatur des Dampfes angehoben wird.
Die Erfindung geht unter anderem von dem Aspekt aus, dass durch ein kontrolliertes Anstauen des Dampfstromes am Ausgang der Mitteldruck-Teilturbine beim Anfahrvorgang der Dampfturbine der Druck angehoben wird. Beispielsweise kann durch ein Schließen einer Klappe der Druck am Ausgang der Mitteldruck- Teilturbine angehoben werden. Das Anheben des Druckes führt dazu, dass die Sättigungstemperatur des Dampfes angehoben wird. Die Wärmeübergangswerte sind bei einem gesättigten Dampf besonders hoch. Diese Wärmeübergangswerte sind höher als bei einem konvektiven Aufwärmen. Daher ist die Temperatur des Dampfes bei einer Sättigung für den Wärmeeintrag in die Welle maßgebend. Beispielsweise liegt die Temperatur ohne das erfindungsgemäße Anstauen bei ca. 800C und ca. 0,5 bar. Durch ein Anstauen des ausgangsseitigen Dampfes der Mitteldruck- Teilturbine an der Staueinrichtung auf beispielsweise 4 bar ergibt sich dadurch eine Sättigungstemperatur des Dampfes von 1440C. Der Wärmeübergang auf die in der Dampfturbine angeord¬ nete Welle erhöht sich dadurch, was zur Folge hat, dass die Welle sich vergleichsweise schnell erwärmt.
Des Weiteren wird durch die höhere Dampfdichte auch eine an- schließende konvektive Überhitzung einer Mitteldruck-Teilturbinenwelle beschleunigt.
Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme, bei der Wärme schnel¬ ler in eine Mitteldruck-Teilturbinenwelle eingebracht werden kann, kann der Startvorgang einer Dampfturbine bei einem
Kaltstart von bis zu einer Stunde verkürzt werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Staueinrichtung in der Überströmleitung angeordnet. Die Überströmleitung ist hierbei eine Leitung, die strömungstechnisch den Ausgang der Mittel- druck-Teilturbine mit dem Eingang einer Niederdruck-Teilturbine verbindet .
Durch diese Maßnahme ist es vergleichsweise einfach, den Druck ausgangsseitig einer Mitteldruck-Teilturbine zu erhö- hen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Staueinrichtung regelbar ausgebildet . Dadurch kann der Aufwärmvorgang der Dampfturbine geregelt werden. Beispielsweise könnte ein nicht kontinuierlich in die Mitteldruck-Teilturbine einströmender Dampfmassenstrom durch die regelbare Staueinrichtung derart geändert werden, dass der Wärmeeintrag in die dickwandigen Bauteile der Mittel¬ druck-Teilturbine gleichmäßig erfolgt.
Als Eingangsgröße für eine Regelung der Staueinrichtung könnte die Temperatur, der Druck und/oder der Dampfmassen- ström verwendet werden.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Staueinrichtung als verschwenkbare Klappe ausgebildet. Die Aus¬ bildung einer verschwenkbaren Klappe ist eine vergleichsweise kostengünstige Maßnahme mit der der gewünschte Effekt, näm¬ lich das Anstauen eines Dampfes erreicht wird.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Dampf ausgangsseitig der Mitteldruck-Teilturbine auf Druckwerte zwischen 3 und 5 bar und Temperaturwerte zwischen 1300C und 1500C angestaut.
Es hat sich gezeigt, dass bei diesen Druck- und Temperaturwerten der Wärmeeintrag des Dampfes auf die Mitteldruck-Teil- turbinenwelle besonders hoch ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Dabei haben mit denselben Bezugszeichen versehene Komponenten die gleiche Funktionsweise.
Dabei zeigt :
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Mitteldruck- Teilturbine und einer Niederdruck-Teilturbine. In der Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Dampfturbine 8 dargestellt. Eine Dampfturbine kann eine Hochdruck- Teilturbine, Mitteldruck-Teilturbine und/oder eine Nieder¬ druck-Teilturbine umfassen. Die in der Figur dargstellte Dampfturbine umfasst eine Mitteldruck- und eine Niederdruck- Teilturbine. In der Regel strömt Frischdampf in eine in der Figur nicht dargestellte Hochdruck-Teilturbine und wird dort entspannt und auf eine niedrigere Temperatur abgekühlt. Die¬ ser entspannte und abgekühlte Dampf wird in einem in der Fi- gur 1 nicht näher dargestellten Zwischenüberhitzer auf eine höhere Temperatur erhitzt und anschließend über eine Leitung 1 in eine Mitteldruck-Teilturbine 2 eingeströmt. Der in die Mitteldruck-Teilturbine 2 einströmende Dampf entspannt sich, wobei der Druck und die Temperatur des Dampfes dabei absin- ken.
Ausgangsseitig der Mitteldruck-Teilturbine 2 strömt der ent¬ spannte Dampf aus einem Ausgang 3 über eine Überströmleitung 4 in einen Eingang 5 einer Niederdruck-Teilturbine 6. Die in der Figur 1 dargestellte Mitteldruck- 2 und Niederdruck-Teil¬ turbine 6 sind als Teil einer Dampfturbine zu sehen. Der Übersichtlichkeit wegen sind die Hochdruck-Teilturbine, der Zwischenüberhitzer, der Kondensator und verschiedene Einheiten wie z. B. eine Pumpe nicht näher dargestellt.
In der Überströmleitung 4 ist eine Staueinrichtung 7 angeordnet. Die Staueinrichtung 7 kann regelbar und/oder als verschwenkbare Klappe ausgebildet werden. Während eines An¬ fahrvorganges wird die Staueinrichtung 7 derart betrieben, dass der am Ausgang 3 ausströmende Dampf vor der Regelklappe gestaut wird, wodurch der Druck des Dampfes erhöht wird. Da¬ durch wird die Sättigungstemperatur des Dampfes erhöht, was zu einer Erhöhung der Temperaturübergangswerte des Dampfes auf die Mitteldruck-Turbinenwelle der Mitteldruck-Teilturbine 2 führt. Die Mitteldruck-Turbinenwelle ist nicht näher darge¬ stellt. Es hat sich gezeigt, dass der Dampf ausgangsseitig auf Werte zwischen 3 und 5 bar und 1300C bis 1500C angestaut werden sollte, um gute Wärmeübergangswerte zu erhalten.
Der Anfahrvorgang einer Dampfturbine verkürzt sich dadurch um ca. eine Stunde.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Aufwärmen einer Dampfturbine (8), die eine Mitteldruck-Teilturbine (2) und/oder Niederdruck- Teilturbine (6) umfasst, wobei die Mitteldruck-Teilturbine (2) ausgangsseitig eine
Staueinrichtung (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein während eines Anfahrvorgangs durch die Mitteldruck- Teilturbine (2) strömender Dampf an einem Ausgang (3) mittels der Staueinrichtung (7) derart gestaut wird, dass der Druck des Dampfes in der Mitteldruck-Teilturbine (2) der¬ art erhöht wird, dass die Sättigungstemperatur des Dampfes angehoben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Staueinrichtung (7) in der Überströmleitung (4) angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Staueinrichtung (7) regelbar ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem die Staueinrichtung (7) als verschwenkbare Klappe ausgebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Dampf ausgangsseitig auf Werte zwischen 3 und 5 bar und 1300C bis 1500C angestaut wird.
6. Dampfturbinenanlage, umfassend eine Mitteldruck-Teilturbine (2) und/oder eine Niederdruck-Teilturbine (6), gekennzeichnet durch eine Staueinrichtung (7) , die ausgangsseitig an der Mitteldruck-Teilturbine (2) angeordnet ist.
7. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 6, wobei die Staueinrichtung (7) als verschwenkbare Klappe ausgebildet ist .
8. Dampfturbinenanlage nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Staueinrichtung (7) in einer Überströmleitung (4) angeordnet ist.
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