EP1953350A2 - Turbine blade - Google Patents

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EP1953350A2
EP1953350A2 EP07000140A EP07000140A EP1953350A2 EP 1953350 A2 EP1953350 A2 EP 1953350A2 EP 07000140 A EP07000140 A EP 07000140A EP 07000140 A EP07000140 A EP 07000140A EP 1953350 A2 EP1953350 A2 EP 1953350A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
power plant
steam power
pressure
generator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07000140A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1953350A3 (en
Inventor
Stefan Dr. Glos
Matthias Heue
Ernst-Wilhelm Dr. Pfitzinger
Norbert Pieper
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to US12/521,589 priority patent/US8387388B2/en
Priority to CN2007800492663A priority patent/CN101573511B/en
Priority to PCT/EP2007/064237 priority patent/WO2008080854A2/en
Priority to JP2009544384A priority patent/JP5027887B2/en
Priority to EP07857858.0A priority patent/EP2100010B1/en
Publication of EP1953350A2 publication Critical patent/EP1953350A2/en
Publication of EP1953350A3 publication Critical patent/EP1953350A3/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for increasing the steam mass flow of a high-pressure steam turbine of a steam power plant, in particular a steam power plant with reheat during a start-up phase of the steam power plant, in particular during idling of the steam power plant.
  • the boiler of the power plant When starting or starting up a fossil-fired power plant, the boiler of the power plant is first driven to minimum load (usually 30 to 40%).
  • the live steam generated during this start-up phase is usually initially bypassed by the steam turbine during (so-called) bypass operation.
  • the live steam In systems with reheat, the live steam is passed through a high-pressure diverter station, sprayed to a lower temperature level and then fed into the cold reheat line.
  • the steam, which leaves the hot strand of the reheat is passed through a medium-pressure Umleitstation and passed after cooling by injection water into the condenser.
  • a high pressure level in the reheat (usually about 20-30 bar) is an effective cooling of the acted upon with flue gas reheater pipes is guaranteed.
  • the invention has for its object to provide a method by which can be reduced without great effort and cost as possible before adjusting the network synchronization during a start-up phase of a steam power plant high temperatures.
  • This object is achieved according to the invention with the aforementioned method for increasing the steam mass flow of a high-pressure steam turbine of a steam power plant, in particular a reheat during a start-up phase, and in particular during idling of the steam power plant, in which a generator of the steam power plant before synchronization with a power supply network at least one electrical load is switched on.
  • the idling power is artificially increased on the electrical side, accompanied by a corresponding increase in the steam mass flow already before synchronization with a power supply network.
  • the high-pressure turbine of a steam power plant can produce more power with an increased steam mass flow such that the generator is already energized early and electrical consumers are switched on before the grid synchronization.
  • This electrically generated power is delivered to electrical consumers, preferably in the form of resistors. which must be cooled accordingly.
  • the electrical load preferably in the form of an electrical resistance
  • the electrical load is arranged in a feedwater tank of the steam power plant in order to cool the electrical load.
  • the relatively cold inflowing condensate must be heated to saturated steam temperature to the pressure required for the degassing of usually 5 to 10 bar.
  • the associated energy can be used, so that ultimately a fuel saving can be achieved.
  • the electrical load is arranged in a condensate collecting tank of a condenser of the steam power plant.
  • the arrangement of the electrical consumers in the condensate collection container of the condenser (hotwell) has no influence on the heat output of the condenser, since the mass flow through a corresponding medium-pressure Umleitstation decreases accordingly.
  • a cooling of the electrical load can also be achieved by placing the electrical load in the cooling water of the steam power plant, wherein both main cooling water and secondary cooling water can be used for cooling.
  • the invention further relates to a steam power plant, with which the inventive method is feasible, with a generator, a high-pressure steam turbine and at least one electrical load, which can be connected during a start-up phase of the steam power plant to the generator to before synchronization of the generator with To increase a power supply network, a steam mass flow of the high-pressure steam turbine.
  • the electrical load is preferably arranged in a feedwater tank of the steam power plant, in a Kondensationsammel constituteer a condenser of the steam power plant or in the cooling water of the steam power plant.
  • FIG. 1 shows the structure of a steam power plant according to the invention.
  • Fig. 1 schematically shows the structure of a steam power plant 10 according to the invention.
  • the steam power plant 10 includes, inter alia, a boiler 12, a high pressure turbine 14, a medium pressure turbine 16, a low pressure turbine 18, a generator 20, a condenser 22 with reservoir 24, a feedwater tank 26 with degasser, main steam lines 28 and a support line 30th
  • the boiler 12 When starting or starting up the steam power plant 10, the boiler 12 is initially driven to minimum load (usually 30-40%), wherein the steam generated is usually initially passed past the high-pressure turbine 14 (bypass operation).
  • the bypass operation is realized here by closing the arranged in the steam inflow of the high-pressure turbine 14 quick-closing valve 32 and control valve 34, the live steam is passed through a high-pressure Umleitstation 36, sprayed to a lower temperature level and then a reheatening 38 is supplied, and Although initially the cold strand 40 of the reheat.
  • the steam leaving the hot leg 42 of the ZÜ is passed through a medium pressure diverter station 44 out and passed after cooling by injection water into the condenser 22.
  • the high-pressure turbine 14 is accelerated to nominal speed from this bypass operation after the quick-closing valve 32 or control valve 34 has been opened, the high pressure in the cold strand 40 of the reheating at the outlet of the high-pressure turbine 14 leads to temperatures which are particularly high. or warm start are significantly higher than in rated load operation.
  • the reason for this is low temperature degradation or ventilation in the high pressure turbine 14 at low steam mass flows.
  • An increase in this idling mass flow is not possible due to the speed control, since the turbine-generator train can still deliver power to the grid. Only after the synchronization with the network, the power and thus the mass flow can be increased, but the temperature differences between the steam and the turbine components must not be too large.
  • the exhaust area of the high pressure turbine 14 and the cold reheat line 40 this means that they are exposed to greatly elevated and rapidly changing temperatures, which may involve the use of expensive materials to design the exhaust steam section of the high pressure turbine 14 and cold leg 40 require reheat.
  • At least one electrical load in the form of an electrical resistor 46 is switchably coupled to the generator 20 (see dotted lines in FIG. 1 ).
  • the resistor 46 and the resistors 46 may be arranged according to the invention for their cooling in the feedwater tank 26, in the condensate collection tank 24 or in the cooling water. If, according to the invention, the generator 20 is prematurely energized before synchronization of the generator 20 with a power supply network, one or more can several of the electrical resistors 46 are switched on. Thus, the idling power on the electrical side is artificially increased even before synchronization, along with a corresponding increase in the steam mass flow.
  • the tubes of the reheat 38 are already cooled more, since less steam has to be drawn from the cold strand 40 of the reheat over the support line 30 onto the feedwater tank 26 to ensure degassing.
  • the idle now higher mass flow through the high-pressure turbine 14 leads to a greater degradation of the enthalpy and thus lower high-pressure Abdampfemperaturen. For example, increasing the idle power from 5 to 15 MW (assuming live steam temperature 700 ° C, pressure in cold leg 40 of reheat 20 bar) would reduce the high pressure steaming temperature from 580 ° C to 510 ° C.

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Abstract

The method involves connecting an electric load (46) upstream of a generator (20) of a steam power station (10) before synchronization with a power supply grid. The electric load is arranged in a feed water container (26) of a steam power station. The electric load is arranged in a condensate collecting container (24) of a condenser (22) of the steam power station. The electric load is arranged in the cooling water of the steam power station. An independent claim is also included for a steam power station with a generator, a high-pressure steam turbine and electric load.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steigerung des Dampfmassenstroms einer Hochdruck-Dampfturbine eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Dampfkraftwerks mit Zwischenüberhitzung, während einer Hochfahr-Phase des Dampfkraftwerks, insbesondere auch während eines Leerlaufs des Dampfkraftwerks.The invention relates to a method for increasing the steam mass flow of a high-pressure steam turbine of a steam power plant, in particular a steam power plant with reheat during a start-up phase of the steam power plant, in particular during idling of the steam power plant.

Beim Starten bzw. Hochfahren eines fossil gefeuerten Kraftwerkes wird zunächst der Kessel des Kraftwerks auf Mindestlast gefahren (meist 30 bis 40%). Der während dieser Hochfahr-Phase erzeugte Frischdampf wird hierbei im (so genannten) Bypassbetrieb üblicherweise zunächst an der Dampfturbine vorbeigeleitet. Bei Anlagen mit Zwischenüberhitzung wird der Frischdampf hierbei über eine Hochdruck-Umleitstation geführt, auf ein niedrigeres Temperaturniveau abgespritzt und dann in den kalten Strang der Zwischenüberhitzung geleitet. Der Dampf, der den heißen Strang der Zwischenüberhitzung verlässt, wird über eine Mitteldruck-Umleitstation geführt und nach Kühlung mittels Einspritzwasser in den Kondensator geleitet. Durch ein hohes Druckniveau in der Zwischenüberhitzung (üblicherweise ca. 20-30 bar) ist dabei ist eine effektive Kühlung der mit Rauchgas beaufschlagten Zwischenüberhitzerrohre gewährleistet.When starting or starting up a fossil-fired power plant, the boiler of the power plant is first driven to minimum load (usually 30 to 40%). The live steam generated during this start-up phase is usually initially bypassed by the steam turbine during (so-called) bypass operation. In systems with reheat, the live steam is passed through a high-pressure diverter station, sprayed to a lower temperature level and then fed into the cold reheat line. The steam, which leaves the hot strand of the reheat, is passed through a medium-pressure Umleitstation and passed after cooling by injection water into the condenser. By a high pressure level in the reheat (usually about 20-30 bar) is an effective cooling of the acted upon with flue gas reheater pipes is guaranteed.

Wird aus diesem oben beschriebenen Bypassbetrieb heraus eine Hochdruck-Turbine des Dampfkraftwerks auf Nenndrehzahl beschleunigt, so führt der hohe Druck in dem kalten Strang der Zwischenüberhitzung am Austritt der Hochdruck-Turbine zu Temperaturen, die insbesondere beim Heiß- bzw. Warmstart deutlich höher liegen als im Nennlastbetrieb. Ursache hierfür ist geringer Temperaturabbau bzw. Ventilation in der Hochdruck-Turbine bei kleinen Massenströmen. Eine Steigerung dieses Leerlaufmassenstroms ist aufgrund der Drehzahlregelung nicht möglich, da der Turbinen-Generator-Strang noch keine Leistung an das Netz abgeben kann. Die Turbine erzeugt in dieser Phase nur die Verlustleistung von Lagern und Generator, die je nach Anlagengröße üblicherweise im Bereich von 2 bis 5 MW liegt. Erst nach der Synchronisation mit dem Netz kann diese Leistung gesteigert werden.If a high-pressure turbine of the steam power plant is accelerated to nominal speed from this bypass operation described above, the high pressure in the cold train of reheat at the outlet of the high-pressure turbine leads to temperatures that are significantly higher than in the hot or warm start nominal load operation. This is due to low temperature reduction or ventilation in the high-pressure turbine at low mass flows. An increase of this idling mass flow is not due to the speed control possible because the turbine-generator train can not deliver power to the grid yet. The turbine only generates the power loss of bearings and generator in this phase, which is usually in the range of 2 to 5 MW depending on the size of the system. Only after synchronization with the network can this performance be increased.

Die so vor der Synchronisation entstehenden hohen Temperaturen machen es erforderlich, dass der Abdampfbereich der Hochdruckturbine und die Leitung des kalten Strangs der Zwischenüberhitzung so ausgelegt werden müssen, dass sie den erhöhten Temperaturen standhalten, insbesondere auch den beim An- und Abfahren stark wechselnden Temperaturen. Dies ist gegenwärtig durch Verwendung von relativ kostengünstigen Werkstoffen bei der Auslegung der Turbine und der Leitung des kalten Strangs der Zwischenüberhitzung möglich. Um jedoch beim Heißstart in zukünftigen Anlagen gegenwärtig übliche Frischdampftemperaturen von ca. 565°C mit einer einhergehenden Hochdruck-Abdampftemperatur von ca. maximal 500°C auf maximal ca. 700°C mit zeitweise einhergehenden Abdampftemperaturen von ca. 580°C bis 600°C zu erhöhen, ist es erforderlich, auch im Hochdruck-Abdampfbereich und an dem kalten Strang der Zwischenüberhitzung deutlich teurere Werkstoffe, insbesondere 10%-Cr-Stahl zu verwenden.The resulting high temperatures before the synchronization make it necessary that the Abdampfbereich the high-pressure turbine and the line of the cold strand of the reheat must be designed so that they can withstand the increased temperatures, especially the strong changing temperatures at startup and shutdown. This is currently possible by using relatively inexpensive materials in the design of the turbine and the cold reheat line. However, at the time of hot start in future plants currently conventional steam temperatures of about 565 ° C with a concomitant high-pressure Abdampftemperatur of about maximum 500 ° C to a maximum of about 700 ° C with temporarily associated Abdampfemperaturen of about 580 ° C to 600 ° C. To increase, it is necessary to use significantly more expensive materials, in particular 10% Cr steel even in the high-pressure exhaust steam and the cold strand reheat.

Andere bekannte Lösungen verfolgen das Ziel einer geeigneten Kühlung. So wurden beispielsweise in der Vergangenheit auch so genannte Anfahrleitungen eingesetzt, die den Hochdruck-Abdampfraum zum Anfahren direkt mit dem Kondensator verbinden. Hierbei wird die Expansionslinie verlängert und die Ventilation in der Hochdruckturbine verhindert, indem man den Hochdruck-Abdampfdruck beim Anfahren und Leerlauf-Fahrten reduziert. Hierfür ist jedoch eine zusätzliche, relativ große Leitung und eine Wasserabspritzung erforderlich. Ferner ist es bekannt, andere Anfahrkonzepte zu verfolgen. So ist es beispielsweise bekannt, Rauchgas über Kesselklappen an Zwischenüberhitzerrohren vorbeizuführen. Diese müssen somit nicht gekühlt werden und ein Anfahren der Dampfturbine gegen sehr niedrige Drücke des kalten Strangs der Zwischenüberhitzung wird möglich. Bei einem anderen bekannten Anfahrkonzept läuft die Hochdruck-Turbine zunächst evakuiert mit und wird erst nach Synchronisierung mit dem Netz zugeschaltet.Other known solutions pursue the goal of suitable cooling. In the past, for example, so-called start-up lines were used, which connect the high-pressure steam bath directly to the condenser for start-up. This will extend the expansion line and prevent high-pressure turbine ventilation by reducing the high-pressure exhaust pressure during start-up and idle runs. For this purpose, however, an additional, relatively large line and a water spray is required. Furthermore, it is known to pursue other start-up concepts. For example, it is known to pass flue gas over boiler flaps to reheater pipes. These must therefore not be cooled and a startup of the steam turbine against very low pressures of cold strand of reheating becomes possible. In another known approach concept, the high-pressure turbine runs initially evacuated and is switched on only after synchronization with the network.

Insgesamt betrachtet sind die oben beschriebenen Kühllösungen und Anfahrkonzepte als auch die Einbeziehung Hitze resistenter Materialien recht aufwendig und kostenintensiv, so dass Bedarf an verbesserten Lösungen zur Reduzierung der vor Netzsynchronisation auftretenden hohen Temperaturen besteht.Overall, the cooling solutions and start-up concepts described above, as well as the incorporation of heat-resistant materials, are quite complicated and cost-intensive, so that there is a need for improved solutions for reducing the high temperatures occurring before mains synchronization.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die sich vor Netzsynchronisation während einer Hochfahr-Phase eines Dampfkraftwerks einstellenden hohen Temperaturen ohne großen Aufwand und möglichst kostengünstig reduziert werden können.The invention has for its object to provide a method by which can be reduced without great effort and cost as possible before adjusting the network synchronization during a start-up phase of a steam power plant high temperatures.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß mit dem eingangs genannten Verfahren zur Steigerung des Dampfmassenstroms einer Hochdruck-Dampfturbine eines Dampfkraftwerks, das insbesondere eine Zwischenüberhitzung aufweist, während einer Hochfahr-Phase, und insbesondere während eines Leerlaufs des Dampfkraftwerks gelöst, bei dem einem Generator des Dampfkraftwerks vor einer Synchronisation mit einem Stromversorgungsnetz wenigstens ein elektrischer Verbraucher zugeschaltet wird.This object is achieved according to the invention with the aforementioned method for increasing the steam mass flow of a high-pressure steam turbine of a steam power plant, in particular a reheat during a start-up phase, and in particular during idling of the steam power plant, in which a generator of the steam power plant before synchronization with a power supply network at least one electrical load is switched on.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Leerlaufleistung auf der elektrischen Seite künstlich erhöht, einhergehend mit einer entsprechenden Erhöhung des Dampfmassenstroms bereits vor einer Synchronisation mit einem Stromversorgungsnetz. So kann erfindungsgemäß insbesondere die Hochdruckturbine eines Dampfkraftwerks mit einem erhöhten Dampfmassenstrom mehr Leistung erzeugen, derart, dass der Generator bereits frühzeitig erregt und dem Generator noch vor der Netzsynchronisierung elektrische Verbraucher zugeschaltet werden. Diese elektrisch erzeugte Leistung wird an elektrische Verbraucher, vorzugsweise in Form von Widerständen, abgegeben, die entsprechend gekühlt werden müssen. Der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren einhergehende erhöhte Dampfmassenstrom bereits vor Netzsynchronisierung bewirkt, dass insbesondere die Hochdruckturbine im Leerlauf weniger ventiliert und daher der Abdampfbereich und die Leitung des kalten Strangs der Zwischenüberhitzung auch bei sehr hohen Frischdampftemperaturen mit kostengünstigeren Werkstoffen ausgelegt werden können, insbesondere weil die Temperaturunterschiede zwischen Leerlauf und Nennlastbetrieb nicht mehr so stark ausgeprägt sind.By means of the method according to the invention, the idling power is artificially increased on the electrical side, accompanied by a corresponding increase in the steam mass flow already before synchronization with a power supply network. Thus, according to the invention, in particular, the high-pressure turbine of a steam power plant can produce more power with an increased steam mass flow such that the generator is already energized early and electrical consumers are switched on before the grid synchronization. This electrically generated power is delivered to electrical consumers, preferably in the form of resistors. which must be cooled accordingly. The associated with the process according to the invention increased steam mass flow before mains synchronization causes especially the high-pressure turbine less ventilated at idle and therefore the Abdampfbereich and the line of cold strand reheat can be designed even at very high steam temperatures with less expensive materials, especially because the temperature differences between Idle and rated load operation are no longer so pronounced.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der elektrische Verbraucher, vorzugsweise in Form eines elektrischen Widerstands, in einem Speisewasserbehälter des Dampfkraftwerks angeordnet, um den elektrischen Verbraucher zu kühlen. Dies ist insofern von Vorteil als hier das relativ kalt einströmende Kondensat auf Sattdampftemperatur zum dem für die Entgasung benötigten Druck von üblicherweise 5 bis 10 bar aufgewärmt werden muss. So muss nicht übermäßig viel Dampfmassenstrom aus dem kalten Strang der Zwischenüberhitzung entnommen werden und es steht ein größerer Massenstrom zur Kühlung der Zwischenüberhitzerrohre zur Verfügung. Die hiermit einhergehende Energie kann genutzt werden, so dass letztlich eine Brennstoffeinsparung erzielt werden kann.In an advantageous development of the method according to the invention, the electrical load, preferably in the form of an electrical resistance, is arranged in a feedwater tank of the steam power plant in order to cool the electrical load. This is advantageous in that here the relatively cold inflowing condensate must be heated to saturated steam temperature to the pressure required for the degassing of usually 5 to 10 bar. Thus, not too much steam mass flow must be removed from the cold strand of the reheat and there is a larger mass flow for cooling the reheater pipes available. The associated energy can be used, so that ultimately a fuel saving can be achieved.

Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der elektrische Verbraucher in einem Kondensatsammelbehälter eines Kondensators des Dampfkraftwerks angeordnet. Die Anordnung der elektrischen Verbraucher im Kondensatsammelbehälter des Kondensators (Hotwell) hat keinen Einfluss auf die Wärmeleistung des Kondensators, da der Massenstrom über eine entsprechende Mitteldruck-Umleitstation entsprechend sinkt. Alternativ kann eine Kühlung des elektrischen Verbrauchers auch durch Anordnung des elektrischen Verbrauchers im Kühlwasser des Dampfkraftwerks erzielt werden, wobei zur Kühlung sowohl Hauptkühlwasser als auch Nebenkühlwasser verwendet werden kann.In a further advantageous development of the method according to the invention, the electrical load is arranged in a condensate collecting tank of a condenser of the steam power plant. The arrangement of the electrical consumers in the condensate collection container of the condenser (hotwell) has no influence on the heat output of the condenser, since the mass flow through a corresponding medium-pressure Umleitstation decreases accordingly. Alternatively, a cooling of the electrical load can also be achieved by placing the electrical load in the cooling water of the steam power plant, wherein both main cooling water and secondary cooling water can be used for cooling.

Die Erfindung betrifft ferner ein Dampfkraftwerk, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist, mit einem Generator, einer Hochdruck-Dampfturbine und wenigstens einem elektrischen Verbraucher, der während einer Hochfahr-Phase des Dampfkraftwerks dem Generator zugeschaltet werden kann, um vor einer Synchronisation des Generators mit einem Stromversorgungsnetz einen Dampfmassenstrom der Hochdruck-Dampfturbine zu erhöhen. Der elektrische Verbraucher ist bevorzugt in einem Speisewasserbehälter des Dampfkraftwerks, in einem Kondensatorsammelbehälter eines Kondensators des Dampfkraftwerks oder im Kühlwasser des Dampfkraftwerks angeordnet.The invention further relates to a steam power plant, with which the inventive method is feasible, with a generator, a high-pressure steam turbine and at least one electrical load, which can be connected during a start-up phase of the steam power plant to the generator to before synchronization of the generator with To increase a power supply network, a steam mass flow of the high-pressure steam turbine. The electrical load is preferably arranged in a feedwater tank of the steam power plant, in a Kondensationsammelbehälter a condenser of the steam power plant or in the cooling water of the steam power plant.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 den Aufbau eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks zeigt.Hereinafter, an embodiment of a steam power plant according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein Fig. 1 shows the structure of a steam power plant according to the invention.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Dampfkraftwerks 10. Das Dampfkraftwerk 10 umfasst unter anderem einen Kessel 12, eine Hochdruck-Turbine 14, eine Mitteldruck-Turbine 16, eine Niederdruck-Turbine 18, einen Generator 20, einem Kondensator 22 mit Sammelbehälter 24, einen Speisewasserbehälter 26 mit Entgaser, Frischdampfleitungen 28 und eine Stützleitung 30. Fig. 1 schematically shows the structure of a steam power plant 10 according to the invention. The steam power plant 10 includes, inter alia, a boiler 12, a high pressure turbine 14, a medium pressure turbine 16, a low pressure turbine 18, a generator 20, a condenser 22 with reservoir 24, a feedwater tank 26 with degasser, main steam lines 28 and a support line 30th

Beim Starten bzw. Hochfahren des Dampfkraftwerks 10 wird der Kessel 12 zunächst auf Mindestlast gefahren (meist 30-40%), wobei der erzeugte Dampf üblicherweise zunächst an der Hochdruck-Turbine 14 vorbeigeleitet wird (Bypassbetrieb). Der Bypassbetrieb wird hierbei durch Schließen des im Dampf-Einströmbereich der Hochdruck-Turbine 14 angeordneten Schnellschlussventils 32 bzw. Regelventils 34 realisiert, wobei der Frischdampf über eine Hochdruck-Umleitstation 36 geführt, auf ein niedrigeres Temperaturniveau abgespritzt und dann einer Zwischenüberhitzung 38 zugeführt wird, und zwar zunächst dem kalten Strang 40 der Zwischenüberhitzung. Der Dampf, der den heißen Strang 42 der ZÜ verlässt, wird über eine Mitteldruck-Umleitstation 44 geführt und nach Kühlung mittels Einspritzwasser in den Kondensator 22 geleitet. Durch ein hohes Druckniveau in der Zwischenüberhitzung 38 (üblicherweise ca. 20-30 bar) ist dabei eine effektive Kühlung der mit Rauchgas beaufschlagten Zwischenüberhitzerrohre gewährleistet.When starting or starting up the steam power plant 10, the boiler 12 is initially driven to minimum load (usually 30-40%), wherein the steam generated is usually initially passed past the high-pressure turbine 14 (bypass operation). The bypass operation is realized here by closing the arranged in the steam inflow of the high-pressure turbine 14 quick-closing valve 32 and control valve 34, the live steam is passed through a high-pressure Umleitstation 36, sprayed to a lower temperature level and then a reheatening 38 is supplied, and Although initially the cold strand 40 of the reheat. The steam leaving the hot leg 42 of the ZÜ is passed through a medium pressure diverter station 44 out and passed after cooling by injection water into the condenser 22. By a high pressure level in the intermediate superheating 38 (usually about 20-30 bar) while effective cooling of the acted upon with flue gas reheater pipes is guaranteed.

Wird nun aus diesem Bypassbetrieb heraus nach Öffnung des Schnellschlussventils 32 bzw. Regelventils 34 die Hochdruck-Turbine 14 auf Nenndrehzahl beschleunigt, so führt der hohe Druck im kalten Strang 40 der Zwischenüberhitzung am Austritt der Hochdruck-Turbine 14 zu Temperaturen, welche insbesondere bei Heiß- bzw. Warmstart deutlich höher liegen als im Nennlastbetrieb. Der Grund dafür ist geringer Temperaturabbau bzw. Ventilation in der Hochdruck-Turbine 14 bei kleinen Dampf-Massenströmen. Eine Steigerung dieses Leerlaufmassenstroms ist aufgrund der Drehzahlregelung nicht möglich, da der Turbinen-Generator-Strang noch keine Leistung an das Netz abgeben kann. Erst nach der Synchronisation mit dem Netz kann die Leistung und damit der Massenstrom gesteigert werden, wobei jedoch die Temperaturdifferenzen zwischen dem Dampf und den Bauteilen der Turbinen nicht zu groß werden dürfen. Für den Abdampfbereich der Hochdruck-Turbine 14 und den kalten Strang 40 der Zwischenüberhitzung bedeutet dies, dass sie stark erhöhten und stark wechselnden Temperaturen ausgesetzt werden, die unter Umständen den Einsatz teurer Werkstoffe zur Auslegung des Abdampfbereichs der Hochdruck-Turbine 14 und des kalten Strangs 40 der Zwischenüberhitzung erfordern.If the high-pressure turbine 14 is accelerated to nominal speed from this bypass operation after the quick-closing valve 32 or control valve 34 has been opened, the high pressure in the cold strand 40 of the reheating at the outlet of the high-pressure turbine 14 leads to temperatures which are particularly high. or warm start are significantly higher than in rated load operation. The reason for this is low temperature degradation or ventilation in the high pressure turbine 14 at low steam mass flows. An increase in this idling mass flow is not possible due to the speed control, since the turbine-generator train can still deliver power to the grid. Only after the synchronization with the network, the power and thus the mass flow can be increased, but the temperature differences between the steam and the turbine components must not be too large. For the exhaust area of the high pressure turbine 14 and the cold reheat line 40, this means that they are exposed to greatly elevated and rapidly changing temperatures, which may involve the use of expensive materials to design the exhaust steam section of the high pressure turbine 14 and cold leg 40 require reheat.

Um insbesondere auf den Einsatz teurer Hitze resistenter Werkstoffe verzichten zu können, ist erfindungsgemäß wenigstens ein elektrischer Verbraucher in Form eines elektrischen Widerstands 46 an den Generator 20 zuschaltbar gekoppelt (vgl. punktierte Linien in Figur 1). Der Widerstand 46 bzw. die Widerstände 46 können zu ihrer Kühlung erfindungsgemäß im Speisewasserbehälter 26, im Kondensatsammelbehälter 24 oder im Kühlwasser angeordnet sein. Wird erfindungsgemäß vor Synchronisation des Generators 20 mit einem Stromversorgungsnetz der Generator 20 frühzeitig erregt, so kann einer oder können mehrere der elektrischen Widerstände 46 zugeschaltet werden. So wird bereits vor Synchronisierung die Leerlaufleistung auf der elektrischen Seite künstlich erhöht, einhergehend mit einer entsprechenden Erhöhung des Dampfmassenstroms. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere in der Hochdruck-Turbine 14 die Expansionslinie im Leerlauf verlängert wird bzw. der Dampf weniger ventiliert und daher der Abdampfbereich und die Leitung des kalten Strangs 40 der Zwischenüberhitzung auch bei sehr hohen Frischdampftemperaturen mit kostengünstigen Werkstoffen ausgelegt werden können, insbesondere weil die Temperaturunterschiede zwischen Leerlauf und Nennlastbetrieb nicht mehr so stark ausgeprägt sind.In order to be able to dispense in particular with the use of expensive heat-resistant materials, according to the invention at least one electrical load in the form of an electrical resistor 46 is switchably coupled to the generator 20 (see dotted lines in FIG FIG. 1 ). The resistor 46 and the resistors 46 may be arranged according to the invention for their cooling in the feedwater tank 26, in the condensate collection tank 24 or in the cooling water. If, according to the invention, the generator 20 is prematurely energized before synchronization of the generator 20 with a power supply network, one or more can several of the electrical resistors 46 are switched on. Thus, the idling power on the electrical side is artificially increased even before synchronization, along with a corresponding increase in the steam mass flow. This has the advantage that in particular in the high-pressure turbine 14, the expansion line is extended at idle or the steam is less ventilated and therefore the Abdampfbereich and the line of the cold strand 40 of the reheat can be interpreted even at very high steam temperatures with low-cost materials, especially because the temperature differences between idling and nominal load operation are no longer so pronounced.

Bei Anordnung der elektrischen Widerstände 46 im Speisewasserbehälter 26 werden die Rohre der Zwischenüberhitzung 38 schon stärker gekühlt, da weniger Dampf aus dem kalten Strang 40 der Zwischenüberhitzung über die Stützleitung 30 auf den Speisewasserbehälter 26 gezogen werden muss, um eine Entgasung sicherzustellen.When the electrical resistors 46 are arranged in the feedwater tank 26, the tubes of the reheat 38 are already cooled more, since less steam has to be drawn from the cold strand 40 of the reheat over the support line 30 onto the feedwater tank 26 to ensure degassing.

Der im Leerlauf nun höhere Massenstrom durch die Hochdruck-Turbine 14 führt zu einem stärkeren Abbau der Enthalpie und somit zu niedrigeren Hochdruck-Abdampftemperaturen. Beispielsweise würde eine Erhöhung der Leerlaufleistung von 5 auf 15 MW (Annahme: Frischdampf-Temperatur 700°C, Druck im kalten Strang 40 der Zwischenüberhitzung 20 bar) eine Reduzierung der Hochdruck-Abdampftemperatur von 580°C auf 510°C bewirken.The idle now higher mass flow through the high-pressure turbine 14 leads to a greater degradation of the enthalpy and thus lower high-pressure Abdampfemperaturen. For example, increasing the idle power from 5 to 15 MW (assuming live steam temperature 700 ° C, pressure in cold leg 40 of reheat 20 bar) would reduce the high pressure steaming temperature from 580 ° C to 510 ° C.

Claims (8)

Verfahren zur Steigerung des Dampfmassenstroms einer Hochdruck-Dampfturbine (14) eines Dampfkraftwerks (10) während einer Hochfahr-Phase des Dampfkraftwerks (10), bei dem einem Generator (20) des Dampfkraftwerks (10) vor einer Synchronisation mit einem Stromversorgungsnetz wenigstens ein elektrischer Verbraucher (46) zugeschaltet wird.A method for increasing the steam mass flow of a high-pressure steam turbine (14) of a steam power plant (10) during a start-up phase of the steam power plant (10), wherein a generator (20) of the steam power plant (10) prior to synchronization with a power supply network at least one electrical load (46) is switched on. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) in einem Speisewasserbehälter (26) des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Method according to claim 1,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in a feed water tank (26) of the steam power plant (10). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) in einem Kondensatsammelbehälter (24) eines Kondensators (22) des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Method according to claim 1,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in a condensate collecting tank (24) of a condenser (22) of the steam power plant (10). Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) im Kühlwasser des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Method according to claim 1,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in the cooling water of the steam power plant (10). Dampfkraftwerk (10),
mit einem Generator (20),
einer Hochdruck-Dampfturbine (14) und
wenigstens einem elektrischen Verbraucher (46),
der während einer Hochfahr-Phase des Dampfkraftwerks (10) dem Generator (20) zugeschaltet werden kann, um vor einer Synchronisation des Generators (20) mit einem Stromversorgungsnetz einen Dampfmassenstrom der Hochdruck-Dampfturbine (14) zu erhöhen.Steam power plant (10),
with a generator (20),
a high pressure steam turbine (14) and
at least one electrical load (46),
which during a start-up phase of the steam power plant (10) the generator (20) can be switched to increase before a synchronization of the generator (20) with a power supply network, a steam mass flow of the high-pressure steam turbine (14). Dampfkraftwerk nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) in einem Speisewasserbehälter (26) des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Steam power plant according to claim 5,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in a feed water tank (26) of the steam power plant (10). Dampfkraftwerk nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) in einem Kondensatsammelbehälter (24) eines Kondensators (22) des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Steam power plant according to claim 5,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in a condensate collecting tank (24) of a condenser (22) of the steam power plant (10). Dampfkraftwerk nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der elektrische Verbraucher (46) im Kühlwasser des Dampfkraftwerks (10) angeordnet ist.Steam power plant according to claim 5,
characterized in that
the electrical load (46) is arranged in the cooling water of the steam power plant (10).
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