EP2024609A2 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines kraftwerks - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines kraftwerks

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EP2024609A2
EP2024609A2 EP07729348A EP07729348A EP2024609A2 EP 2024609 A2 EP2024609 A2 EP 2024609A2 EP 07729348 A EP07729348 A EP 07729348A EP 07729348 A EP07729348 A EP 07729348A EP 2024609 A2 EP2024609 A2 EP 2024609A2
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EP
European Patent Office
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components
power plant
heat exchange
gas turbine
heat
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07729348A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hajrudin Ceric
Stefan Dahlke
Uwe Gruschka
Matthias Heue
Martin Lenze
Thomas Matern
Dieter Minninger
Axel Schaberg
Stephan Schmidt
Steffen Skreba
Bernd STÖCKER
Volker Vosberg
Roger Waldinger
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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Publication of EP2024609A2 publication Critical patent/EP2024609A2/de
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    • F01K13/006—Auxiliaries or details not otherwise provided for
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for controlling a power plant with a plurality of components forming a circuit, namely with a boiler, a steam turbine and optionally a gas turbine.
  • medium-load power plants Gas and steam turbine plants or power plants (combined cycle power plants) are often recognized as so-called medium-load power plants is ⁇ .
  • An important feature of medium-load power plants is the start time, ie the time until a defined system performance is available.
  • a short start time is advantageous, among other things, because it allows the possibility of participating in balancing markets such as the minute or hour reserve.
  • a participating in the minute reserve power plant must be able to bring a few minutes (in Germany, for example, after 15 minutes) a certain power.
  • the performance is to be provided after 60 minutes.
  • Start-up times and standstill times occur after the components have been heated or cooled, whereby the warm-up or cool-down is usually influenced by the temperature surrounding the components (natural cooling).
  • transient plant conditions such states are to be understood here, in which a power plant of a power level to another, such as when driving on ⁇ , is transferred. There is therefore a need to keep the transient states as short as possible. Also at
  • the object of the invention is to specify a method for improving the starting behavior and the stopping times in a power plant, in particular in a combined cycle power plant. Another object is to specify a device which is particularly suitable for carrying out the method.
  • the object related to the method is achieved according to the invention by specifying a method for controlling a power plant with a plurality of components forming an operating cycle, namely with a boiler, a steam turbine and optionally a gas turbine, wherein at standstill the component temperature of at least one component of a the components is controlled by heat exchange by means of a fluid flow.
  • the invention is based on the consideration that the heat present in the power plant after switching off the components can be used to specifically regulate the component temperature of the components of the components at standstill.
  • components of the components or the operating cycle here are the individual components or groups of components that are functionally connected to each other and a unit bil ⁇ den called.
  • a fluid flow is used, which transports the heat from one component or component of the power plant ⁇ to another component or other component, so that at standstill active at least one of the components is maintained at a desired temperature level.
  • Standstill here is the period of time in which the power plant is in the retracted state, with a rotor of the power plant can be rotated at low speed or can stand completely still.
  • the main advantage of this method is that with an active control of the temperature of the components or some of their components, the stopping or the starting of the components is no longer dependent on the currently prevailing - not actively influenced - component temperatures. Rather, these component temperatures are adjusted by active heat exchange at standstill, as far as possible, the appropriate operational requirements for improved shutdown or start-up behavior of the power plant.
  • the heat exchange is performed by means of an additional control circuit for the fluid flow.
  • the control ⁇ circulation differs from the operating circuit of the power plant and is characterized by separate lines and control elements. A separate circuit from the operating circuit is particularly easy to control.
  • a particularly economical configuration provides that to be temperature controlled power plant compo ⁇ nents heat sources and heat sinks form in the control circuit and the temperature preferably by heat exchange with each other is regulated.
  • a heat shift within the power plant wherein the heat of a component can be used to heat ⁇ at least one component of another component at a standstill of the power plant.
  • the method may be used to control the power station component to a Kom ⁇ cooling when at least one further component is at a lower temperature level and can absorb the heat of the hotter component. This is done by a suitable control of the flow direction of the fluid flow, the latter removes the heat of the hotter Kom ⁇ component and discharges this heat into the colder component. It is sufficient if only two components of the power plant, which are located at different temperature levels, are connected to the control circuit. It can, however, several components and external heat sources or heat sinks ⁇ be provided.
  • the stoppage of the power plant makes sense to distinguish between two types of standstill conditions.
  • the first type are the short-term shutdowns. Such conditions, which often occur due to a reduced Stromver ⁇ consumption at night or on weekends, are referred to below as a temporary stoppage.
  • the power plant is run at predetermined time intervals, or optionally at an operating failure ⁇ slipped down in order to perform repairs and maintenance.
  • the component to be serviced or repaired must cool down to ambient temperature in order for the work to be carried out.
  • the fluid flow during a vorüberge ⁇ Henden standstill is used to maintain a high temperature at least one of the components to thereafter implement an accelerated starting process according to.
  • the fluid flow is used during a maintenance state of the power plant for the fastest possible cooling of at least one of the components to reduce the downtime for repairs to the usual cooling time.
  • a particularly efficient heat transfer in which the on ⁇ wall for cooling or heating of the components is particularly low, is given, if preferably the components are heated or cooled independently of each other.
  • the aim here is to keep the components of the components at a homogeneous temperature level.
  • the rotor and the housing of the gas turbine are maintained at about the same temperature level, ie the housing must be kept warm by the active temperature control, since the housing usually cools off faster ⁇ .
  • heat is tapped only from certain areas of the components: For example, after switching off the power plant, only those in the high- pressure part of the steam turbine existing heat can be used to maintain a relatively high Tempera ⁇ turn level of the gas turbine at standstill of the power plant.
  • the heat exchange between the components is carried out by means of a water vapor.
  • Water vapor has a number of advantages when used as a heat-carrying fluid stream: water is inexpensive, environmentally friendly ⁇ and easy to handle.
  • the heat exchange between the components is carried out by means of air.
  • Air is also a low-cost heat transfer medium that is available in large quantities.
  • air causes no corrosion problems on the component to be tempered.
  • an open system is used for heat exchange.
  • new amounts of heat transfer medium are continuously used, which are released after flowing through the control circuit and after possible cooling.
  • a closed system is used for heat exchange, in which always circulates the same amount of heat transfer medium in the control circuit.
  • the object relating to the device object is erfindungsge ⁇ Gurss achieved by a device for controlling a power plant having a plurality of operation cycle forming compo ⁇ components, namely with a boiler, a steam turbine and, optionally, a gas turbine, wherein at standstill at least two of the components to the heat exchange with each other via a line are connected.
  • a device for controlling a power plant having a plurality of operation cycle forming compo ⁇ components, namely with a boiler, a steam turbine and, optionally, a gas turbine, wherein at standstill at least two of the components to the heat exchange with each other via a line are connected.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a pipe system of a power plant at a temporary standstill of the power plant
  • FIG. 2 shows the schematic structure of the conduit system of the power plant according to FIG. 1 during a maintenance status of the power plant.
  • a power plant 2 is shown schematically, which includes a boiler 4, a steam turbine 6 and in this embodiment ⁇ example, a gas turbine 8.
  • the power plant 2 is built in the manner of a combined heat and power plant, in which the waste heat of the gas turbine 8 is used to generate water vapor in the boiler 4 he ⁇ , with the help of the steam turbine 6 is driven.
  • the boiler 4, the steam turbine 6 and the gas turbine 8 thus form the components of an operating cycle of the power ⁇ plant 2.
  • the components 4, 6, 8 are not shown here fluid lines of the operating circuit in itself known manner connected.
  • a power plant may be provided which includes only a steam turbine and a boiler as components. It is essential here that the power plant comprises at least two components, and have different operating temperatures below ⁇ Kunststoffliche temperature curves after shutdown.
  • the power plant 2 comprises, in addition to the fluid system of the operating circuit, a line system 10 which is provided for a further circuit within the power plant 2, namely for a control circuit.
  • the component temperature is at least one member ⁇ element one of the components 4, 6 and 8 controlled or Gere ⁇ gel.
  • a fluid flow is provided, which with arrows 11 is indicated.
  • the Flu ⁇ idstrom a Wasserdampfström circulating in the pipe system 10 and thereby provides heat exchange between the components 4, 6,. 8
  • ambient air can also be used as the fluid stream, which in particular is compressed before it is used.
  • control ⁇ is circulation in the conduit system 10 is a closed circuit in which a predetermined amount of water is used steam, without the water steam in the operation of the control circuit completely replace or partially.
  • an open control circuit is used, in which continuously new water vapor is supplied during operation and part of the water vapor used is released. The supply of water vapor can also take place at intervals, with a semi-open control circuit is present.
  • FIG. 1 illustrates the operation of the control circuit at a temporary stoppage of the power plant 2, for example, when the power plant 2 due to a reduced power requirements in the night or on Shut down for the weekend. Since the standstill lasts a few hours or days, it is advantageous that the faster-cooling components 4, 6, 8 are also kept at a high temperature level during the shutdown so that the entire power plant can be started up more quickly at a later time. The existing even at a standstill in the power plant heat is distributed or shifted by means of the fluid flow, so that the faster cooling components 4, 6, 8 are kept at a higher temperature level than a natural cooling.
  • the gas turbine 8 is the component that cools fastest without active heat exchange.
  • the boiler 4 is the
  • the gas turbine 8 forms a heat ⁇ sink and the boiler 4, a heat source within the control ⁇ cycle.
  • the steam turbine 6 and the gas turbine 8 are kept warm by means of the heat present in the boiler 4 during the temporary standstill .
  • the piping system 10 has a conduit 12 leading from the boiler 4, which is branched into two conduits 12a and 12b.
  • the line 12a opens into the steam turbine 6 and the water vapor stream coming from the boiler is regulated in this line 12a by means of a valve 14.
  • the line 12b is also provided with egg ⁇ nem valve 16, wherein at least a portion 16 is supplied to the water vapor from the boiler 4 directly to the gas turbine 8 in the open state of this Ven ⁇ TILs.
  • the water vapor ⁇ stream in the steam turbine 6 is passed via the line 18 from the steam turbine 6 addition.
  • the line 18 is downstream ⁇ also branched into two lines 18 a and 18 b.
  • the line 18a leads into the line 12b, so that in the open feed was of a valve 20 of the water vapor from the steam turbine 6, which has a temperature of several hundred degrees on ⁇ , the Wasserdampfström is supplied in the line 12b and the water vapor mixture in the Gas turbine pumped becomes.
  • the line 18b on the other side opens into a line 22, via which the water vapor cooled in the gas turbine 8 is pumped back to the boiler 4.
  • the water vapor is in this case the heat carrier, which removes heat from the boiler 4 and this the steam turbine 6 and especially the gas turbine 8 supplies.
  • the steam turbine ⁇ bine is adapted to the anticipated at startup steam temperature and the components of the gas turbine 8 are heated even at a standstill, so that a faster and elleli ⁇ ches startup of the power plant 2, compared to a power plant without active temperature control at a standstill, allows ⁇ light is.
  • the power plant 2 is shown in FIG 1, wherein the control circuit is used in the line system 10 to cool the gas turbine 8 and / or the steam turbine 6 during maintenance as quickly as possible to ambient temperature.
  • the control circuit is used in the line system 10 to cool the gas turbine 8 and / or the steam turbine 6 during maintenance as quickly as possible to ambient temperature.
  • a temperature of over 1000 ° C. is established in the gas turbine 8.
  • the boiler 4 with the lowest operating temperature is a heat sink and the gas turbine 8 with the highest prevailing temperature is a heat source.
  • the comparatively cool water vapor from the boiler 4 is pumped via the line 12 and later via its branch 12a of the steam turbine 6. There, the steam cools the components of the steam turbine 6. Subsequently, the heat exchanger is replaced by the heat exchanger with the hot components of the steam turbine. bine 6 heated steam is pumped via the line 18 b in the open state of a valve 24 back to the boiler 4.
  • the line system 10 for active temperature regulation of the components 4, 6, 8 of the power plant 2 is in particular designed such that individual components of the components 4, 6, 8 are heated and cooled independently.
  • the plant 1 shows a low-pressure part of the steam ⁇ turbine 6 kept warm 6 by the heat from the boiler 4, or by a combination of the boiler heat with the heat from a high-pressure part of the steam turbine during the temporary stoppage 2 according.
  • only the hotter high-pressure part of the steam turbine 6 can be actively cooled during the maintenance state.

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Abstract

Zur Verbesserung des Anfahrverhaltens sowie der Stillsetzzeiten eines Kraftwerks (2), welches mehrere Komponenten umfasst, nämlich einen Kessel (4), eine Dampfturbine (6) und wahlweise eine Gasturbine (8) ist ein Verfahren vorgesehen, bei dem bei Stillstand des Kraftwerks (2) die Bauteiltemperatur von zumindest einem Bauteil einer der Komponenten (4, 6, 8) durch Wärmeaustausch mittels eines Fluidstroms (11) gesteuert wird.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftwerks
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftwerks mit mehreren einen Kreislauf bildenden Komponenten, nämlich mit einem Kessel, einer Dampfturbine und wahlweise einer Gasturbine.
Gas- und Dampfturbinenanlagen bzw. Kraftwerke (GUD-Kraftwer- ke) werden häufig als so genannte Mittellastkraftwerke einge¬ setzt. Ein wichtiges Merkmal der Mittellastkraftwerke ist die Startzeit, also die Zeit bis eine definierte Anlagenleistung zur Verfügung steht. Eine kurze Startzeit ist unter anderem deshalb vorteilhaft, weil sie die Möglichkeit der Teilnahme an Regelenergiemärkten wie etwa der Minuten- oder Stundenreserve ermöglicht. Ein an der Minutenreserve teilnehmendes Kraftwerk muss in der Lage sein, nach wenigen Minuten (in Deutschland beispielsweise nach 15 Minuten) eine bestimmte Leistung zu bringen. Bei der Stundenreserve ist die Leistung nach 60 Minuten zu erbringen.
Anfahrzeiten und Stillstandzeiten erfolgen nach Aufwärmung oder Abkühlung der Bauteile, wobei die Aufwärmung oder Abküh- lung für gewöhnlich von der die Bauteile umgebenden Temperatur beeinflusst wird (natürliche Auskühlung) .
Außerdem wird die Stromproduktion während transienter AnIa- genzustände häufig geringer vergütet, als die kontinuierliche Stromproduktion bei der mit dem Netzbetreiber vereinbarten Leistung. Unter transienten Anlagenzuständen sind hierbei solche Zustände zu verstehen, in denen ein Kraftwerk von einem Leistungsniveau auf ein anderes, beispielsweise beim An¬ fahren, überführt wird. Es besteht daher ein Bedarf, die transienten Zustände möglichst kurz zu halten. Auch beim
Stillsetzen, d.h. bei der Abkühlung der Bauteile, zum Beispiel für Inspektionszwecke, ist eine möglichst rasche Abküh- lung gewünscht, die die erforderliche Stillstandzeit mög¬ lichst verringert.
Die Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zur Verbesserung des Anfahrverhaltens sowie der Stillsetzzeiten in einem Kraftwerk insbesondere in einem GUD-Kraftwerk . Eine weitere Aufgabe ist die Angabe einer Vorrichtung, welche sich insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eignet.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Angabe eines Verfahrens zur Steuerung eines Kraftwerks mit mehreren, einen Betriebskreislauf bildenden Komponenten, nämlich mit einem Kessel, einer Dampfturbine und wahlweise einer Gasturbine, wobei bei Stillstand die Bauteil- temperatur von zumindest einem Bauteil einer der Komponenten durch Wärmeaustausch mittels eines Fluidstroms gesteuert wird.
Die Erfindung basiert auf der Überlegung, dass die im Kraft- werk nach Abschalten der Komponenten vorhandene Wärme genutzt werden kann, um gezielt die Bauteiltemperatur der Bauteile der Komponenten bei Stillstand zu regulieren. Als Bauteile der Komponenten oder des Betriebskreislaufs werden hier die einzelnen Bauelemente oder Gruppen von Bauelementen, die funktional miteinander verbunden sind und eine Einheit bil¬ den, bezeichnet. Hierbei wird ein Fluidstrom eingesetzt, der die Wärme von einem Bauteil bzw. einer Komponente des Kraft¬ werks zu einem anderen Bauteil oder einer anderen Komponente transportiert, so dass im Stillstand aktiv mindestens eine der Komponenten auf einem gewünschten Temperaturniveau gehalten wird.
Unter Stillstand ist hierbei die Zeitspanne zu verstehen, in der das Kraftwerk sich im herabgefahrenen Zustand befindet, wobei ein Rotor des Kraftwerks bei niedriger Drehzahl gedreht werden oder komplett still stehen kann. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens ist, dass bei einer aktiven Steuerung der Temperatur der Komponenten oder einiger ihrer Bauteile die Stillsetzung bzw. der Anfahrvorgang der Komponenten nicht länger von den aktuell herrschenden - nicht aktiv beeinflussten - Bauteiltemperaturen abhängig ist. Vielmehr werden diese Bauteiltemperaturen durch aktiven Wärmeaustausch im Stillstand, soweit wie möglich, den entsprechenden betrieblichen Anforderungen zu einem verbesserten Stillsetzungs- oder Anfahrverhalten des Kraftwerks angepasst.
Um eine effiziente Steuerung der Bauteiltemperatur zu ermöglichen, wird der Wärmeaustausch mittels eines zusätzlichen Steuerkreislaufs für den Fluidstrom durchgeführt. Der Steuer¬ kreislauf unterscheidet sich vom Betriebskreislauf des Kraft- werks und ist durch gesonderte Leitungen und Stellelemente gekennzeichnet. Ein von dem Betriebskreislauf getrennter Kreislauf lässt sich besonders einfach ansteuern.
Im Hinblick auf eine besonders wirtschaftliche Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zu temperierenden Kraftwerks-Kompo¬ nenten Wärmequellen und Wärmesenken im Steuerkreislauf bilden und deren Temperatur bevorzugt durch Wärmeaustausch untereinander reguliert wird. Hierbei erfolgt mit Hilfe des Fluidstroms eine Wärmeverschiebung innerhalb des Kraftwerks, wobei die Wärme einer Komponente genutzt werden kann, um zu¬ mindest ein Bauteil einer weiteren Komponente im Stillstand des Kraftwerks zu erwärmen. Gleichzeitig kann das Verfahren zur Steuerung des Kraftwerks eingesetzt werden, um eine Kom¬ ponente zu kühlen, wenn mindestens eine weitere Komponente sich auf einem niedrigeren Temperaturniveau befindet und die Wärme der heißeren Komponente aufnehmen kann. Dies erfolgt durch eine passende Ansteuerung der Strömungsrichtung des Fluidstroms, wobei der letztere die Wärme der heißeren Kom¬ ponente abtransportiert und diese Wärme in die kältere Kompo- nente entlädt. Hierbei reicht es, wenn nur zwei Komponenten des Kraftwerks, die sich auf unterschiedlichen Temperaturniveaus befinden, an den Steuerkreislauf angeschlossen sind. Es können aber auch mehrere Komponenten sowie externe Wärme¬ quellen oder Wärmesenken vorgesehen sein.
Bezüglich des Stillstands des Kraftwerks ist es sinnvoll, zwischen zwei Arten von Stillstandszuständen zu unterscheiden. Die erste Art sind die kurzzeitigen Stillstände. Solche Zustände, die häufig aufgrund eines reduzierten Stromver¬ brauchs in der Nacht oder am Wochenende vorkommen, werden nachfolgend als vorübergehender Stillstand bezeichnet. Ande- rerseits wird das Kraftwerk in vorgegebenen Zeitabständen oder gegebenenfalls bei einem Betriebsausfall herunterge¬ fahren, um Reparatur- und Wartungsarbeiten durchzuführen. Bei einem solchen Wartungszustand des Kraftwerks muss die zu wartende oder zu reparierende Komponente bis zur Umgebungs- temperatur abkühlen, damit die Arbeit durchgeführt werden kann. Ausgehend von diesen Kenntnissen wird gemäß einer bevorzugten Variante der Fluidstrom während eines vorüberge¬ henden Stillstands zur Erhaltung einer hohen Temperatur mindestens einer der Komponenten eingesetzt, um danach einen beschleunigten Anfahrvorgang realisieren zu können. Gemäß einer weiteren bevorzugten Variante wird der Fluidstrom während eines Wartungszustand des Kraftwerks zur möglichst rapiden Abkühlung mindestens einer der Komponenten eingesetzt, um die Stillstandzeit für Reparaturen um die sonst übliche Abkühl- zeit zu reduzieren.
Eine besonders effiziente Wärmeverschiebung, bei der der Auf¬ wand zum Kühlen bzw. Erwärmen der Bauteile besonders gering ist, ist gegeben, wenn bevorzugt die Bauteile unabhängig von- einander erwärmt oder abgekühlt werden. Ziel hierbei ist es, die Bauteile der Komponenten auf einem homogenen Temperaturniveau zu halten. Z.B. werden der Rotor und das Gehäuse der Gasturbine auf etwa dem gleichen Temperaturniveau gehalten, d.h. das Gehäuse muss durch die aktive Temperierung warm gehalten werden, da das Gehäuse üblicherweise schneller ab¬ kühlt. Weiterhin ist es möglich, dass Wärme nur von bestimmten Bereichen der Komponenten angezapft wird: Beispielsweise könnte nach dem Abschalten des Kraftwerks nur die im Hoch- druckteil der Dampfturbine vorhandene Wärme genutzt werden, um bei Stillstand des Kraftwerks ein relativ hohes Tempera¬ turniveau der Gasturbine aufrecht zu erhalten.
Vorteilhafterweise wird der Wärmeaustausch zwischen den Komponenten mittels eines Wasserdampfs durchgeführt. Wasserdampf weist eine Reihe von Vorteilen bei seinem Einsatz als Wärme tragenden Fluidstrom auf: Wasser ist preisgünstig, umwelt¬ freundlich und leicht zu handhaben.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform wird der Wärmetausch zwischen den Komponenten mittels Luft durchgeführt. Luft ist ebenfalls ein preisgünstiger Wärmeträger, der in großen Mengen vorhanden ist. Zudem verursacht Luft keine Korrosions- probleme an der zu temperierenden Komponente.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird zum Wärmeaustausch ein offenes System verwendet. Bei einem offenen Kreislauf werden kontinuierlich neue Mengen an Wärmeträgern herangezo- gen, die nach dem Durchströmen des Steuerkreislaufs und nach einer eventuellen Abkühlung freigesetzt werden.
Vorzugsweise wird zum Wärmeaustausch ein geschlossenes System verwendet, bei dem immer dieselbe Menge an Wärmeträger im Steuerkreislauf zirkuliert.
Es kann außerdem ein halb offenes System eingesetzt werden, bei dem diskontinuierlich ein Teil des Wärmeträgers freigesetzt und neue Mengen an Wärmeträger zugeführt werden.
Die auf die Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsge¬ mäß gelöst durch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftwerks mit mehreren einen Betriebskreislauf bildenden Kompo¬ nenten, nämlich mit einem Kessel, einer Dampfturbine und wahlweise einer Gasturbine, wobei bei Stillstand zumindest zwei der Komponenten zum Wärmeaustausch untereinander über eine Leitung verbunden sind. Die im Hinblick auf das Verfah- ren aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen lassen sich sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen.
Bei der Ausgestaltung mit der Gasturbine ist diese nach einer bevorzugten Weiterbildung zum Wärmeaustausch mit dem Kessel über eine erste Leitung verbunden, die Dampfturbine ist zum Austausch mit dem Kessel über eine zweite Leitung verbunden und die Gasturbine ist zum Austausch mit der Dampfturbine über eine dritte Leitung verbunden. Hierbei ist ein internes Leitungssystem gebildet, über das jede der Komponenten mit den beiden weiteren Komponenten strömungstechnisch verbunden ist. Die Leitungen und die dazugehörigen Stellelemente sind insbesondere derart ausgebildet, dass der Fluidstrom entlang jeder der Leitungen in beiden Richtungen strömen kann.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
FIG 1 den schematischen Aufbau eines Leitungssystems ei- nes Kraftwerks bei einem vorübergehenden Stillstand des Kraftwerks und
FIG 2 den schematischen Aufbau des Leitungssystems des Kraftwerks gemäß FIG 1 während eines Wartungszu¬ stands des Kraftwerks.
In den Figuren sind gleich wirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In FIG 1 ist schematisch ein Kraftwerk 2 gezeigt, welches ei- nen Kessel 4, eine Dampfturbine 6 und in diesem Ausführungs¬ beispiel eine Gasturbine 8 umfasst. Somit ist das Kraftwerk 2 nach Art eines GUD-Kraftwerks gebaut, bei dem die Abhitze der Gasturbine 8 benutzt wird, um im Kessel 4 Wasserdampf zu er¬ zeugen, mit dessen Hilfe die Dampfturbine 6 angetrieben wird. Der Kessel 4, die Dampfturbine 6 und die Gasturbine 8 bilden somit die Komponenten eines Betriebskreislaufes des Kraft¬ werks 2. Hierzu sind die Komponenten 4, 6, 8 über hier nicht dargestellte Fluidleitungen des Betriebskreislaufs in an sich bekannter Weise verbunden. Anstelle eines GUD-Kraftwerks kann auch ein Kraftwerk vorgesehen sein, das nur eine Dampfturbine und einen Kessel als Komponenten umfasst. Wesentlich hierbei ist, dass das Kraftwerk mindestens zwei Komponenten umfasst, die im Betrieb unterschiedliche Temperaturen bzw. unter¬ schiedliche Temperaturverläufe nach dem Abschalten aufweisen.
Das Kraftwerk 2 umfasst zusätzlich zu dem Fluidsystem des Betriebskreislaufs ein Leitungssystem 10, das für einen weite- ren Kreislauf innerhalb des Kraftwerks 2, nämlich für einen Steuerkreislauf vorgesehen ist. Mit Hilfe des Steuerkreis¬ laufs wird die Bauteiltemperatur von zumindest einem Bauteil¬ element einer der Komponenten 4, 6 und 8 gesteuert oder gere¬ gelt. Zum Temperieren der Komponenten 4, 6, 8 oder einiger ihrer Bauteile ist ein Fluidstrom vorgesehen, der mit Pfeilen 11 angedeutet ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Flu¬ idstrom ein Wasserdampfström, der im Leitungssystem 10 zirkuliert und dabei für Wärmeaustausch zwischen den Komponenten 4, 6, 8 sorgt. Anstelle von Wasserdampf kann als FIu- idstrom auch Umgebungsluft verwendet werden, die insbesondere vor ihrem Einsatz komprimiert wird.
In dem in FIG 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Steuer¬ kreislauf im Leitungssystem 10 ein geschlossener Kreislauf, bei dem eine vorgegebene Menge an Wasserdampf eingesetzt wird, ohne den Wasserdampf im Betrieb des Steuerkreislaufs vollständig oder teilweise auszutauschen. Möglich ist jedoch auch, dass ein offener Steuerkreislauf herangezogen wird, bei dem im Betrieb kontinuierlich neuer Wasserdampf zugeführt wird und ein Teil des verwendeten Wasserdampfes freigesetzt wird. Die Zuführung von Wasserdampf kann auch in Zeitabständen erfolgen, wobei ein halb offener Steuerkreislauf vorliegt .
Das in FIG 1 gezeigte Ausführungsbeispiel stellt den Betrieb des Steuerkreislaufes bei einem vorübergehenden Stillstand des Kraftwerks 2 dar, beispielsweise wenn das Kraftwerk 2 aufgrund eines reduzierten Strombedarfs in der Nacht oder am Wochenende heruntergefahren wird. Da der Stillstand wenige Stunden oder Tage dauert, ist es vorteilhaft, dass die schneller abkühlenden Komponenten 4,6,8 auch während der Stillsetzung auf einem hohen Temperaturniveau gehalten wer- den, damit zu einem späteren Zeitpunkt das gesamte Kraftwerk schneller angefahren werden kann. Dabei wird die auch im Stillstand im Kraftwerk vorhandene Wärme mittels des Fluidstroms verteilt bzw. verschoben, so dass die schneller abkühlenden Komponenten 4, 6, 8 auf einem höheren Temperaturniveau als bei einer natürlichen Abkühlung gehalten werden .
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Gasturbine 8 die Komponente dar, die ohne einen aktiven Wärmeaustausch am schnellsten abkühlt. Gleichzeitig stellt der Kessel 4 die
Komponente dar, die im Stillstand des Kraftwerks 2 am lang¬ samsten abkühlt. Somit bildet die Gasturbine 8 eine Wärme¬ senke und der Kessel 4 eine Wärmequelle innerhalb des Steuer¬ kreislaufs. Für ein schnelleres Anfahren des Kraftwerks 2 werden die Dampfturbine 6 und die Gasturbine 8 mittels der im Kessel 4 vorhanden Wärme während des vorübergehenden Still¬ stands warm gehalten. Um dies zu erreichen, weist das Leitungssystem 10 eine aus dem Kessel 4 führende Leitung 12 auf, die in zwei Leitungen 12a und 12b verzweigt wird. Die Lei- tung 12a mündet in die Dampfturbine 6 und der aus dem Kessel kommende Wasserdampfström wird in dieser Leitung 12a mittels eines Ventils 14 reguliert. Die Leitung 12b ist auch mit ei¬ nem Ventil 16 versehen, wobei im offenen Zustand dieses Ven¬ tils 16 mindestens ein Teil des Wasserdampfes aus dem Kessel 4 direkt der Gasturbine 8 zugeführt wird. Der Wasserdampf¬ strom in der Dampfturbine 6 wird über die Leitung 18 aus der Dampfturbine 6 hinaus geleitet. Die Leitung 18 ist stromab¬ wärts ebenfalls in zwei Leitungen 18a und 18b verzweigt. Die Leitung 18a mündet in die Leitung 12b, so dass im offenen Zu- stand eines Ventils 20 der Wasserdampf aus der Dampfturbine 6, der eine Temperatur von einigen hundert Grad auf¬ weist, dem Wasserdampfström in der Leitung 12b zugespeist wird und das Wasserdampfgemisch in die Gasturbine gepumpt wird. Die Leitung 18b auf der anderen Seite, mündet in eine Leitung 22, über die der in der Gasturbine 8 gekühlte Wasserdampf wieder zum Kessel 4 gepumpt wird.
Der Wasserdampf stellt hierbei den Wärmeträger dar, der Wärme vom Kessel 4 abtransportiert und diese der Dampfturbine 6 und vor allem der Gasturbine 8 zuführt. Somit wird die Dampftur¬ bine an die beim Anfahrvorgang zu erwartende Dampftemperatur angepasst und die Bauteile der Gasturbine 8 werden auch im Stillstand erwärmt, so dass ein schnelleres und wirtschaftli¬ ches Anfahren des Kraftwerks 2, im Vergleich zu einem Kraftwerk ohne aktive Temperaturregulierung im Stillstand, ermög¬ licht ist.
In FIG 2 ist das Kraftwerk 2 gemäß FIG 1 gezeigt, wobei der Steuerkreislauf im Leitungssystem 10 eingesetzt wird, um die Gasturbine 8 und/oder die Dampfturbine 6 während eines Wartungszustands möglichst schnell auf Umgebungstemperatur zu kühlen. Im Betrieb des Kraftwerks 2 stellt sich in der Gasturbine 8 eine Temperatur von über 10000C ein.
Gleichzeitig herrschen im Kessel 4 und in der Dampfturbine 6 Temperaturen im Bereich unter 10000C. Unmittelbar nach dem Abschalten des Kraftwerks 2 ist somit die Gasturbine 8 auf einem viel höheren Temperaturniveau als der Kessel 4 und die Dampfturbine 6. Ein durch den Kessel 4 und die Dampfturbine 6 strömender Wasserdampf kann daher eingesetzt werden, um die Temperatur in der Gasturbine 8 auf das Niveau der weiteren Komponenten 4,6 zu bringen und somit die Gasturbine 8 zu kühlen .
In diesem Fall stellt der Kessel 4 mit der niedrigsten Betriebstemperatur eine Wärmesenke und die Gasturbine 8 mit der größten herrschenden Temperatur eine Wärmequelle dar. Der vergleichsweise kühle Wasserdampf aus dem Kessel 4 wird über die Leitung 12 und später über ihre Abzweigung 12a der Dampfturbine 6 gepumpt. Dort kühlt der Wasserdampf die Bauteile der Dampfturbine 6 ab. Anschließend wird der nunmehr durch den Wärmeaustausch mit den heißen Bauteilen der Dampftur- bine 6 erwärmte Wasserdampf über die Leitung 18b im offenen Zustand eines Ventils 24 wieder zum Kessel 4 gepumpt.
Gleichzeitig wird Wasserdampf aus dem Kessel 4 entlang der Leitung 12b über das Ventil 16 der Gasturbine 8 zugeführt, wo er die Bauteile der Gasturbine 8 kühlt. Der nunmehr ebenfalls durch Wärmeaustausch erhitzte Wasserdampf wird über die Leitung 22 zurück zum Kessel 4 geführt. Durch eine derartige ak¬ tive Kühlung der Dampfturbine 6 sowie der Gasturbine 8 können diese in relativ kurzen Zeiten stillgesetzt werden, damit die erforderlichen Inspektionen schneller durchgeführt werden.
Das Leitungssystem 10 für eine aktive Temperaturregulierung der Komponenten 4, 6, 8 des Kraftwerks 2 ist insbesondere derart ausgebildet, dass einzelne Bauteile der Komponenten 4, 6, 8 unabhängig voneinander erwärmt und abgekühlt werden. Beispielsweise wird während des vorübergehenden Stillstands des Kraftwerks 2 gemäß FIG 1 ein Niederdruckteil der Dampf¬ turbine 6 durch die Wärme aus dem Kessel 4 oder durch eine Kombination der Kesselwärme mit der Wärme aus einem Hochdruckteil der Dampfturbine 6 warm gehalten. Zudem kann nach dem gleichen Prinzip lediglich der heißere Hochdruckteil der Dampfturbine 6 während des Wartungszustands aktiv gekühlt werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Steuerung eines Kraftwerks (2) mit mehreren einen Betriebskreislauf bildenden Komponenten, nämlich mit einem Kessel (4), einer Dampfturbine (6) und wahlweise einer Gasturbine (8), dadurch gekennzeichnet, dass bei Stillstand die Bauteiltem¬ peratur von zumindest einem Bauteil einer der Komponenten (4, 6, 8) durch Wärmeaustausch mittels eines Fluidstroms (11) ge- steuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch mittels ei¬ nes zusätzlichen Steuerkreislaufs für den Fluidstrom (11) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponenten (4, 6, 8) Wär¬ mequellen und Wärmesenken im Steuerkreislauf bilden und deren Temperatur durch Wärmeaustausch untereinander reguliert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines vorübergehenden Stillstands des Kraftwerks (2) der Fluidstrom (11) zur Erhal- tung einer hohen Temperatur mindestens einer der Komponenten (4, 6, 8) eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Wartungszustands des Kraftwerks (2) der Fluidstrom (11) zur möglichst rapiden Abkühlung mindestens einer der Komponenten (4, 6, 8) eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile der Komponenten (4, 6, 8) unabhängig voneinander erwärmt und abgekühlt werden .
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen den Komponenten (4, 6, 8) mittels eines Wasser-Dampfkreis- laufs durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustausch zwischen den Komponenten (4, 6, 8) mittels Luft durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wärmeaustausch ein offenes System verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wärmeaustausch ein geschlossenes System verwendet wird.
11. Vorrichtung zur Steuerung eines Kraftwerks (2) mit mehreren einen Betriebskreislauf bildenden Komponenten, nämlich mit einem Kessel (4), einer Dampfturbine (6) und wahlweise einer Gasturbine (8), dadurch gekennzeichnet, dass bei Stillstand zumindest zwei der Komponenten (4, 6, 8) zum Wärmeaustausch untereinender über eine Leitung (12, 12a, 12b) verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftwerk (2) eine Gastur¬ bine (8) umfasst und die Gasturbine (8) zum Wärmeaustausch mit dem Kessel (4) über eine erste Leitung (12, 12b) verbun- den ist, die Dampfturbine (6) zum Wärmeaustausch mit dem Kes¬ sel (4) über eine zweite Leitung (12, 12a) verbunden ist und die Gasturbine (8) mit der Dampfturbine (6) zum Wärmeaus¬ tausch über eine dritte Leitung (18, 12b) verbunden ist.
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