EP2034137A1 - Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage sowie dafür ausgelegte Gas- und Dampfturbinenanlage - Google Patents

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EP2034137A1
EP2034137A1 EP07002014A EP07002014A EP2034137A1 EP 2034137 A1 EP2034137 A1 EP 2034137A1 EP 07002014 A EP07002014 A EP 07002014A EP 07002014 A EP07002014 A EP 07002014A EP 2034137 A1 EP2034137 A1 EP 2034137A1
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EP
European Patent Office
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steam
gas
downpipes
pressure
evaporator
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP07002014A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan BRÜCKNER
Rudolf Hess
Erich Schmid
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to RU2009132482/06A priority patent/RU2467250C2/ru
Priority to CN2008800034956A priority patent/CN101595279B/zh
Priority to EP08828009.4A priority patent/EP2126291B1/de
Priority to PL08828009.4T priority patent/PL2126291T3/pl
Priority to US12/524,872 priority patent/US9429045B2/en
Priority to PCT/EP2008/050954 priority patent/WO2009024358A2/de
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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • F01K23/108—Regulating means specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a gas and steam turbine plant in which the flue gas emerging from a gas turbine is passed through a heat recovery steam generator and in which a fluid used for driving a steam turbine is guided in a fluid circuit comprising a number of pressure stages, wherein at least one the pressure stages having an evaporator circulation with a steam drum, with a number of downpipes connected to the steam drum and with a number of the downcomers downstream, also connected to the steam drum and heated by the flue gas in the heat recovery steam riser riser.
  • the invention further relates to a gas and steam turbine plant designed for such an operating method.
  • the fluid circuit comprises several, for example three, pressure stages, each with its own evaporator section.
  • a design and design concept for such an evaporator section which has proved its worth because of its comparatively simple structure and its relatively simple operability is based on the natural circulation principle, at least in the area of subcritical vapor pressures. It serves a above the flue gas flow channel of the heat recovery steam generator arranged steam drum, which is sometimes referred to as "top drum", as a reservoir for the condensate or feed water ago her running, optionally preheated by a condensate preheater or economizer condensate or feed water.
  • the sunken water is on a number of parallel connected and bundled to heating surfaces, by the heat contained in the flue gas and / or heated by the radiant heat generated by an additional burner of Abhitzedampfkessels risers distributed, in which the desired evaporation takes place.
  • the heating surfaces formed from the riser tubes can be part of the enclosure wall of the heat recovery steam boiler or in the manner of Schottsammlung inhabit within the of the Surrounding wall enclosed flue gas flow channel may be arranged.
  • the water-vapor mixture produced in the riser pipes by (partial) evaporation of the water rises and finally re-enters the steam drum above the liquid level, whereby the evaporator circulation is closed.
  • the water-steam separation also referred to as phase separation takes place; the water vapor present above the water level under saturated steam conditions is withdrawn via a steam extraction line connected to the top of the steam drum and, if necessary, overheating of its further use, eg. B. for driving a steam turbine supplied.
  • Evaporator stages based on the forced circulation principle have a similar structure, but still have a circulating pump connected in the evaporator loop, which supports or forces the circulation of the water or of the water / steam mixture.
  • the current compliance with the medium pressure drum (MD drum) and low pressure drum (LP drum) levels above the minimum oil level requires complex inlet temperature control for the economizers of the high and medium pressure systems and the condensate preheater.
  • Changes in stationary conditions due to different operating conditions in oil operation result in internal heat shifts in the heat recovery steam generator, which influence the heat absorption of the medium-pressure and low-pressure evaporator.
  • This can, for example, cause fluctuations in the drum water levels of the MD and LP drum and an undesirably high pressure increase in the LP drum.
  • the quantities of water must additionally be superimposed accordingly via the HP and MD economizer bypass valves, which requires increased control effort.
  • the drop in the water level in the low-pressure drum during a quick-closing of the steam turbine is particularly drastic here due to the deliberately induced increase in pressure in the low-pressure system. Contrary to the original orientation of the concept can therefore not be completely dispensed with in practice on a Niederbuchumleitstation that reduces the drop in water level at a quick closing of the steam turbine accordingly.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for operating a gas and steam turbine plant of the type mentioned, which is particularly flexible adaptable to various operating conditions of the system with high reliability and high operational safety, and a particularly cost-effective design of the components respective evaporator circulation possible. Furthermore, a suitable for carrying out the process gas and steam turbine plant should be specified.
  • the object is achieved by monitoring the height of the liquid column formed by the flow medium in the downpipes connected to the steam drum.
  • the invention is based on the consideration that, due to the advances recently achieved in the material technology and material development for evaporator heating pipes contrary to the hitherto held in the professional world view interpretation of a gas and steam turbine both in technical Considerable as well as under the given economic constraints in practice is competitive, in which at least temporarily during special operating conditions, a partial or complete dry operation of an evaporator circulation, that is a drop in the liquid level in the downpipes below the level of the steam drum tolerated.
  • a metrological detection of the level height of the liquid column formed by the liquid flow medium within the downpipes of the evaporator circulation is provided.
  • the measuring device not only provides information as to whether the liquid level is actually dropping below a minimum level in the steam drum or below the level of the downpipe connections, but quantifies this state even more closely by detecting at least one further height level or a plurality of discrete height measuring points within the downpipe monitors and metrologically dissolves.
  • a continuous or quasi-continuous measurement of the level height can be provided in the downpipe, expediently with the arranged at the lower end of the manifold manifold as a reference point.
  • the temperature of the flue gas is also monitored in the riser, wherein in an operating condition with a lying below the connection to the steam drum liquid level in the downcomers a safety measure is initiated as soon as the temperature of the flue gas in the downstream of the downcomers risers exceeds a predetermined limit.
  • a cascade of staggered limit values can also be defined, whereby, when a first limit value is exceeded, a relatively "mild" countermeasure is initially introduced, but increasingly more drastic countermeasures upon further increase in temperature.
  • the respective temperature limit value is determined as a function of the liquid level in the downpipes determined by measurement, so that the cooling influence of the remaining amount of the fluid flowing through the downstream riser pipes and taken into account appropriately takes into account when deciding on the type and timing of initiation of safety measures can be.
  • a first, relatively mild safety measure is preferably to open a bypass line of a condensate preheater upstream of the evaporator circuit or feedwater preheater on the flue gas side in order to generally exceed the permissible flue gas temperatures during various load change states, in particular when the gas and steam turbine system is started or stopped prevent evaporators concerned. If the regular operation is then resumed and steam is again generated in the relevant evaporator stage, then the respective evaporator system is filled with hot water from the upstream economizer (in the MD evaporator) or from the condensate preheater (in the LP evaporator). By deliberately closing the cold condensate preheater bypass or the economizer bypass, the respective heating temperature is increased and steam production reintroduced.
  • the opening of the condensate preheater bypass line or the bypass line of the MD economizer in the standard case that, as in DE 100 04 187 C1 described, the HD evaporator flue gas side of the MD evaporator and this in turn upstream of the LP evaporator, to the advantageous side effect that now the evaporator circulation of the HD stage is supplied with comparatively cooler feed water, so that the flue gas of the gas turbine already in the Entry area of the heat recovery steam generator comparatively much heat is withdrawn.
  • the temperature load in the area of the MD and LP heating surfaces which is in any case moderate in comparison to the high pressure stage, is thereby reduced particularly quickly and effectively when required. Especially with such an effective, if necessary activatable safety measure, a temporary drying of the MD and / or LP evaporator circulation can therefore be tolerated particularly well.
  • both the height of the liquid column in the downcomers of the MD and / or the LP evaporator and the respective flue gas temperature are monitored, wherein a possible overload state of the two pressure levels based on the two associated parameters fill level and flue gas temperature derived at the installation of the heating surfaces becomes.
  • both the spatially varying heating profile and possibly a different choice of material and temperature design for the various evaporator circuits are expediently taken into account.
  • Another, more drastic security measure may be to initiate a power reduction or an emergency shutdown of the gas turbine or, for. B. by pressing a bypass valve, passing the flue gas leaving the gas turbine at least partially on the heat recovery steam generator.
  • the object mentioned above is achieved by a gas and steam turbine plant, in which a level measuring device for measuring the height of the fluid column formed by the flow medium in the connected to the steam drum downcomers signal output side with a monitoring and control device for the gas and Steam turbine plant is connected.
  • the monitoring and control device is further connected on the signal input side to a temperature measuring device monitoring the temperature of the flue gas in the region of the riser tubes and configured to introduce a safety measure in an operating condition with a below the connection to the steam drum liquid level in the downpipes, as soon as temperature measured by the temperature measuring device exceeds a predetermined limit.
  • the advantages achieved by the invention are, in particular, that it is made possible by the consistent design of the system architecture and the associated hedging and monitoring systems, in a gas and steam turbine plant with a heat recovery steam generator, if necessary, based on the natural circulation principle evaporator system, in particular the MD and / or the LP evaporator system to operate safely at a water level far below the currently set minimum water level or even to drive the heating surfaces dry without having to stop the operation of the heat recovery steam generator or the gas turbine.
  • an adjustment of flexible minimum water levels in the respective evaporator circulation depending on certain modes without loss of security is possible.
  • the inventive concept allows a more cost-effective design and construction of production costs usually particularly costly components of the evaporator system, since in particular the MD and LP steam drums can be made more compact than previously necessary. This is especially in the context of the above-mentioned operation "Sleeping Mode" in the absence of Niederbuchumleitstation for the LP evaporator of relevance, since the otherwise required for carrying out this mode drum enlargement now be correspondingly lower or even eliminated altogether.
  • the control engineering effort to comply with the Kondensatvorowskir- and economizer inlet temperatures in oil operation is lower than before.
  • the concept presented here can also be used in gas and steam turbine plants with evaporator stages based on the forced circulation principle.
  • the gas and steam turbine 1 according to FIG. 1 includes a gas turbine plant 1a and a steam turbine plant 1b.
  • the gas turbine plant 1a comprises a gas turbine 2 with a coupled air compressor 4 and a combustion chamber 6 upstream of the gas turbine 2 in which fuel B is burned while supplying compressed air from the air compressor 4 to the working medium or fuel gas A for the gas turbine 2.
  • the gas turbine 2 and the air compressor 4 and a generator 8 are seated on a common turbine shaft 10.
  • the steam turbine installation 1 b comprises a steam turbine 12 with a coupled generator 14 and a condenser 18 connected downstream of the steam turbine 12 and a waste heat steam generator 20 in a water circuit 16 designed as a water-steam circuit.
  • the steam turbine 12 has a first pressure stage or a high-pressure component 12 a and a second pressure stage or a medium-pressure part 12b and a third pressure stage or a low-pressure part 12c, which drive the generator 14 via a common turbine shaft 22.
  • an exhaust pipe 24 to the heat recovery steam generator 20 is connected on the input side.
  • the expanded flue gas R from the gas turbine 2 leaves the heat recovery steam generator 20 on the output side in the direction of a fireplace, not shown.
  • the heat recovery steam generator 20 comprises, as heating surfaces, a condensate preheater 26, which is fed on the input side with condensate K from the condenser 18 via a condensate line 28, into which a condensate pump 30 is connected.
  • the condensate preheater 26 is guided on the output side to the suction side of a feedwater pump 34.
  • a bypass line 36 For bypassing the condensate preheater 26 as required, it is bridged with a bypass line 36 into which a motor-actuated valve 38 is connected.
  • the feedwater pump 34 is formed in the embodiment as a high-pressure feed pump with medium pressure extraction. It brings the condensate K to a pressure level suitable for a high-pressure stage 40 of the fluid circuit 16 assigned to the high-pressure part 12 a of the steam turbine 12.
  • the guided through the feedwater pump condensate K, which is referred to as the feed water S on the pressure side of the feedwater pump 34 is supplied to a feedwater heater 42 with medium pressure. This is the output side connected to a medium-pressure steam drum 44.
  • the condensate preheater 26 is connected on the output side via a motor-actuatable valve 46 to a low-pressure steam drum 48.
  • the medium-pressure steam drum 44 is connected to a medium pressure evaporator 50 arranged in the heat recovery steam generator 20 to form a medium pressure evaporator circulation 52.
  • the evaporator circuit 52 includes a number of in FIG. 1 indicated only schematically, outside of the heated flue gas R flow channel of the heat recovery steam generator 20 extending downcomers 54 which are connected at their upper end respectively to the bottom of the steam drum 44 and open at its lower end in a distributor collector not shown here.
  • a medium-pressure superheater 58 is connected to the medium-pressure steam drum 44 and is connected on the output side to an exhaust steam line 62 connecting the high-pressure part 12a on the output side to an intermediate superheater 60.
  • the reheater 60 is connected on the output side via a steam line 64, into which a motor-actuatable valve 66 is connected, to the central-pressure part 12b of the steam turbine 12.
  • High-pressure side the feedwater pump 34 via a first high-pressure economizer 68 and a feed water side downstream and within the heat recovery steam generator 20 upstream flue gas second high pressure economizer 70 is guided to a high pressure steam drum 72.
  • the high pressure steam drum 72 is in turn connected to a high pressure evaporator 74 disposed in the waste heat steam generator 20 to form an evaporator circuit 80 comprising a number of downcomers 76 and risers 78.
  • the high-pressure steam drum 72 is connected to a high-pressure superheater 82 arranged in the heat recovery steam generator 20, which is connected on the output side to the high-pressure part 12a of the steam turbine 12 via a live steam line 84 to a motor-actuated valve 86.
  • the first high-pressure economizer 68 is also bridged with a bypass line 88, into which in turn a motor-operated valve 90 is connected.
  • the low-pressure evaporator circuit 94 Analogous to the high-pressure evaporator circuit 80 and the medium-pressure evaporator circuit 52, the low-pressure evaporator circuit 94 consists of a number of connected to the steam drum 48 downcomers 102 and a number of these downstream of the flow side risers 104 together. On the output side, the low-pressure superheater 98 is connected to the inlet of the low-pressure part 12 c of the steam turbine 12 via a steam line 106 into which a motor-actuated valve 108 is connected.
  • the live steam line 84 connecting the high-pressure superheater 82 to the high-pressure part 12a is connected directly to the condenser 18 via a steam line 110 into which a motor-actuated valve 112 is connected.
  • the steam line 110 serving as high-pressure bypass is connected in the flow direction of the live steam F upstream of the valve 86 to the main steam line 84.
  • the gas and steam turbine plant 1 is designed such that the level of liquid fluid in the downpipes 54, 102 of the medium-pressure evaporator circuit 52 and the low pressure Evaporator circuit 94 may at least temporarily drop below the level of the connection to the respective steam drum 44, 48, if necessary, up to a complete dry operation of the evaporator circuit 52 and 94, respectively.
  • the tube wall material of the downpipes 54, 102 downstream of the flow side, by contact with the flue gas R convectively heated risers 56, 104 are each selected with respect to its temperature resistance such that its temperature limit above that in this area the heat recovery steam generator 20 is normally present or maximum expected temperature of the flue gas R.
  • the riser pipes 56 of the medium-pressure evaporator 50 are designed for a continuous temperature resistance of about 400 ° C.
  • the medium-pressure steam drum 44 and the low-pressure steam drum 48 can be built very compact, since the date each to compensate for different steam production rates and to ensure a continuous feeding of the risers 56, 104 with fluid vortexe liquid volume may be relatively small.
  • the gas and steam turbine plant 1 with a specific equipped for monitoring and control of such operating conditions designed monitoring and control system.
  • the medium-pressure evaporator circulation 52 and the low-pressure evaporator circulation 94 are monitored independently of one another in a manner to be described below.
  • the monitoring of the low pressure evaporator circuit 94 is done as follows: In addition to the hitherto customary monitoring of the water level in the low pressure steam drum 48, in FIG. 2 indicated schematically by the double arrow 114, is now a level monitoring provided, which also includes the connected to the low-pressure steam drum 48 downpipes 102, here indicated schematically by the double arrow 116.
  • a fill level measuring device not shown here so measures the reference to the lowest point of the downpipes 102 height of the water column during the normal operation of the gas and steam turbine plant 1 extends into the steam drum 48, while special situations now but also - as described above - can fall below the height level of the upper downpipe connections.
  • the fill level can also be provided to refer the fill level to the downcomer connections, that is to say to the lowest point of the steam drum 48, and to indicate, for example, an overlying level with a positive sign, an underlying level with a negative sign. So if z. For example, if the height of the downcomers 102 is two meters, a level of "minus 1.9 meters" would indicate a potentially imminent complete dry operation.
  • the so measured level of liquid flow medium in the downpipes 102 of the low-pressure evaporator circuit 94 is transmitted to a central evaluation unit, not shown here, a monitoring and control device for the combined cycle power plant 1.
  • a further input variable for the monitoring is the temperature T 1 of the flue gas R prevailing in the region of the riser tubes 104, which in accordance with FIG. 2 by a seen in the flow direction of the flue gas R just before the risers 104 in the heat recovery steam generator 20 arranged, here only schematically indicated temperature measuring device 118 and its temperature sensor is detected.
  • the monitoring and control device is configured or programmed to initiate a safety measure at least in an operating condition with a liquid level in the downcomers 102 below the connection to the steam drum 48 as soon as the temperature T 1 measured by the temperature measurement device 118 reaches a predetermined limit exceeds.
  • This limit value can be predetermined in particular depending on the liquid level in the downpipes 102.
  • the temperature input limit for the risers 104 of the low-pressure evaporator circuit 94 at 300 C may be set at about half height with water-filled downpipes 102, a first limit at 290 ° C, in the first in the bypass line 36 of the Kondensatvor lockerrs 26 lying valve 38 is opened.
  • this first limit is suitably set correspondingly lower, z. At about 270 ° C.
  • the opening of the valve 38 causes the condensate K on the suction side of the feedwater pump 34 has a mixing temperature T M , which adjusts due to the at least partial recirculation of the condensate preheater 26.
  • This mixed temperature T M is smaller than the condensate temperature T K "with completely flowed, ie not flow around condensate 26.
  • a mixing temperature T M which is smaller than the temperature T K " des During operation of the steam turbine 12 the condensate preheater 26 leaving condensate K.
  • the temperature load for the risers 104 of the low-pressure stage 100 is greatly reduced and at the same time the water level in the low-pressure steam drum 48 and in the downpipes connected to it 102 increases again, so that potentially dangerous operating conditions due to the temporary dry operation of the low pressure evaporator circulation 94 can be actively and effectively counteracted if necessary.
  • the temperature T 1 of the flue gas R in the region of the low-pressure evaporator 96 continue to increase and a second limit of z. B. 320 ° C in half filled with water downpipes 102 or z. B. exceed 300 ° C in dry operation, then initiates the monitoring and control device for the combined cycle power plant 1 further security measures, eg. B. an emergency shutdown of the gas turbine plant 1a.
  • a level measuring device for measuring the height of the fluid column formed by the flow medium in the connected to the steam drum 44 downcomers 54 and on the other hand arranged in the flue gas duct just before the risers 56 temperature measuring device 126 for measuring the in Area of the riser pipes 56 prevailing flue gas temperature T 2 provided.
  • a monitoring and control device connected to the temperature and level sensors is configured to initiate a safety measure in an operating condition with a liquid level in the downcomers 54 below the connection to the medium-pressure steam drum 44 as soon as the measured by the temperature measuring device 126, the flue gas temperature T 2 exceeds a predetermined limit.
  • a first safety measure may be to open the valve 38 in the bypass line 36 for the condensate preheater 26.
  • the valve 90 may be opened in the bypass line 88 for the first high-pressure economizer 68, so that comparatively cooler feed water S is supplied to the second high-pressure economizer 70.
  • the second high pressure economizer 70 therefore removes the pressure in this area of the heat recovery steam generator 20 flowing flue gas R compared to the operation with closed bypass valves 38, 90 in addition heat that the flue gas side downstream medium-pressure heating surfaces and the risers 56 is no longer available.
  • a second, more drastic security measure can in turn consist in an emergency shutdown of the gas turbine plant 1a.
  • Such a bypass operation which is provided in particular when starting or stopping the steam turbine 12 and at a steam turbine short circuit, leads to a diversion of the generated live steam F, bypassing the steam turbine 12 directly into the condenser 18.
  • the valve 86 is closed and the valve 112th open.
  • the condensate preheater 26 is at least partially flowed around by opening the valve 38 located in the bypass line 36.
  • valve 90 is opened in the bypass line 88, so that due to the above-described heat shifts in the heat recovery steam generator 20, the production of low-pressure steam and optionally also throttled by medium-pressure steam or even brought to a complete halt.
  • high-pressure steam or live steam F is generated, which is, however, introduced directly into the condenser 18 via the vapor line 12 bypassing steam line 110.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage (1), bei dem das aus einer Gasturbine (2) austretende Rauchgas (R) über einen Abhitze-Dampferzeuger (20) geführt wird und bei dem ein zum Antrieb einer Dampfturbine (12) verwendetes Strömungsmittel in einem eine Anzahl von Druckstufen (40, 92, 100) umfassenden Strömungsmittelkreislauf (16) geführt wird, wobei mindestens eine der Druckstufen (100) einen Verdampferumlauf (94) mit einer Dampftrommel (48), mit einer Anzahl von an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (102) und mit einer Anzahl von den Fallrohren (102) nachgeschalteten, ebenfalls an die Dampftrommel (48) angeschlossenen und durch das Rauchgas (R) im Abhitzedampferzeuger (20) beheizten Steigrohren (104) aufweist. Um bei hoher Zuverlässigkeit und hoher betrieblicher Sicherheit eine besonders flexible Anpassung der Betriebsführung an unterschiedliche Anforderungen vornehmen zu können, und um eine besonders kostengünstige Auslegung der Komponenten des betreffenden Verdampferumlaufs (94) zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß die Höhe der vom Strömungsmedium in den an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (102) gebildeten Flüssigkeitssäule überwacht und somit ein vorübergehender Trockenbetrieb des Verdampferumlaufs (94) detektiert und abgesichert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage, bei dem das aus einer Gasturbine austretende Rauchgas über einen Abhitzedampferzeuger geführt wird und bei dem ein zum Antrieb einer Dampfturbine verwendetes Strömungsmittel in einem eine Anzahl von Druckstufen umfassenden Strömungsmittelkreislauf geführt wird, wobei mindestens eine der Druckstufen einen Verdampferumlauf mit einer Dampftrommel, mit einer Anzahl von an die Dampftrommel angeschlossenen Fallrohren und mit einer Anzahl von den Fallrohren nachgeschalteten, ebenfalls an die Dampftrommel angeschlossenen und durch das Rauchgas im Abhitzedampferzeuger beheizten Steigrohren aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine für ein derartiges Betriebsverfahren ausgelegte Gas- und Dampfturbinenanlage.
  • Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspannten Arbeitsmittel oder Rauchgas aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Verdampfung eines Strömungsmittels, üblicherweise Wasser, genutzt. Der so erzeugte (Wasser-)Dampf wird dann zum Antrieb einer Dampfturbine verwendet. Die Wärmeübertragung erfolgt dabei in einem der Gasturbine rauchgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampfkessel oder Abhitzedampferzeuger, in dem Heizflächen in Form von Rohren oder Rohrbündeln angeordnet sind, in denen das zu verdampfende Strömungsmittel geführt ist. Diese Heizflächen sind üblicherweise Bestandteil eines auch die Dampfturbine und einen ihr strömungsmittelseitig nachgeschalteten Kondensator umfassenden Strömungsmittelkreislaufs, z. B. eines Wasser-Dampf-Kreislaufs, wobei das aus der Dampfturbine austretende entspannte Strömungsmittel nach seiner Kondensation im Kondensator erneut den Heizflächen des Abhitzedampferzeugers zugeleitet wird. Neben den Verdampferheizflächen können im Abhitzedampferzeuger auch noch weitere Heizflächen, insbesondere zur Vorwärmung des Kondensats oder Speisewassers oder zur Überhitzung des erzeugten Dampfes, vorgesehen sein. Des Weiteren kann in den Abhitzedampferzeuger auch eine Zusatzfeuerung, z. B. eine Ölfeuerung, integriert sein, um entweder die Temperatur des Rauchgases über das bei seinem Austritt aus der Gasturbine vorhandene Niveau zu heben, oder um bei abgekoppelter oder stillgelegter Gasturbine dennoch die Dampfproduktion im Abhitzedampfkessel aufrechterhalten zu können (so genannter Ölbetrieb).
  • Üblicherweise umfasst der Strömungsmittelkreislauf mehrere, beispielsweise drei, Druckstufen mit jeweils einem eigenen Verdampferabschnitt. Ein wegen seines vergleichsweise einfach gehaltenen Aufbaus und seiner relativ einfachen Bedienbarkeit bewährtes Konstruktions- und Auslegungskonzept für einen derartigen Verdampferabschnitt beruht - zumindest im Bereich unterkritischer Dampfdrücke - auf dem Naturumlauf-Prinzip. Dabei dient eine oberhalb des Rauchgas-Strömungskanals des Abhitzedampferzeugers angeordnete Dampftrommel, die mitunter auch als "Obertrommel" bezeichnet wird, als Reservoir für das von der Kondensat- oder Speisewasserpumpe her zulaufende, gegebenenfalls durch einen Kondensatvorwärmer oder einen Economizer vorgewärmte Kondensat bzw. Speisewasser. Während des Betriebs sinkt, angetrieben durch sein Eigengewicht bzw. durch den hydrostatischen Druck der Wassersäule, ein Teil des Wasservorrats kontinuierlich durch an den Boden oder Sumpf der Dampftrommel angeschlossene, unbeheizte Fallrohre nach unten. Über einen zwischengeschalteten Verteilersammler, der gelegentlich auch als "Untertrommel" bezeichnet wird, wird das abgesunkene Wasser auf eine Anzahl von parallel geschalteten und zu Heizflächen gebündelten, durch die im Rauchgas enthaltene Wärme und/oder durch die von einem Zusatzbrenner des Abhitzedampfkessels erzeugte Strahlungswärme beheizten Steigrohren verteilt, in denen die gewünschte Verdampfung stattfindet. Die aus den Steigrohren gebildeten Heizflächen können dabei Teil der Umfassungswand des Abhitzedampfkessels oder in der Art von Schottheizflächen innerhalb des von der Umfassungswand umschlossenen Rauchgas-Strömungskanals angeordnet sein.
  • Aufgrund seiner gegenüber dem flüssigen Aggregatzustand verringerten Dichte steigt das in den Steigrohren durch (Teil-) Verdampfung des Wassers erzeugte Wasser-Dampf-Gemisch nach oben und tritt schließlich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels wieder in die Dampftrommel ein, wodurch der Verdampferumlauf geschlossen ist. In der Dampftrommel findet die auch als Phasenseparation bezeichnete Wasser-Dampf-Trennung statt; der oberhalb des Wasserspiegels unter Sattdampfbedingungen vorliegende Wasserdampf wird über eine am Kopf der Dampftrommel angeschlossene Dampfentnahmeleitung entnommen und nach gegebenenfalls erfolgter Überhitzung seiner weiteren Verwendung, z. B. zum Antrieb einer Dampfturbine, zugeführt.
  • Auf dem Zwangsumlaufprinzip beruhende Verdampferstufen sind ähnlich aufgebaut, weisen allerdings noch eine in die Verdampferschleife geschaltete Umwälzpumpe auf, die die Umwälzung des Wasser bzw. des Wasser-Dampf-Gemischs unterstützt oder erzwingt.
  • Aufgrund der begrenzten thermischen Belastbarkeit der üblicherweise verwendeten Rohrwandwerkstoffe für die Heizrohre bzw. Steigrohre ist gemäß dem bisherigen Stand von Wissenschaft und Technik unbedingt sicherzustellen, dass beim Betrieb einer Gas- und Dampfturbinenanlage der oben genannten Art die Steigrohre der jeweiligen Verdampferstufe in allen Betriebszuständen ausreichend mit Strömungsmittel, in der Regel Wasser bzw. Wasser-Dampf-Gemisch, versorgt werden. Ziel ist dabei, eine bestimmte Mindestkühlung der Rohrwände infolge des Wärmeübergangs von der Rohrinnenwandfläche auf das dabei zum Teil verdampfende Strömungsmittel sicherzustellen und somit etwaige Beschädigungen des Verdampferumlaufs und damit einhergehende betriebliche Gefahren zu vermeiden. Anders ausgedrückt: Ein so genannter Trockenbetrieb des Verdampfers oder ein Betrieb mit abgesenktem Wasserstand, bei dem die Flüssigkeitssäule in der Dampftrommel und in den an sie angeschlossenen Fallrohren auf ein Niveau unterhalb des Anschlusses der Fallrohre absinkt oder gar die Fallrohre und die ihnen nachgeschalteten Steigrohre vollständig "trocken gefahren" werden, so dass praktisch gar kein Strömungsmittel mehr hindurchströmt, ist unter allen Umständen zu vermeiden.
  • Derartige Erwägungen liegen auch dem bislang angewandten, international gültigen Regelwerk DIN EN 12952 zugrunde, das gemäß Teil 1 für "Wasserrohrkessel mit einem Volumen von mehr als 2 Liter zur Erzeugung von Dampf und/oder Heißwasser mit einem zulässigen Druck von mehr als 0,5 bar und einer Temperatur von über 110 °C" gilt und das gemäß Teil 7 den zulässigen niedrigsten Wasserstand in der Dampftrommel auf "150 mm über der höchsten beheizten Stelle der Trommel und dem höchsten Anschluss der Fallrohre (Oberkante) an die Kesseltrommel" festlegt. In den im Jahr 2002 in Deutschland eingeführten, international gültigen Nachfolgenormen DIN IEC 61508 und DIN IEC 61511 sind derart detaillierte Vorgaben zwar nicht mehr ausdrücklich enthalten, jedoch sind die darin spezifizierten Sicherheitsanforderungen trotz flexiblerer Rahmenvorgaben im Allgemeinen keineswegs gesunken.
  • Um die Einhaltung der genannten Mindestfüllhöhen von flüssigem Strömungsmittel in der Dampftrommel auch z. B. bei schnellen Lastwechseln des Abhitzedampferzeugers oder etwa bei einer unvorhergesehenen Unterbrechung oder Störabschaltung der Speisewasserzufuhr sicher garantieren zu können und um insbesondere im letztgenannten Fall die im System vorhandene Restwärme auf sichere und materialschonende Weise abführen zu können, wird das Volumen der Dampftrommel und der im Normalbetrieb in ihr vorgehaltenen Menge an Strömungsmittel (Speisewasser) üblicherweise unter Berücksichtigung eines "Sicherheitsaufschlags" vergleichsweise groß dimensioniert. Dies ist jedoch mit einem entsprechend hohem Fertigungsaufwand und somit auch hohen Fertigungskosten verknüpft.
  • Entsprechend der besonderen Relevanz, die der Einhaltung des Mindestwasserstands in der Dampftrommel beigemessen wird, erfolgt bei bestehenden Anlagen weiterhin eine dreifach redundante Messung bzw. Überwachung der auf den Trommelboden oder auf die Oberkante der Fallrohre bezogenen aktuellen Füllstandshöhe, was eine relativ aufwendige Auslegung der zugehörigen sicherheitstechnischen Vorrichtungen bedingt. Sobald eine Zwei-von-drei-Auswahl aus den drei Niveaumessungen ein Abfallen des Wasserstandes unter einen vorbestimmten Grenzwert, z. B. 150 mm gemäß DIN EN 12952, signalisiert, wird über das sicherheitstechnische System eine weitere Zufuhr der heißen Gasturbinen-Abgase in den Abhitzedampferzeuger unterbunden, z. B. durch Schnellabschaltung der Gasturbine, oder indem durch Betätigen einer entsprechenden Klappe die Abgase in einen Bypass-Kamin, d. h. am Abhitzedampferzeuger vorbei, umgeleitet werden. Im Interesse einer möglichst hohen Anlagenverfügbarkeit ist eine derartige Schnellabschaltung jedoch ausgesprochen unerwünscht.
  • Darüber hinaus erfordert die derzeit vorgeschriebene Einhaltung des Wasserstandes der Mitteldruck-Trommel (MD-Trommel) und Niederdruck-Trommel (ND-Trommel) oberhalb des Mindestniveaus bei Ölbetrieb eine komplexe Eintrittstemperaturregelung für die Economizer des Hochdruck- und Mitteldruck-Systems und für den Kondensatvorwärmer. Änderungen stationärer Zustände durch unterschiedliche betriebliche Bedingungen bei Ölbetrieb haben innere Wärmeverschiebungen im Abhitzedampferzeuger zur Folge, die die Wärmeaufnahme des Mitteldruck- und Niederdruck-Verdampfers beeinflussen. Dies kann beispielsweise Schwankungen bei den Trommelwasserständen der MD- und ND-Trommel und einen ungewollt hohen Druckanstieg in der ND-Trommel bewirken. Um diese Schwankungen innerhalb der geforderten Betriebsgrenzen halten zu können, müssen die Wassermengen über die HD- und MD-Economizer-Bypassventile zusätzlich entsprechend überlagert geregelt werden, was einen erhöhten Regelungsaufwand bedingt.
  • Schließlich führt die derzeit geforderte Einhaltung des Mindestwasserstandes in der ND-Dampftrommel gerade bei der vom Grundkonzept her besonders interessanten, in der Patentschrift DE 100 04 178 C1 eingehend erläuterten Fahrweise "Sleeping Mode", bei der z. B. während eines Schnellschlusses der Dampfturbine der in der HD-Stufe erzeugte HD-Dampf über eine Bypassleitung direkt in den Kondensator umgeleitet wird (Umleitbetrieb), während durch eine gezielte Druckverlagerung und eine Verschiebung der Wärmeabgabe und -aufnahme im Abhitzedampferzeuger die Produktion von MD- und ND-Dampf zum Erliegen gebracht werden soll, zu Mehrkosten aufgrund einer vergleichsweise groß zu dimensionierenden ND-Dampftrommel. Der Abfall des Wasserstandes in der ND-Trommel bei einem Schnellschluss der Dampfturbine ist hier nämlich durch den gezielt herbeigeführten Druckanstieg im ND-System besonders drastisch. Entgegen der ursprünglichen Ausrichtung des Konzepts kann daher in der Praxis auf eine Niederdruckumleitstation, die den Abfall des Wasserstandes bei einem Schnellschluss der Dampfturbine entsprechend mindert, nicht vollständig verzichtet werden.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage der eingangs genannten Art anzugeben, das bei hoher Zuverlässigkeit und hoher betrieblicher Sicherheit besonders flexibel an verschiedenartige Betriebszustände der Anlage anpassbar ist, und das eine besonders kostengünstige Auslegung der Komponenten des jeweiligen Verdampferumlaufs ermöglicht. Weiterhin soll eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Gas- und Dampfturbinenanlage angegeben werden.
  • In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Höhe der vom Strömungsmedium in den an die Dampftrommel angeschlossenen Fallrohren gebildeten Flüssigkeitssäule überwacht wird.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass aufgrund der neuerdings in der Werkstofftechnologie und Materialentwicklung für Verdampferheizrohre erzielten Fortschritte entgegen der bislang in der Fachwelt vertretenen Auffassung eine Auslegung einer Gas- und Dampfturbinenanlage sowohl in technischer Hinsicht denkbar als auch unter den gegebenen wirtschaftlichen Randbedingungen in der Praxis konkurrenzfähig ist, bei der zumindest zeitweilig während besonderer Betriebszustände ein teilweiser oder auch vollständiger Trockenbetrieb eines Verdampferumlaufs, sprich ein Abfallen des Flüssigkeitsfüllstands in den Fallrohren unter das Niveau der Dampftrommel, tolerierbar ist.
  • Um dabei dauerhafte Materialbeschädigungen und damit einhergehende betriebliche Gefahren zu vermeiden, sollten zum einen die im Strömungskanal des Abhitzedampferzeugers angeordneten Steigrohre bzw. die aus ihnen gebildeten Heizflächen in Bezug auf ihre Temperaturbeständigkeit auf die üblicherweise beim Anlägenbetrieb auftretenden Rauchgastemperaturen im Bereich ihrer Einbauposition ausgelegt werden, beispielsweise 300 °C bei einem MD-Verdampfer bzw. 200 °C bei einem ND-Verdampfer. Die bislang immer vorhandene Kühlung durch das normalerweise in den Rohren geführte Strömungsmittel sollte also nunmehr für einen möglichen Trockenbetrieb nicht mehr bei der Temperaturauslegung miteinkalkuliert werden. Derartige Anforderungen werden ohne Weiteres durch eine Vielzahl dem Fachmann bekannter Stähle erfüllt, deren Temperatureinsatzgrenze zum Teil bei über 400 °C liegt und deren Verwendung sich auch in wirtschaftlicher Hinsicht rechtfertigen lässt.
  • Zum anderen sollte das bislang übliche Überwachungs- und Absicherungskonzept für eine derartige Gas- und Dampfturbinenanlage und insbesondere für diejenigen Verdampferumläufe, bei denen ein vorübergehendes Trockenfahren in Betracht gezogen wird, konsequent an die gegenüber bisherigen Auslegungsgrundsätzen veränderten thermischen Belastungen und Gefährdungen für die strukturelle Integrität der Verdampferkomponenten angepasst werden. Als eine zentrale Eingangsgröße für das zugehörige Überwachungssystem und zur Entscheidung über Art und Umfang gegebenenfalls einzuleitender Sicherheitsmaßnahmen sollte dabei zunächst einmal eine Messgröße erfasst werden, die zuverlässig Auskunft über einen einsetzenden Trockenbetrieb sowie über dessen "Ausmaß" gibt.
  • Aus diesem Grunde ist gemäß dem hier vorgestellten Konzept über die bislang übliche Füllstandsmessung in der Dampftrommel hinaus eine messtechnische Erfassung der Füllstandshöhe der vom flüssigen Strömungsmedium gebildeten Flüssigkeitssäule innerhalb der Fallrohre des Verdampferumlaufs vorgesehen. Mit anderen Worten: Die Messvorrichtung gibt nicht nur darüber Auskunft, ob der Flüssigkeitsstand überhaupt unterhalb eines Mindestniveaus in der Dampftrommel oder unterhalb des Niveaus der Fallrohranschlüsse absinkt, sondern quantifiziert diesen Zustand noch näher, indem sie mindestens noch ein weiteres Höhenniveau oder eine Mehrzahl diskreter Höhenmesspunkte innerhalb des Fallrohres überwacht und messtechnisch auflöst. Selbstverständlich kann auch eine kontinuierliche oder quasi-kontinuierliche Messung der Füllstandshöhe im Fallrohr vorgesehen sein, zweckmäßigerweise mit dem am unteren Rohrende angeordneten Verteilersammler als Bezugspunkt.
  • Sofern mehrere Fallrohre an die Dampftrommel angeschlossen und in der Art einer strömungsseitigen Parallelschaltung mit einem gemeinsamen Verteilersammler verbunden sind, stellt sich gemäß dem Prinzip der kommunizierenden Röhren üblicherweise in allen Fallrohren dieselbe Füllstandshöhe ein, so dass vorteilhafterweise lediglich der Füllstand in einem der Rohre überwacht werden muss.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird ferner die Temperatur des Rauchgases im Bereich der Steigrohre überwacht, wobei in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Dampftrommel liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird, sobald die Temperatur des Rauchgases im Bereich der den Fallrohren nachgeschalteten Steigrohre einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
  • Auf diese Weise wird also gerade in einem mit einer besonders hohen Gefährdungslage einhergehenden Betriebszustand mit einem möglicherweise unmittelbar bevorstehenden oder bereits stattfindenden Trockenbetrieb bzw. mit verringertem Strömungsmitteldurchsatz die von außen auf die Steigrohre einwirkende Beheizungstemperatur überwacht und bei Überschreitung eines als kritisch angesehenen Wertes eine Sicherheitsreaktion ausgelöst. Dabei kann insbesondere auch eine Kaskade gestaffelter Grenzwerte festgelegt sein, wobei bei Überschreiten eines ersten Grenzwertes zunächst noch eine relativ "milde", bei weiterer Temperaturerhöhung jedoch in zunehmendem Maße drastischere Gegenmaßnahmen eingeleitet werden.
  • Vorteilhafterweise wird der jeweilige Temperatur-Grenzwert dabei abhängig vom durch Messung ermittelten Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren vorgegeben, so dass der kühlende Einfluss der verbleibenden Menge von dem die nachgeschalteten Steigrohre durchsetzenden und dabei verdampfenden Strömungsmittel angemessen bei der Entscheidung über Art und Zeitpunkt der Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen berücksichtigt werden kann.
  • Eine erste, relativ milde Sicherheitsmaßnahme besteht vorzugsweise darin, eine Bypassleitung eines dem Verdampferumlauf strömungsmittelseitig vorgeschalteten Kondensatvorwärmers oder rauchgasseitig vorgeordneten Speisewasservorwärmers zu öffnen, um generell während verschiedener Lastwechselzustände, insbesondere beim An- oder Abfahren der Gas- und Dampfturbinenanlage, ein Überschreiten der zulässigen Rauchgastemperaturen vor den betreffenden Verdampfern zu verhindern. Soll anschließend der reguläre Betrieb wieder aufgenommen und in der betreffenden Verdampferstufe wieder Dampf erzeugt werden, dann befüllt man das jeweilige Verdampfersystem mit heißem Wasser aus dem vorgeschalteten Economizer (beim MD-Verdampfer) bzw. aus dem Kondensatvorwärmer (beim ND-Verdampfer). Durch gezieltes Schließen des kalten Kondensatvorwärmer-Bypasses bzw. des Economizer-Bypasses wird die jeweilige Beheizungstemperatur erhöht und die Dampfproduktion wieder eingeleitet.
  • Speziell bei einem Drei-Druck-System mit einem Kondensatvorwärmer, einem dem Kondensatvorwärmer nachgeschalteten MD-Economizer für das Speisewasser des MD-Verdampfers und einem dem MD-Economizer nachgeschalteten HD-Economizer für das Speisewasser der HD-Stufe führt das Öffnen der Kondensatvorwärmer-Bypassleitung oder der Bypassleitung des MD-Economizers in dem Standardfall, dass, wie in der DE 100 04 187 C1 beschrieben, der HD-Verdampfer rauchgasseitig dem MD-Verdampfer und dieser wiederum dem ND-Verdampfer vorgeordnet ist, zu dem vorteilhaften Nebeneffekt, dass nunmehr auch der Verdampferumlauf der HD-Stufe mit vergleichsweise kühlerem Speisewasser versorgt wird, so dass dem Rauchgas der Gasturbine bereits im Eintrittsbereich des Abhitzedampferzeugers vergleichsweise viel Wärme entzogen wird. Die - im Vergleich zu Hochdruckstufe ohnehin moderate - Temperaturbelastung im Bereich der MD- und ND-Heizflächen wird hierdurch bei Bedarf besonders schnell und effektiv verringert. Gerade bei einer derart wirksamen, bedarfsweise aktivierbaren Sicherheitsmaßnahme kann ein vorübergehendes Trockenfahren des MD- und/oder des ND-Verdampferumlaufs daher besonders gut toleriert werden.
  • Vorteilhafterweise werden dabei sowohl die Höhe der Flüssigkeitssäule in den Fallrohren des MD- und/oder des ND-Verdampfers als auch die jeweilige Rauchgastemperatur überwacht, wobei ein möglicher Überlastungszustand einer der beiden Druckstufen anhand der beiden ihr zugeordneten Parameter Füllstandshöhe und Rauchgastemperatur am Einbauort der Heizflächen abgeleitet wird. Bei der Festlegung von Temperaturgrenzwerten für die Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen wird zweckmäßigerweise sowohl das räumlich variierende Beheizungsprofil als auch eine möglicherweise unterschiedliche Materialwahl und Temperaturauslegung für die verschiedenen Verdampferumläufe berücksichtigt.
  • Eine weitere, drastischere Sicherheitsmaßnahme kann darin bestehen, eine Leistungsreduktion oder eine Schnellabschaltung der Gasturbine einzuleiten oder, z. B. durch Betätigen einer Bypassklappe, das aus der Gasturbine austretende Rauchgas zumindest zum Teil am Abhitzedampferzeuger vorbeizuleiten.
  • In Bezug auf die Vorrichtung wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch eine Gas- und Dampfturbinenanlage, bei der eine Füllstandsmessvorrichtung zur Messung der Höhe der vom Strömungsmedium gebildeten Flüssigkeitssäule in den an die Dampftrommel angeschlossenen Fallrohren signalausgangsseitig mit einer Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung für die Gas- und Dampfturbinenanlage verbunden ist.
  • Vorteilhafterweise ist ferner die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung signaleingangsseitig mit einer die Temperatur des Rauchgases im Bereich der Steigrohre überwachenden Temperaturmessvorrichtung verbunden und derart konfiguriert, dass sie in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Dampftrommel liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren eine Sicherheitsmaßnahme einleitet, sobald die von der Temperaturmessvorrichtung gemessene Temperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass es durch die konsequente Auslegung der Anlagenarchitektur und der zugehörigen Absicherungs- und Überwachungssysteme ermöglicht ist, bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem Abhitzedampferzeuger bei Bedarf ein auf dem Naturumlaufprinzip beruhendes Verdampfersystem, insbesondere das MD- und/oder das ND-Verdampfersystem, gefahrlos bei einem Wasserstand weit unterhalb dem derzeitig festgelegten Mindestwasserstand zu betreiben oder die Heizflächen sogar trocken zu fahren, ohne dabei den Betrieb des Abhitzedampferzeugers oder der Gasturbine einstellen zu müssen. Insbesondere ist eine Einstellung von flexiblen minimalen Wasserständen im jeweiligen Verdampferumlauf in Abhängigkeit von bestimmten Betriebsweisen ohne Sicherheitseinbußen möglich.
  • Es kann nachgewiesen werden, dass ein derartiges Konzept auch die durch die neuen Normen DIN IEC 61508 und DIN IEC 61511 festgelegten Sicherheitsstandards erfüllt oder sogar darüber hinausgeht. Das Schnellabschaltungsrisiko des Abhitzedampferzeugers bei einem Schnellschluss der Dampfturbinen-Regelventile oder bei schnellen Lastwechseln sinkt nämlich erheblich, wenn der Wasserstand im Verdampferumlauf gefahrlos unter das Trommelniveau abfallen kann. Damit wird die Verfügbarkeit der Gas- und Dampfturbinenanlage weiter erhöht, insbesondere bei Schnellstarts, denen zum Ausgleich von kurzfristigen Bedarfs- und Versorgungsschwankungen im Stromnetz eine zunehmende Bedeutung beikommt. Insbesondere bei Gas- und Dampfturbinenanlagen ohne Bypass-Kamin-Klappe hat ein geringeres Schnellabschaltungsrisiko des Abhitzedampferzeugers geringere Belastungen und somit weniger äquivalente Betriebsstunden für die Gasturbine zur Folge. Damit können bei gleichbleibendem Sicherheitsniveau die Revisionsabstände an der Gasturbine verlängert werden.
  • Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Konzept eine kostengünstigere Auslegung und Konstruktion von im Fertigungsaufwand üblicherweise besonders kostenträchtigen Komponenten des Verdampfersystems, da insbesondere die MD- und ND-Dampftrommeln kompakter als bislang notwendig ausgeführt werden können. Dies ist speziell im Rahmen der oben erläuterten Betriebsweise "Sleeping Mode" bei Wegfall der Niederdruckumleitstation für den ND-Verdampfer von Relevanz, da die ansonsten für eine Durchführung dieser Betriebsweise erforderliche Trommelvergrößerung nunmehr entsprechend geringer ausfallen oder sogar ganz entfallen kann. Schließlich fällt auch der regelungstechnische Aufwand zur Einhaltung der Kondensatvorwärmer- und Economizer-Eintrittstemperaturen bei Ölbetrieb geringer als bisher aus.
  • Bei entsprechender Abwandlung und Anpassung kann das hier vorgestellte Konzept auch bei Gas- und Dampfturbinenanlagen mit auf dem Zwangsumlaufprinzip beruhenden Verdampferstufen Anwendung finden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in jeweils schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    eine Gas- und Dampfturbinenanlage, und
    FIG 2
    einen Ausschnitt aus FIG 1, wobei im Interesse einer besseren Erkennbarkeit wesentlicher Komponenten der Gas- und Dampfturbinenanlage einige Details aus FIG 1 weggelassen oder in zeichnerisch leicht abgewandelter Form dargestellt wurden.
  • Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • Die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 gemäß FIG 1 umfasst eine Gasturbinenanlage 1a und eine Dampfturbinenanlage 1b.
  • Die Gasturbinenanlage 1a umfasst eine Gasturbine 2 mit angekoppeltem Luftverdichter 4 und eine der Gasturbine 2 vorgeschaltete Brennkammer 6, in der Brennstoff B unter Zufuhr verdichteter Luft aus dem Luftverdichter 4 zum Arbeitsmittel oder Brenngas A für die Gasturbine 2 verbrannt wird. Die Gasturbine 2 und der Luftverdichter 4 sowie ein Generator 8 sitzen auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 10.
  • Die Dampfturbinenanlage 1b umfasst eine Dampfturbine 12 mit angekoppeltem Generator 14 und in einem als Wasser-Dampf-Kreislauf ausgebildeten Strömungsmittelkreislauf 16 einen der Dampfturbine 12 nachgeschalteten Kondensator 18 sowie einen Abhitzedampferzeuger 20. Die Dampfturbine 12 weist eine erste Druckstufe oder einen Hochdruckteil 12a und eine zweite Druckstufe oder einen Mitteldruckteil 12b sowie eine dritte Druckstufe oder einen Niederdruckteil 12c auf, die über eine gemeinsame Turbinenwelle 22 den Generator 14 antreiben.
  • Zum Zuführen von in der Gasturbine 2 entspanntem Arbeitsmittel oder Rauchgas R in den Abhitzedampferzeuger 20 ist eine Abgasleitung 24 an den Abhitzedampferzeuger 20 eingangsseitig angeschlossen. Das entspannte Rauchgas R aus der Gasturbine 2 verlässt den Abhitzedampferzeuger 20 ausgangsseitig in Richtung auf einen nicht dargestellten Kamin.
  • Der Abhitzedampferzeuger 20 umfasst als Heizflächen einen Kondensatvorwärmer 26, der eingangsseitig über eine Kondensatleitung 28, in die eine Kondensatpumpe 30 geschaltet ist, mit Kondensat K aus dem Kondensator 18 gespeist wird. Der Kondensatvorwärmer 26 ist ausgangsseitig an die Saugseite einer Speisewasserpumpe 34 geführt. Zur bedarfsweisen Umführung des Kondensatvorwärmers 26 ist dieser mit einer Bypassleitung 36, in die ein motorisch betätigbares Ventil 38 geschaltet ist, überbrückt.
  • Die Speisewasserpumpe 34 ist im Ausführungsbeispiel als Hochdruckspeisepumpe mit Mitteldruckentnahme ausgebildet. Sie bringt das Kondensat K auf ein für eine dem Hochdruckteil 12a der Dampfturbine 12 zugeordnete Hochdruckstufe 40 des Strömungsmittelkreislaufs 16 geeignetes Druckniveau. Das über die Speisewasserpumpe geführte Kondensat K, das auf der Druckseite der Speisewasserpumpe 34 als Speisewasser S bezeichnet wird, wird mit mittlerem Druck einem Speisewasservorwärmer 42 zugeführt. Dieser ist ausgangsseitig an eine Mitteldruck-Dampftrommel 44 angeschlossen. Analog ist der Kondensatvorwärmer 26 ausgangsseitig über ein motorisch betätigbares Ventil 46 an eine Niederdruck-Dampftrommel 48 angeschlossen.
  • Die Mitteldruck-Dampftrommel 44 ist mit einem im Abhitzedampferzeuger 20 angeordneten Mitteldruck-Verdampfer 50 zur Bildung eines Mitteldruck-Verdampferumlaufs 52 verbunden. Der Verdampferumlauf 52 umfasst eine Anzahl von in FIG 1 nur schematisch angedeuteten, außerhalb des vom Rauchgas R beheizten Strömungskanals des Abhitzedampferzeugers 20 verlaufenden Fallrohren 54, die an ihrem oberen Ende jeweils an den Sumpf der Dampftrommel 44 angeschlossen sind und an ihrem unteren Ende in einen hier nicht näher dargestellten Verteilersammler münden. Über den Verteilersammler wird eine Mehrzahl von parallel geschalteten, zu im Abhitzedampferzeuger 20 angeordneten Heizflächen 50 gebündelten Steigrohren 56 mit flüssigem Strömungsmittel, hier Wasser, aus der Dampftrommel 44 bzw. aus den Fallrohren 54 bespeist, welches beim Durchströmen der Steigrohre 56 zum Teil verdampft, dabei nach oben steigt und als Wasser-Dampf-Gemisch wieder in die Dampftrommel 44 eintritt.
  • Dampfseitig ist an die Mitteldruck-Dampftrommel 44 ein Mitteldruck-Überhitzer 58 angeschlossen, der ausgangsseitig an eine den Hochdruckteil 12a ausgangsseitig mit einem zwischenüberhitzer 60 verbindende Abdampfleitung 62 angeschlossen ist. Der Zwischenüberhitzer 60 wiederum ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 64, in die ein motorisch betätigbares Ventil 66 geschaltet ist, an den Mitteldruckteil 12b der Dampfturbine 12 angeschlossen.
  • Hochdruckseitig ist die Speisewasserpumpe 34 über einen ersten Hochdruck-Economizer 68 und einen diesem speisewasserseitig nachgeschalteten und innerhalb des Abhitzedampferzeugers 20 rauchgasseitig vorgeordneten zweiten Hochdruck-Economizer 70 an eine Hochdruck-Dampftrommel 72 geführt. Die Hochdruck-Dampftrommel 72 ist wiederum mit einem im Abhitzedampferzeuger 20 angeordneten Hochdruck-Verdampfer 74 zur Bildung eines eine Anzahl von Fallrohren 76 und Steigrohren 78 umfassenden Verdampferumlaufs 80 verbunden. Zum Abführen von Frischdampf F ist die Hochdruck-Dampftrommel 72 an einen im Abhitzedampferzeuger 20 angeordneten Hochdruck-Überhitzer 82 angeschlossen, der ausgangsseitig mit dem Hochdruckteil 12a der Dampfturbine 12 über eine Frischdampfleitung 84 mit einem motorisch betätigbaren Ventil 86 verbunden ist. Der erste Hochdruck-Economizer 68 ist ebenfalls mit einer Bypassleitung 88 überbrückt, in die wiederum ein motorisch betätigbares Ventil 90 geschaltet ist.
  • Der Speisewasservorwärmer 42 und der Mitteldruck-Verdampfer 50 sowie der Mitteldruck-Überhitzer 58 bilden zusammen mit dem Zwischenüberhitzer 60 und dem Mitteldruckteil 12b der Dampfturbine 12 die Mitteldruckstufe 92 des als Wasser-Dampf-Kreislauf ausgebildeten Strömungsmittel-Kreislaufs 16. Analog bildet ein im Abhitzedampferzeuger 20 angeordneter und zur Bildung eines Verdampferumlaufs 94 mit der Niederdruck-Dampftrommel 48 verbundener Niederdruck-Verdampfer 96 zusammen mit einem an die Niederdruck-Dampftrommel 48 dampfseitig angeschlossenen Niederdruck-Überhitzer 98 und dem Niederdruckteil 12c der Dampfturbine 12 die Niederdruckstufe 100 des Strömungsmittelkreislaufs 16. Analog zum Hochdruck-Verdampferumlauf 80 und zum Mitteldruck-Verdampferumlauf 52 setzt sich der Niederdruck-Verdampferumlauf 94 aus einer Anzahl von an die Dampftrommel 48 angeschlossenen Fallrohren 102 und einer Anzahl von diesen strömungsmittelseitig nachgeschalteten Steigrohren 104 zusammen. Ausgangsseitig ist der Niederdruck-Überhitzer 98 über eine Dampfleitung 106, in die ein motorisch betätigbares Ventil 108 geschaltet ist, mit dem Eintritt des Niederdruckteils 12c der Dampfturbine 12 verbunden.
  • Zur bedarfsweisen Umführung oder Umleitung des Hochdruckteils 12a der Dampfturbine 12 ist die den Hochdruck-Überhitzer 82 mit dem Hochdruckteil 12a verbindende Frischdampfleitung 84 über eine Dampfleitung 110, in die ein motorisch betätigbares Ventil 112 geschaltet ist, direkt mit dem Kondensator 18 verbunden. Dabei ist die als Hochdruckumleitung dienende Dampfleitung 110 in Strömungsrichtung des Frischdampfes F vor dem Ventil 86 an die Frischdampfleitung 84 angeschlossen.
  • Um bei einem besonders niedrigen Konstruktions- und Fertigungsaufwand eine flexible Anpassung der Betriebsweise an unterschiedliche Anforderungen zu ermöglichen, ist die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 derart ausgelegt, dass der Füllstand von flüssigem Strömungsmittel in den Fallrohren 54, 102 des Mitteldruck-Verdampferumlaufs 52 und des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 zumindest vorübergehend unter das Niveau des Anschlusses an die jeweilige Dampftrommel 44, 48 abfallen kann, falls erforderlich bis hin zu einem vollständigen Trockenbetrieb des Verdampferumlaufs 52 bzw. 94.
  • Zu diesem Zweck ist das Rohrwandmaterial der den Fallrohren 54, 102 strömungsmittelseitig nachgeschalteten, durch Kontakt mit dem Rauchgas R konvektiv beheizten Steigrohre 56, 104 in Bezug auf seine Temperaturfestigkeit jeweils derart gewählt, dass seine Temperatureinsatzgrenze oberhalb der in diesem Bereich des Abhitzedampferzeugers 20 normalerweise vorliegenden oder maximal zu erwartenden Temperatur des Rauchgases R liegt. Beispielsweise beträgt die Temperatur des Rauchgases R im Bereich des Mitteldruck-Verdampfers 50 unter gewöhnlichen Umständen rund 300 °C, im Bereich des Niederdruck-Verdampfers 96 rund 200 °C. Sofern beispielsweise die Steigrohre 56 des Mitteldruck-Verdampfers 50 auf eine Dauertemperaturfestigkeit von etwa 400 °C und die Steigrohre 104 des Niederdruck-Verdampfers 96 auf eine Dauertemperaturfestigkeit von etwa 300 C ausgelegt sind, stehen damit im Regelfall ausreichende Sicherheitsreserven zur Verfügung, um ein vorübergehendes Trockenfahren, z. B. beim An- oder Abfahren der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 oder bei schnellen Lastwechseln, zu tolerieren. Damit können insbesondere die Mitteldruck-Dampftrommel 44 und die Niederdruck-Dampftrommel 48 besonders kompakt gebaut werden, da das bislang jeweils zum Ausgleich unterschiedlicher Dampfproduktionsraten und zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Bespeisung der Steigrohre 56, 104 mit Strömungsmittel vorgehaltene Flüssigkeitsvolumen vergleichsweise klein ausfallen kann.
  • Um darüber hinaus jedoch auch im Falle unvorhergesehener Temperaturspitzen während eines unmittelbar bevorstehenden oder bereits stattfindenden Trockenbetriebs des Mitteldruck-Verdampferumlaufs 52 und/oder des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 angemessen durch die Einleitung von Sicherheitsmaßnahmen reagieren zu können, ist die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 mit einem spezifisch zur Überwachung und Steuerung bzw. Regelung derartiger Betriebszustände ausgelegten Überwachungs- und Steuerungssystem ausgestattet. Insbesondere werden der Mitteldruck-Verdampferumlauf 52 und der Niederdruck-Verdampferumlauf 94 auf nachfolgend zu beschreibende Weise unabhängig voneinander überwacht.
  • Die Überwachung des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 geschieht wie folgt: Neben der bislang üblichen Überwachung des Wasserstandes in der Niederdruck-Dampftrommel 48, in FIG 2 schematisch angedeutet durch den Doppelpfeil 114, ist nunmehr eine Füllstandsüberwachung vorgesehen, die auch die an die Niederdruck-Dampftrommel 48 angeschlossene Fallrohre 102 mit einbezieht, hier schematisch angedeutet durch den Doppelpfeil 116. Eine hier nicht näher dargestellte Füllstandsmessvorrichtung misst also die auf dem tiefsten Punkt der Fallrohre 102 bezogene Höhe der Wassersäule, die während des Normalbetriebs der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 bis in die Dampftrommel 48 hineinreicht, während besonderer Situationen nunmehr aber auch - wie oben geschildert - unter das Höhenniveau der oberen Fallrohranschlüsse abfallen kann. Es kann auch vorgesehen sein, das Füllstandsniveau auf die Fallrohranschlüsse, sprich auf den tiefsten Punkt der Dampftrommel 48 zu beziehen und beispielsweise einen darüber liegenden Füllstand mit einem positiven Vorzeichen, einem darunter liegenden Füllstand mit einem negativen Vorzeichen anzugeben. Wenn also z. B. die Höhe der Fallrohre 102 zwei Meter beträgt, so würde ein Füllstand von "minus 1,9 m" einen möglicherweise unmittelbar bevorstehenden vollständigen Trockenbetrieb signalisieren.
  • Der so gemessene Füllstand von flüssigem Strömungsmedium in den Fallrohren 102 des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 wird an eine hier nicht näher dargestellte zentrale Auswerteeinheit einer Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung für die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 übermittelt. Eine weitere Eingangsgröße für die Überwachung ist die im Bereich der Steigrohre 104 herrschende Temperatur T1 des Rauchgases R, die im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 2 durch eine in Strömungsrichtung des Rauchgases R gesehen knapp vor den Steigrohren 104 im Abhitzedampferzeuger 20 angeordnete, hier nur schematisch angedeutete Temperaturmessvorrichtung 118 bzw. deren Temperaturmessfühler erfasst wird. Die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung ist derart konfiguriert bzw. programmiert, dass sie zumindest in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Dampftrommel 48 liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren 102 eine Sicherheitsmaßnahme einleitet, sobald die von der Temperaturmessvorrichtung 118 gemessene Temperatur T1 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert kann insbesondere abhängig vom Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren 102 vorgegeben sein.
  • Falls beispielsweise die Temperatureinsatzgrenze für die Steigrohre 104 des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 bei 300 C liegt, so kann etwa bei bis zu halber Höhe mit Wasser gefüllten Fallrohren 102 ein erster Grenzwert bei 290 °C eingestellt sein, bei dem zunächst das in der Bypassleitung 36 des Kondensatvorwärmers 26 liegende Ventil 38 geöffnet wird. Im Falle eines vollständigen Trockenbetriebs ist dieser erste Grenzwert zweckmäßigerweise entsprechend niedriger eingestellt, z. B. bei etwa 270 °C.
  • Das Öffnen des Ventils 38 führt dazu, dass das Kondensat K auf der Saugseite der Speisewasserpumpe 34 eine Mischtemperatur TM aufweist, die sich aufgrund des zumindest teilweisen Umströmens des Kondensatvorwärmers 26 einstellt. Diese Mischtemperatur TM ist kleiner als die Kondensattemperatur TK" bei vollständig durchströmten, d. h. nicht umströmten Kondensatvorwärmer 26. Auch bei Vorwärmung eines Teilstroms K' im Kondensatvorwärmer 26 stellt sich eine Mischtemperatur TM ein, die kleiner ist als die Temperatur TK" des beim Betrieb der Dampfturbine 12 den Kondensatvorwärmer 26 verlassenden Kondensats K. Auf diese Weise gelangt sowohl in den Speisewasservorwärmer 42 als auch in den ersten Hochdruck-Economizer 68 vergleichsweise kaltes Speisewasser S mit der Folge, dass das Rauchgas R in Strömungsrichtung vor der Niederdruckstufe 100 vergleichsweise stark abgekühlt wird. Dadurch erhält die Niederdruckstufe 100, d. h. insbesondere der Niederdruck-Verdampfer 96, vergleichsweise wenig Wärme, während zugleich vergleichsweise kühleres Kondensat K durch die Kondensatleitung 120 in die Niederdruck-Dampftrommel 48 einströmt. Damit wird je nach Stellung des Ventils 38 die Temperaturbelastung für die Steigrohre 104 der Niederdruckstufe 100 stark gesenkt und zugleich das Wasserstandsniveau in der Niederdruck-Dampftrommel 48 bzw. in den an sie angeschlossenen Fallrohren 102 wieder erhöht, so dass potenziell gefährlichen Betriebszuständen aufgrund des vorübergehenden Trockenbetriebs des Niederdruck-Verdampferumlaufs 94 bei Bedarf aktiv und zielgerichtet entgegengewirkt werden kann.
  • Sollte trotz der beschriebenen Maßnahmen die Temperatur T1 des Rauchgases R im Bereich des Niederdruck-Verdampfers 96 weiter ansteigen und einen zweiten Grenzwert von z. B. 320 °C bei zur Hälfte mit Wasser gefüllten Fallrohren 102 oder z. B. 300 °C bei Trockenbetrieb übersteigen, so leitet die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung für die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 weitergehende Sicherheitsmaßnahmen ein, z. B. eine Schnellabschaltung der Gasturbinenanlage 1a.
  • Für die Überwachung des Mitteldruck-Verdampferumlaufs 52 gilt entsprechendes. Das heißt, es ist einerseits eine Füllstandsmessvorrichtung, angedeutet durch den Doppelpfeil 124, zur Messung der Höhe der vom Strömungsmedium gebildeten Flüssigkeitssäule in den an die Dampftrommel 44 angeschlossenen Fallrohren 54 und andererseits eine im Rauchgaskanal knapp vor den Steigrohren 56 angeordnete Temperaturmessvorrichtung 126 zur Messung der im Bereich der Steigrohre 56 herrschenden Rauchgastemperatur T2 vorgesehen. Analog zum Niederdruck-Verdampferumlauf 94 ist eine mit den Temperatur- und Füllstandsmessfühlern verbundene Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung derart konfiguriert, dass sie in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Mitteldruck-Dampftrommel 44 liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren 54 eine Sicherheitsmaßnahme einleitet, sobald die von der Temperaturmessvorrichtung 126 gemessene Rauchgastemperatur T2 einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  • Eine erste Sicherheitsmaßnahme kann beispielsweise wiederum darin bestehen, das Ventil 38 in der Bypassleitung 36 für den Kondensatvorwärmer 26 zu öffnen. Alternativ oder zusätzlich kann das Ventil 90 in der Bypassleitung 88 für den ersten Hochdruck-Economizer 68 geöffnet werden, so dass dem zweiten Hochdruck-Economizer 70 vergleichsweise kühleres Speisewasser S zugeführt wird. Der zweite Hochdruck-Economizer 70 entnimmt daher dem in diesem Bereich des Abhitzedampferzeugers 20 strömenden Rauchgas R gegenüber dem Betrieb mit geschlossenen Bypassventilen 38, 90 zusätzlich Wärme, die den rauchgasseitig nachgeordneten Mitteldruck-Heizflächen bzw. den Steigrohren 56 nicht mehr zur Verfügung steht. Dadurch kann insbesondere während des Trockenbetriebs die Temperaturbelastung für die Steigrohre 56 gemindert werden. Eine zweite, drastischere Sicherheitsmaßnahme kann wiederum in einer Schnellabschaltung der Gasturbinenanlage 1a bestehen.
  • Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit, den Mitteldruck-Verdampferumlauf 52 oder den Niederdruck-Verdampferumlauf 94 vorübergehend trocken fahren zu können, während des so genannten Umleitbetriebs. Ein derartiger Umleitbetrieb, der insbesondere beim An- oder Abfahren der Dampfturbine 12 sowie bei einem Dampfturbinenschnellschluss vorgesehen ist, führt zu einer Umleitung des erzeugten Frischdampfs F unter Umgehung der Dampfturbine 12 direkt in den Kondensator 18. Dazu wird das Ventil 86 geschlossen und das Ventil 112 geöffnet. Parallel hierzu wird der Kondensatvorwärmer 26 zumindest teilweise umströmt, indem das in der Bypassleitung 36 liegende Ventil 38 geöffnet wird. Gegebenenfalls wird auch das Ventil 90 in der Bypassleitung 88 geöffnet, so dass aufgrund der oben beschriebenen Wärmeverschiebungen im Abhitzedampferzeuger 20 die Produktion von Niederdruck-Dampf und gegebenenfalls auch von Mitteldruck-Dampf gedrosselt oder sogar vollständig zum Erliegen gebracht wird. Somit wird lediglich Hochdruck-Dampf oder Frischdampf F erzeugt, der jedoch über die die Dampfturbine 12 umführende Dampfleitung 110 direkt in den Kondensator 18 eingeleitet wird. Durch die Möglichkeit, den Mitteldruck-Verdampferumlauf 52 und/oder den Niederdruck-Verdampferumlauf 94 gefahrlos trocken fahren zu können, wird die ansonsten bei Gas- und Dampfturbinenanlagen ohne Umleitstationen notwendige Vergrößerung der Mitteldruck-Dampftrommel 44 bzw. der Niederdruck-Dampftrommel 48 gegenüber solchen Anlagen, bei denen Umleitstationen vorhanden sind, vermieden.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage (1), bei dem das aus einer Gasturbine (2) austretende Rauchgas (R) über einen Abhitzedampferzeuger (20) geführt wird, und bei dem ein zum Antrieb einer Dampfturbine (12) verwendetes Strömungsmittel in einem eine Anzahl von Druckstufen (40, 92, 100) umfassenden Strömungsmittelkreislauf (16) geführt wird, wobei mindestens eine der Druckstufen (100) einen Verdampferumlauf (94) mit einer Dampftrommel (48), mit einer Anzahl von an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (104) und mit einer Anzahl von den Fallrohren (102) nachgeschalteten, ebenfalls an die Dampftrommel (48) angeschlossenen und durch das Rauchgas (R) im Abhitzedampferzeuger (20) beheizten Steigrohren (104) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der vom Strömungsmedium in den an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (102) gebildeten Flüssigkeitssäule überwacht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur (T1) des Rauchgases (R) im Bereich der Steigrohre (104) überwacht wird, wobei in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Dampftrommel (48) liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren (102) eine Sicherheitsmaßnahme eingeleitet wird, sobald die Temperatur (T1) des Rauchgases (R) im Bereich der den Fallrohren (102) nachgeschalteten Steigrohre (104) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert abhängig vom Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren (102) vorgegeben wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherheitsmaßnahme eine Bypassleitung (36) eines dem Verdampferumlauf (94) strömungsmittelseitig vorgeschalteten Kondensatvorwärmers (26) oder dem Verdampferumlauf (94) rauchgasseitig vorgeordneten Speisewasservorwärmers (68) geöffnet wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Sicherheitsmaßnahme eine Leistungsreduktion oder eine Schnellabschaltung der Gasturbinenanlage (1a) eingeleitet wird, und/oder dass das aus der Gasturbine (2) austretende Rauchgas (R) zumindest zum Teil an dem Abhitzedampferzeuger (20) vorbeigeleitet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mindestens drei Druckstufen (40, 92, 100) mit jeweils einem Verdampferumlauf (80, 52, 94) umfassenden Strömungsmittelkreislauf (16), wobei die Steigrohre (78, 56, 104) der Verdampferumläufe (80, 52, 94) in Strömungsrichtung des Rauchgases (R) gesehen hintereinander im Abhitzedampferzeuger (20) angeordnet sind, die Höhe der Flüssigkeitssäule in den Fallrohren (102) des in Strömungsrichtung des Rauchgases (R) gesehen letzten Verdampferumlaufs (94), der vorzugsweise als Niederdruck-Verdampferumlauf ausgebildet ist, überwacht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass ferner die Höhe der Flüssigkeitssäule in den Fallrohren (54) des in Strömungsrichtung des Rauchgases (R) gesehen vorletzten Verdampferumlaufs (52), der vorzugsweise als Mitteldruck-Verdampferumlauf ausgebildet ist, überwacht wird.
  8. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) mit einer Gasturbine (2) und mit einem dieser abgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger (20), sowie mit einem eine Anzahl von Druckstufen (40, 92, 100) umfassenden Strömungsmittelkreislauf (16), in dem ein zum Antrieb einer Dampfturbine (12) verwendetes Strömungsmittel geführt ist, wobei mindestens eine der Druckstufen (100) einen Verdampferumlauf (94) mit einer Dampftrommel (48), mit einer Anzahl von an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (102) und mit einer Anzahl von den Fallrohren (102) nachgeschalteten, ebenfalls an die Dampftrommel (48) angeschlossenen und durch das Rauchgas (R) im Abhitzedampferzeuger (20) beheizten Steigrohren (104) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Füllstandsmessvorrichtung zur Messung der Höhe der vom Strömungsmedium gebildeten Flüssigkeitssäule in den an die Dampftrommel (48) angeschlossenen Fallrohren (102) signalausgangsseitig mit einer Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung für die Gas- und Dampfturbinenanlage (1) verbunden ist.
  9. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungs- und Steuerungsvorrichtung signaleingangsseitig mit einer die Temperatur (T1) des Rauchgases (R) im Bereich der Steigrohre (104) überwachenden Temperaturmessvorrichtung (118) verbunden und derart konfiguriert ist, dass sie in einem Betriebszustand mit einem unterhalb des Anschlusses an die Dampftrommel (48) liegenden Flüssigkeitsfüllstand in den Fallrohren (102) eine Sicherheitsmaßnahme einleitet, sobald die von der Temperaturmessvorrichtung (118) gemessene Temperatur (T1) einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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