EP2131013A1 - Dampfturbinensystem für ein Kraftwerk - Google Patents

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EP2131013A1
EP2131013A1 EP08007316A EP08007316A EP2131013A1 EP 2131013 A1 EP2131013 A1 EP 2131013A1 EP 08007316 A EP08007316 A EP 08007316A EP 08007316 A EP08007316 A EP 08007316A EP 2131013 A1 EP2131013 A1 EP 2131013A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
live
valve
quick
turbine system
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08007316A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Carsten Graeber
Norbert Schindler
Carsten Dr. Weiss
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP08007316A priority Critical patent/EP2131013A1/de
Priority to US12/937,294 priority patent/US20110146279A1/en
Priority to EP09733333A priority patent/EP2288793A2/de
Priority to RU2010146183/06A priority patent/RU2010146183A/ru
Priority to CN2009801132490A priority patent/CN102007274A/zh
Priority to KR1020107022819A priority patent/KR20100133427A/ko
Priority to PCT/EP2009/053924 priority patent/WO2009127523A2/de
Publication of EP2131013A1 publication Critical patent/EP2131013A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/165—Controlling means specially adapted therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D17/00—Regulating or controlling by varying flow
    • F01D17/10—Final actuators
    • F01D17/12—Final actuators arranged in stator parts
    • F01D17/14—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits
    • F01D17/141—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path
    • F01D17/145—Final actuators arranged in stator parts varying effective cross-sectional area of nozzles or guide conduits by means of shiftable members or valves obturating part of the flow path by means of valves, e.g. for steam turbines
    • 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
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/18—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters
    • F01K3/181—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having heaters using nuclear heat

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine system for a power plant and the power plant with the steam turbine system.
  • a nuclear power plant is operated, for example, with a pressurized water reactor.
  • fuel elements are provided in which, caused by atomic decomposition reactions, heat is released.
  • the heat is dissipated by a coolant, e.g. Water, discharged, with the steam produced in a steam generator live steam.
  • the live steam is conducted in a live steam line to a steam turbine, which is coupled to a generator to drive it.
  • a condenser is provided at the outlet of the steam turbine in which the expanded steam is condensed using a refrigerant and returned to the steam generator.
  • the steam turbine has a bleed steam outlet, is removed by the bleed steam for further use in the nuclear power plant.
  • the drive power of the steam turbine is determined by the temperature and the static pressure of the live steam, the static pressure in the condenser and the mass flow of the live steam entering the steam turbine and the mass flow of the bleed steam taken at a certain pressure level of the steam turbine.
  • a steam steam control valve is provided on the steam turbine.
  • a nominal operating state is defined in which the temperature and the static pressure of the live steam and the mass flow of the live steam is fixed.
  • nominal operating condition warranty point a steam turbine system
  • the live steam mass flow is defined as 100%.
  • an operating range is to be considered, which is determined by a variation of the temperature and the static pressure of the live steam and the live steam mass flow.
  • the steam turbine is designed for a stationary partial load operation with a constant mean coolant temperature in the upper load range.
  • Another operating condition to be considered in the design of the steam turbine is characterized by a reduced static pressure of the live steam.
  • the steam steam control valve is fully opened with a nominal or smaller steam quantity of the steam generator / reactor, so that the static pressure of the live steam is lowered and thus a lowering of the coolant temperature occurs (so-called “stretch-out operation").
  • the reduction of the static pressure of the live steam leads to an increase of the specific live steam volume, whereby a strong throttling of the fresh steam control valve in the nominal operating state is necessary.
  • a performance guarantee for the steam turbine is conventionally related to the nominal operating state, which is mobile only with the throttled steam control valve.
  • the operation of the steam turbine with throttled live steam valve is ineffective, whereby the thermal efficiency of the nuclear power plant is lowered.
  • the object of the invention is to provide a steam turbine system for a power plant and the power plant with the steam turbine system, wherein the power plant has a high thermal efficiency.
  • the steam turbine system according to the invention for the power plant has a steam turbine, which has at its live steam inlet a steam control valve and a tap steam outlet, and a live steam bypass line with a throttle valve at the entrance of the steam control valve and at the bleed steam outlet for conducting with the throttle valve throttled live steam from the upstream of Fresh steam control valve is connected to the Anzapfdampfaustritt, wherein the steam turbine with the steam control line and the steam bypass line are designed with the throttle valve such that the steam turbine is both in the nominal operating state at 100% live steam mass flow and in a special operating state at 100% fresh steam mass flow in each case with fully opened steam control valve wherein excess live steam mass flow relative to the nominal operating state at the entrance of the fresh steam control valve via the Frischdampfumgehungsle It is possible to pass the steam turbine past it or, at 100% live steam mass flow, to lower the static pressure of the live steam by passing a predetermined, proportion of the live steam mass flow via the live steam bypass line.
  • the proportion of the live steam which is supplied from a steam generator over the 100% live steam mass flow, not fed directly to the steam turbine, but passed via the live steam bypass line to the steam control valve and fed into the bleed steam outlet with the highest static pressure.
  • the steam control valve is fully open, whereby a loss of efficiency by a possible Throttling the live steam valve does not occur.
  • the 100% fresh steam mass flow corresponds to the live steam mass flow in the nominal operating state of the steam turbine.
  • the steam turbine needs less or no bleed steam to be taken because the live steam bypassing the steam bypass steam line is fed to the bleed steam outlet.
  • the thermal efficiency of the steam turbine system is high in a wide operating range of the steam turbine.
  • the power plant is able to participate in a frequency control / support of a power grid. If the power plant is, for example, a nuclear power plant, then with the steam turbine system possible power reserves of the nuclear reactor can be used without conversion of the steam turbine with appropriate operation, the steam turbine system having a high thermal efficiency in the nominal operating state.
  • the nuclear power plant has a higher operating flexibility, whereby a fuel change in the nuclear power plant can be delayed, so that a higher burnup of the fuel rods can be achieved.
  • the nuclear power plant in the so-called “stretch-out" operation to drive, in which the increased reactivity can be achieved by lowering the pressure of the live steam.
  • the steam turbine system according to the invention has a high thermal efficiency when the steam turbine is a saturated steam engine with a low live steam condition and thus a reduced expansion gradient.
  • the steam turbine is run at 100% live steam mass flow with fully opened steam control valve in the nominal operating state, so that in a wide operating range of the steam turbine system throttling the steam control valve in the nominal operating state not needs to be provided.
  • This is advantageous because even with a one percent throttling of the main steam control valve in the nominal operating state would be expected with a reduction in power of the steam turbine at the same reactor power of 0.13%.
  • the avoidance of the throttling of the fresh steam control valve in the nominal operating state due to the higher efficiency of the steam turbine system leads to a power gain of the power plant.
  • thermodynamic guaranteed values of the steam turbine system according to the invention are improved in the performance guarantee, because a corresponding throttling of the steam control valves can be omitted.
  • the live steam mass flow is preferably 102% to 115% of the live steam mass flow in the nominal operating state.
  • the power plant may utilize potential power reserves of the reactor / steam generator permanently in steady-state operation or alternatively for short-term power release in frequency control / frequency support requirements.
  • the steam turbine system preferably has a main steam line with a quick-action valve which is connected to the main steam control valve for supplying the live steam mass flow, the main steam bypass line being connected between the main steam control valve and the quick-closing valve of the main steam line.
  • the live steam bypass line is branched off downstream of the quick-closing valve of the main steam line of this, which is protected by the quick-closing valve of the main steam line and the live steam bypass line.
  • the quick-acting valve in the live steam bypass line is a control valve with safety function educated. As a result, it is advantageous to provide only a single valve in the main steam bypass line.
  • the fish steam bypass line is connected upstream of the quick-acting valve.
  • the fresh steam control valve is a quick-closing control valve with safety function for double protection.
  • the pipe incorporation is simple and for a valve test operation no corresponding modifications need to be provided, so that this conditional restrictions are prevented.
  • a quick-closing valve is provided at the live steam inlet and the live steam bypass line has a quick-acting valve which is installed upstream of the throttle valve.
  • the steam turbine is protected at its live steam inlet and the bypass line.
  • the quick-closing valve of the live steam by-pass line is coupled to the quick-steam valve at the live steam inlet, so that the quick-closing valve of the fresh steam bypass line triggers on the live steam inlet with the quick-closing valve.
  • the throttle valve is coupled to the bleed steam inlet, so that the throttle valve throttles the live steam to the bleed steam pressure in the bleed steam outlet.
  • the bypass mass flow via the live steam bypass line is regulated by the throttle valve, so that the live steam pressure required by the reactor / steam generator can be set in the main steam line when the main steam control valves are fully open.
  • the steam turbine system has a bleed steam line which is connected to the bleed steam outlet and into which the live steam bypass line opens.
  • the power plant according to the invention with the steam turbine system has to reheat the live steam on a reheater to which the bleed steam can be supplied.
  • the steam turbine system has the live steam bypass line through which steam is supplied to the bleed steam with the throttle valve.
  • the live steam supplied to the steam turbine via the live steam bypass line is supplied to the reheater for superheating the live steam, whereby the power plant has a high thermal efficiency.
  • the reheater is made in two stages.
  • bypass mass flow can be significantly increased before it comes to a direct introduction of the throttled bypass mass flow into the steam turbine.
  • a check valve is provided at the bleed steam outlet, upstream of which the live steam bypass line opens.
  • a steam turbine system 100 has a steam turbine 110 and a steam turbine 111.
  • the steam turbines 110 and 111 have a live steam inlet 112 to 115 for the live steam inlet and a bleed steam outlet 116 for the removal of bleed steam.
  • fresh steam control valves 117 to 120 are provided at the steam recesses 112 to 115.
  • To protect the live steam inlets 112 to 115 and the steam turbine are connected to these quick-closing valves 121 to 124.
  • the steam turbine system 100 has live steam lines 125 to 128, which are respectively connected to the live steam inlets 112 to 115.
  • a bleed steam line 129 is provided at the bleed steam outlet 116.
  • the steam turbine system 100 has a live steam bypass line 130, which is connected to the inlet of the main steam control valves 117 to 120 and the bleed steam outlet 116, so that live steam can be conducted past the inlet of the fresh steam control valves 117 to 129 to the bleed steam outlet 116 at the steam turbines 110 and 111 in the live steam bypass line 130 is.
  • the fish steam by-pass line 130 connected upstream of the quick-closing valve.
  • a quick-closing valve 131 and subsequently a throttle valve 132 are provided, as seen in the flow direction.
  • the quick-closing valve 131 is coupled to the quick-closing valve 121 so that both quick-acting valves 121 to 124 and 131 trigger synchronously when a triggering event (for example, overspeed) is correspondingly reached.
  • the throttle valve 132 is regulated depending on the vapor pressure downstream of the main steam bypass passage 130, so that the main steam is throttled from the entrance of the main steam control valves 117 to 120 to the tap vapor exit 116.
  • live steam lines 125 to 128 are provided, in which live steam for operating the steam turbine 110 and 111 is provided.
  • live steam for operating the steam turbine 110 and 111 is provided in the main steam lines 125 to 128.
  • quick-acting valves 146 to 149 are provided for securing the live steam inlet and the steam turbine.
  • check valves 170 and 171 are provided in the bleed line 129, with which a return flow in the bleed steam line 129 can be prevented.
  • the live steam bypass line 130 branches off in the main steam lines 125 to 128 between the quick-closing valves 146 to 149 and the inlet of the fresh steam control valves 117 to 120 and opens into the tapping steam line 129 between the non-return valve 171 and the tapping steam outlet 116.
  • control valves 150 and 151 are provided parallel to the quick-closing valves 146 to 149.
  • the steam turbine system 100 includes reheaters 140 and 141, each having a first reheater stage 142 and 143 and a second reheater stage 144 and 145 have.
  • second heating pipes 162 and 163 branch off downstream of the non-return flap 170, in which tapping steam is conducted to the first reheater stages 142 and 143.
  • first heating steam lines 160 and 161 are provided at the second reheater stages 144 and 145 for supplying live steam, which is fed into the main steam line 125 to 128 upstream of the quick-closing valves 146 to 149.

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Abstract

Ein Dampfturbinensystem für ein Kraftwerk weist eine Dampfturbine (100,111), die an ihrem Frischdampfeintritt (112-115) ein Frischdampfregelventil (117-120) aufweist und einen Anzapfdampfaustritt (116) hat, und eine Frischdampfumgehungsleitung (130) mit einem Drosselventil (132) auf, die am Eintritt des Frischdampfregelventils (117-130) sowie an dem Dampfaustritt (116) zum Leiten von mit dem Drosselventil (132) gedrosselten Frischdampf von stromauf des Frischdampfregelventils (117-120) zu dem Anzapfdampfaustritt (116) angeschlossen ist, wobei die Dampfturbine (110,111) mit dem Frischdampfregelventil (117-120) und die Frischdampfumgehungsleitung (130) mit dem Drosselventil (132) derart ausgelegt sind, dass die Dampfturbine (110-111) sowohl im Nennbetriebszustand bei 100% Frischdampfmassenstrom als auch in einem Sonderbetriebszustand bei über 100% Frischdampfmassenstrom jeweils mit voll geöffneten Frischdampfregelventil (117-120) fahrbar ist, wobei überschüssiger Frischdampfmassenstrom gegenüber dem Nennbetriebszustand an den Eintritt des Frischdampfregelventils (117-120) via der Frischampfumgehungsleiung (130) an der Dampfturbine (110,111) vorbeileitbar ist oder bei 100% Frischdampfmassenstrom ein Absenken des statischen Drucks des Frischdampfs durch Vorbeileiten eines vorherbestimmten Anteils des Frischdampfmassenstroms via der Frischdampfumgehungsleitung (130) erreichbar ist. Ein Kraftwerk mit dem Dampfturbinensystem weist zum Überhitzen des Frischdampfes einen Zwischenüberhitzer (140,142) auf, dem der Anzapfdampf zuführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Dampfturbinensystem für ein Kraftwerk und das Kraftwerk mit dem Dampfturbinensystem.
  • Ein Kernkraftwerk ist beispielsweise mit einem Druckwasserreaktor betrieben. In dem Druckwasserreaktor sind Brennelemente vorgesehen, in denen, hervorgerufen durch atomare Zerfallsreaktionen, Wärme freigesetzt wird. Die Wärme wird von einem Kühlmittel, z.B. Wasser, abgeführt, mit dem in einem Dampferzeuger Frischdampf erzeugt wird. Der Frischdampf wird in einer Frischdampfleitung zu einer Dampfturbine geführt, die mit einem Generator zu dessen Antrieb gekoppelt ist. Indem der Frischdampf in der Dampfturbine bis auf Kondensatordruck entspannt wird, wird die Dampfturbine und der Generator zur Stromerzeugung angetrieben. Am Austritt der Dampfturbine ist ein Kondensator vorgesehen, in dem der entspannte Dampf unter Verwendung eines Kühlmittels kondensiert und dem Dampferzeuger wieder zugeführt wird.
  • Ferner weist die Dampfturbine einen Anzapfdampfaustritt auf, durch den Anzapfdampf zur weiteren Verwendung in dem Kernkraftwerk entnommen wird. Die Antriebsleistung der Dampfturbine ist bestimmt von der Temperatur und dem statischen Druck des Frischdampfes, dem statischen Druck in dem Kondensator sowie dem Massestrom des Frischdampfes, der in die Dampfturbine eintritt, und des Massenstroms des Anzapfdampfes, der bei einem bestimmten Druckniveau der Dampfturbine entnommen wird.
  • Zur Steuerung des Massenstroms des Frischdampfes (Leistung der Dampfturbine) ist an der Dampfturbine ein Frischdampfregelventil vorgesehen. Bei der Auslegung der Dampfturbine ist ein Nennbetriebszustand definiert, bei dem die Temperatur und der statische Druck des Frischdampfes sowie der Massenstrom des Frischdampfes festgelegt ist. Im Nennbetriebszustand (Garantiepunkt eines Dampfturbinensystems) ist der Frischdampfmassenstrom mit 100% definiert. Bei der Auslegung der Dampfturbine ist jedoch ein Betriebsbereich zu berücksichtigen, der durch eine Variation der Temperatur und des statischen Drucks des Frischdampfs sowie des Frischdampfmassenstroms festgelegt ist. So ist die Dampfturbine beispielsweise für einen stationären Teillastbetrieb mit konstanter mittlerer Kühlmitteltemperatur im oberen Lastbereich ausgelegt. In diesem Teillastbetrieb ergibt sich eine Frischdampfdruck-Kennlinie des Dampferzeugers für den oberen Lastbereich, die bei steigender Leistung des Reaktors einen fallenden statischen Druck des Frischdampfes aufweist (so genannter "negativer Gleitdruck"). Ferner sind Betriebsbedingungen bei erhöhtem Frischdampfmassestrom gegenüber Nennlastbetrieb (beispielsweise 103% bis 107% Frischdampfmassenstrom) zu berücksichtigen. Die Dampfturbine wird dabei mit voll geöffneten Frischdampfventilen betrieben. Derartige Betriebsbedingungen erfordern eine Androsselung des Frischdampfregelventils im Nennbetriebszustand mit 100% Frischdampfmassenstrom.
  • Ein anderer bei der Auslegung der Dampfturbine zu berücksichtigender Betriebszustand zeichnet sich durch einen reduzierten statischen Druck des Frischdampfes aus. In diesem Betriebszustand ist das Frischdampfregelventil bei nomineller oder kleinerer Frischdampfmenge des Dampferzeigers / Reaktors voll geöffnet, so dass der statische Druck des Frischdampfs erniedrigt ist und damit eine Absenkung der Kühlmitteltemperatur erfolgt (so genannter "stretch-out Betrieb"). Die Reduzierung des statischen Drucks des Frischdampfes führt zu einer Zunahme des spezifischen Frischdampfvolumens, wodurch eine starke Androsselung des Frischdampfregelventils im Nennbetriebszustand notwendig ist.
  • Eine Leistungsgarantie für die Dampfturbine ist herkömmlich auf den Nennbetriebszustand bezogen, der nur mit dem angedrosselten Frischdampfregelventil fahrbar ist. Der Betrieb der Dampfturbine bei angedrosseltem Frischdampfventil ist uneffektiv, wodurch der thermische Wirkungsgrad des Kernkraftwerks abgesenkt ist.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dampfturbinensystem für ein Kraftwerk und das Kraftwerk mit dem Dampfturbinensystem zu schaffen, wobei das Kraftwerk einen hohen thermischen Wirkungsgrad hat.
  • Das erfindungsgemäße Dampfturbinensystem für das Kraftwerk weist eine Dampfturbine, die an ihrem Frischdampfeintritt ein Frischdampfregelventil aufweist und einen Anzapfdampfaustritt hat, und eine Frischdampfumgehungsleitung mit einem Drosselventil auf, die am Eintritt des Frischdampfregelventils sowie an dem Anzapfdampfaustritt zum Leiten von mit dem Drosselventil gedrosseltem Frischdampf von stromauf des Frischdampfregelventils zu dem Anzapfdampfaustritt angeschlossen ist, wobei die Dampfturbine mit dem Frischdampfregelventil und die Frischdampfumgehungsleitung mit dem Drosselventil derart ausgelegt sind, dass die Dampfturbine sowohl im Nennbetriebszustand bei 100% Frischdampfmassenstrom als auch in einem Sonderbetriebszustand bei über 100% Frischdampfmassenstrom jeweils mit voll geöffnetem Frischdampfregelventil fahrbar ist, wobei überschüssiger Frischdampfmassenstrom gegenüber dem Nennbetriebszustand an dem Eintritt des Frischdampfregelventils via der Frischdampfumgehungsleitung an der Dampfturbine vorbeileitbar ist oder bei 100% Frischdampfmassenstrom ein Absenken des statischen Drucks des Frischdampfs durch Vorbeileiten eines vorherbestimmten,Anteils des Frischdampfmassenstroms via der Frischdampfumgehungsleitung erreichbar ist.
  • Dadurch wird der Anteil des Frischdampfes, der über den 100% Frischdampfmassenstrom hinaus von einem Dampferzeuger geliefert wird, nicht direkt der Dampfturbine zugeführt, sondern via der Frischdampfumgehungsleitung an dem Frischdampfregelventil vorbei geführt und in den Anzapfdampfaustritt mit höchstem statischen Druck eingespeist. Somit ist im Nennbetrieb der Dampfturbine das Frischdampfregelventil voll geöffnet, wodurch ein Wirkungsgradverlust durch ein eventuelles Androsseln des Frischdampfventils nicht entsteht. Der 100% Frischdampfmassenstrom entspricht dem Frischdampfmassenstrom beim Nennbetriebszustand der Dampfturbine.
  • Ferner braucht der Dampfturbine weniger oder kein Anzapfdampf entnommen zu werden, da der in der Frischdampfumgehungsleitung an der Dampfturbine vorbeigeleitete Frischdampf in den Anzapfdampfaustritt eingespeist wird. Somit ist der thermische Wirkungsgrad des Dampfturbinensystems in einem weiten Betriebsbereich der Dampfturbine hoch.
  • Dadurch, dass das Dampfturbinensystem einen breiten Betriebsbereich hat, ist das Kraftwerk in der Lage, an einer Frequenzregelung/-stützung eines Stromnetzes teilzunehmen. Ist das Kraftwerk beispielsweise ein Kernkraftwerk, so können mit dem Dampfturbinensystem mögliche Leistungsreserven des Kernreaktors ohne einen Umbau der Dampfturbine bei entsprechender Betriebsweise genutzt werden, wobei das Dampfturbinensystem im Nennbetriebszustand einen hohen thermischen Wirkungsgrad hat.
  • Ferner hat das Kernkraftwerk eine höhere Betriebsflexibilität, wodurch ein Brennstoffwechsel in dem Kernkraftwerk hinausgezögert werden kann, so dass ein höherer Abbrand der Brennstäbe erreichbar ist. Hierbei ist das Kernkraftwerk im so genannten "stretch-out" Betrieb zu fahren, bei dem die erhöhte Reaktivität durch ein Absenken des Drucks des Frischdampfes erreichbar ist.
  • Insbesondere hat das erfindungsgemäße Dampfturbinensystem einen hohen thermischen Wirkungsgrad, wenn die Dampfturbine eine Sattdampfmaschine mit niedrigem Frischdampfzustand und damit reduziertem Expansionsgefälle ist. Bei dem erfindungsgemäßen Dampfturbinensystem wird im Nennbetriebszustand die Dampfturbine bei 100% Frischdampfmassenstrom mit voll geöffnetem Frischdampfregelventil gefahren, so dass bei einem weiten Betriebsbereich des Dampfturbinensystems eine Androsselung des Frischdampfregelventils im Nennbetriebszustand nicht vorgesehen zu werden braucht. Dies ist vorteilhaft, da bereits bei einer einprozentigen Androsselung des Frischdampfregelventils im Nennbetriebszustand mit einer Leistungsreduzierung der Dampfturbine bei gleicher Reaktorleistung von 0,13% zu rechnen wäre. Dadurch führt die Vermeidung der Androsselung des Frischdampfregelventils im Nennbetriebszustand auf Grund des höheren Wirkungsgrades des Dampfturbinensystems zu einem Leistungsgewinn des Kraftwerks.
  • Ferner sind die thermodynamischen Garantiewerte des erfindungsgemäßen Dampfturbinensystems bei der Leistungsgarantie verbessert, weil eine entsprechende Androsselung der Frischdampfregelventile entfallen kann.
  • Bevorzugt ist der Frischdampfmassenstrom in dem Sonderbetriebszustand 102% bis 115% des Frischdampfmassenstroms im Nennbetriebszustand.
  • Somit kann das Kraftwerk, wenn das Kraftwerk ein Kernkraftwerk ist, mögliche Leistungsreserven des Reaktors / Dampferzeugers dauerhaft im stationären Betrieb oder alternativ zur kurzfristigen Leistungsfreisetzung bei Anforderungen hinsichtlich Frequenzregelung / Frequenzstützung nutzen.
  • Bevorzugt weist das Dampfturbinensystem eine Frischdampfleitung mit einem Schnellschlussventil auf, die zum Zuführen des Frischdampfmassestroms zu dem Frischdampfregelventil an dieses angeschlossen ist, wobei die Frischdampfumgehungsleitung zwischen dem Frischdampfregelventil und dem Schnellschlussventil der Frischdampfleitung an dieser angeschlossen ist.
  • Dadurch ist die Frischdampfumgehungsleitung stromab des Schnellschlussventils der Frischdampfleitung von dieser abgezweigt, wodurch von dem Schnellschlussventil der Frischdampfleitung auch die Frischdampfumgehungsleitung abgesichert ist.
  • Ferner bevorzugt ist das Schnellschlussventil in der Frischdampfumgehungsleitung als ein Regelventil mit Sicherheitsfunktion ausgebildet. Dadurch braucht vorteilhaft in der Frischdampfumgehungsleitung lediglich ein einziges Ventil vorgesehen zu werden.
  • Alternativ ist es bevorzugt, dass die Fischdampfumgehungsleitung stromauf des Schnellschlussventils angeschlossen ist. Ferner bevorzugt ist es, dass das Frischdampfregelventil ein schnellschließendes Regelventil mit Sicherheitsfunktion zur Doppelabsicherung ist. Vorteilhaft ist hierbei die Rohrleitungseinbindung einfach und für einen Ventiltestbetrieb brauchen keine entsprechenden Modifikationen vorgesehen zu werden, so dass dadurch bedingte Einschränkungen unterbunden sind.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass am Frischdampfeintritt ein Schnellschlussventil vorgesehen ist und die Frischdampfumgehungsleitung ein Schnellschlussventil aufweist, das stromauf des Drosselventils installiert ist.
  • Dadurch ist zusätzlich neben dem Schnellschlussventil in der Frischdampfleitung die Dampfturbine an ihrem Frischdampfeintritt und die Umgehungsleitung abgesichert.
  • Es ist bevorzugt, dass das Schnellschlussventil der Frischdampfumgehungsleitung mit dem Schnellschlussventil am Frischdampfeintritt gekoppelt ist, so dass das Schnellschlussventil der Frischdampfumgehungsleitung mit dem Schnellschlussventil am Frischdampfeintritt auslöst.
  • Dadurch werden die Schnellschlussventile am Frischdampfeintritt und der Frischdampfumgehungsleitung synchron ausgelöst, wodurch der Betrieb der Dampfturbine sicher ist.
  • Außerdem ist es bevorzugt, dass das Drosselventil mit dem Anzapfdampfeintritt gekoppelt ist, so dass das Drosselventil den Frischdampf auf den Anzapfdampfdruck im Anzapfdampfaustritt drosselt.
  • Dadurch ist der Bypassmassenstrom via der Frischdampfumgehungsleitung von dem Drosselventil geregelt, so dass in der Frischdampfleitung bei voll geöffneten Frischdampfregelventilen der vom Reaktor / Dampferzeuger angeforderte Frischdampfdruck einstellbar ist.
  • Bevorzugt ist es, dass das Dampfturbinensystem eine Anzapfdampfleitung aufweist, die an dem Anzapfdampfaustritt angeschlossen ist und in die die Frischdampfumgehungsleitung mündet.
  • Das erfindungsgemäße Kraftwerk mit dem Dampfturbinensystem weist zum Überhitzen des Frischdampfes einen Zwischenüberhitzer auf, dem der Anzapfdampf zuführbar ist.
  • Das Dampfturbinensystem weist die Frischdampfumgehungsleitung auf, durch die mit dem Drosselventil dem Anzapfdampf Frischdampf zugeführt wird. Dadurch wird zum Überhitzen des Frischdampfes der an der Dampfturbine via die Frischdampfumgehungsleitung vorbeigeführte Frischdampf dem Zwischenüberhitzer zugeführt, wodurch das Kraftwerk einen hohen thermischen Wirkungsgrad hat.
  • Es ist bevorzugt, dass der Zwischenüberhitzer zweistufig ausgeführt ist.
  • Hervorgerufen durch den zusätzlichen Heizdampfbedarf der ersten Zwischenüberhitzerstufe kann der Bypassmassenstrom deutlich erhöht werden bevor es zu einer direkten Einleitung des gedrosselten Bypassmassenstroms in die Dampfturbine kommt.
  • Ferner ist es bevorzugt, dass am Anzapfdampfaustritt eine Rückschlagklappe vorgesehen ist, stromauf der die Frischdampfumgehungsleitung einmündet.
  • Dadurch wird vorteilhaft unterbunden, dass ein am Anzapfdampfaustritt von außen her beaufschlagter hoher Druck zu einer Rückströmung zu dem Anzapfdampfaustritt hin unterbunden ist.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Dampfturbinensystems anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • Figuren 1 und 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dampfturbinensystems und des erfindungsgemäßen Kraftwerks und
    • Figur 3 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dampfturbinensystems.
  • Wie es aus Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist ein Dampfturbinensystem 100 eine Dampfturbine 110 und eine Dampfturbine 111 auf. Die Dampfturbinen 110 und 111 weisen einen Frischdampfeintritt 112 bis 115 für den Frischdampfeintritt und einen Anzapfdampfaustritt 116 für die Entnahme von Anzapfdampf auf. Zur Regelung der Frischdampfzufuhr zu den Dampfturbinen 110 und 111 sind an den Frischdampfreintritten 112 bis 115 Frischdampfregelventile 117 bis 120 vorgesehen. Zur Absicherung der Frischdampfeintritte 112 bis 115 und der Dampfturbine sind an diesen Schnellschlussventile 121 bis 124 angeschlossen.
  • Ferner weist das Dampfturbinensystem 100 Frischdampfleitungen 125 bis 128 auf, die jeweils an den Frischdampfeintritten 112 bis 115 angeschlossen sind. Außerdem ist an dem Anzapfdampfaustritt 116 eine Anzapfdampfleitung 129 vorgesehen.
  • Das Dampfturbinensystem 100 weist eine Frischdampfumgehungsleitung 130 auf, die am Eintritt der Frischdampfregelventile 117 bis 120 und am Anzapfdampfaustritt 116 angeschlossen ist, so dass in der Frischdampfumgehungsleitung 130 Frischdampf von dem Eintritt der Frischdampfregelventile 117 bis 129 zu dem Anzapfdampfaustritt 116 an den Dampfturbinen 110 und 111 vorbeileitbar ist. Alternativ ist gemäß Figur 3 die Fischdampfumgehungsleitung 130 stromauf des Schnellschlussventils angeschlossen.
  • In der Frischdampfumgehungsleitung 130 ist in Strömungsrichtung gesehen zuerst ein Schnellschlussventil 131 und darauf folgend ein Drosselventil 132 vorgesehen. Das Schnellschlussventil 131 mit dem Schnellschlussventil 121 gekoppelt, so dass beide Schnellschlussventile 121 bis 124 und 131 bei entsprechendem Erreichen eines Auslöseereignisses (z.B. Überdrehzahl) synchron auslösen. Das Drosselventil 132 ist in Abhängigkeit des Dampfdrucks stromab der Frischdampfumgehungsleitung 130 geregelt, so dass der Frischdampf von dem Eintritt der Frischdampfregelventile 117 bis 120 zu dem Anzapfdampfaustritt 116 gedrosselt ist.
  • Am Austritt der Frischdampfregelventile 117 bis 120 sind Frischdampfleitungen 125 bis 128 vorgesehen, in denen Frischdampf zum Betreiben der Dampfturbine 110 und 111 bereitgestellt ist. In den Frischdampfleitungen 125 bis 128 sind Schnellschlussventile 146 bis 149 zur Absicherung der Frischdampfeintritte und der Dampfturbine vorgesehen. Ferner sind in der Anzapfleitung 129 Rückschlagklappen 170 und 171 vorgesehen, mit denen eine Rückströmung in der Anzapfdampfleitung 129 unterbindbar ist.
  • Die Frischdampfumgehungsleitung 130 zweigt in den Frischdampfleitungen 125 bis 128 zwischen den Schnellschlussventilen 146 bis 149 und dem Eintritt der Frischdampfregelventile 117 bis 120 ab und mündet in die Anzapfdampfleitung 129 zwischen der Rückschlagklappe 171 und dem Anzapfdampfaustritt 116.
  • Zur Regelung des Drucks in den Frischdampfleitungen 125 bis 128 sind parallel zu den Schnellschlussventilen 146 bis 149 Regelventile 150 und 151 vorgesehen.
  • Ferner weist das Dampfturbinensystem 100 Zwischenüberhitzer 140 und 141 auf, die jeweils eine erste Zwischenüberhitzerstufe 142 und 143 sowie eine zweite Zwischenüberhitzerstufe 144 und 145 aufweisen. Von der Anzapfdampfleitung 129 zweigen stromab der Rückschlagklappe 170 zweite Heizleitungen 162 und 163 ab, in denen Anzapfdampf zu den ersten Zwischenüberhitzerstufen 142 und 143 geführt wird. An den zweiten Zwischenüberhitzerstufen 144 und 145 sind erste Heizdampfleitungen 160 und 161 zum Zuführen von Frischdampf vorgesehen, der in die Frischdampfleitung 125 bis 128 stromauf der Schnellschlussventile 146 bis 149 eingespeist wird.

Claims (10)

  1. Dampfturbinensystem für ein Kraftwerk, mit einer Dampfturbine (110, 111), die an ihrem Frischdampfeintritt (112 - 115) ein Frischdampfregelventil (117 - 120) aufweist und einen Anzapfdampfaustritt (116) hat, und einer Frischdampfumgehungsleitung (130) mit einem Drosselventil (132), die am Eintritt des Frischdampfregelventils (117 - 130) sowie an dem Anzapfdampfaustritt (116) zum Leiten von mit dem Drosselventil (132) gedrosseltem Frischdampf von stromauf des Frischdampfregelventils (117 - 120) zu dem Anzapfdampfaustritt (116) angeschlossen ist, wobei die Dampfturbine (110,111) mit dem Frischdampfregelventil (117 - 120) und die Frischdampfumgehungsleitung (130) mit dem Drosselventil (132) derart ausgelegt sind, dass die Dampfturbine (110, 111) sowohl im Nennbetriebszustand bei 100% Frischdampfmassenstrom als auch in einem Sonderbetriebszustand bei über 100% Frischdampfmassenstrom jeweils mit voll geöffnetem Frischdampfregelventil (117 - 120) fahrbar ist, wobei überschüssiger Frischdampfmassenstrom gegenüber dem Nennbetriebszustand an dem Eintritt des Frischdampfregelventils (117 - 120) via der Frischdampfumgehungsleitung (130) an der Dampfturbine (110,111) vorbeileitbar ist oder bei 100% Frischdampfmassenstrom ein Absenken des statischen Drucks des Frischdampfs durch Vorbeileiten eines vorherbestimmten Anteils des Frischdampfmassenstroms via der Frischdampfumgehungsleitung (130) erreichbar ist.
  2. Dampfturbinensystem nach Anspruch 1, wobei der Frischdampfmassenstrom in dem Sonderbetriebszustand von 102% bis zu 115% des Frischdampfmassenstroms im Nennbetriebszustand ist.
  3. Dampfturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Dampfturbinensystem (100) eine Frischdampfleitung (125 - 128) mit einem Schnellschlussventil (146 - 149) aufweist, die zum Zuführen von dem Fischdampfmassenstrom zu dem Frischdampfregelventil (117 - 120) an dieses angeschlossen ist, wobei die Fischdampfumgehungsleitung (130) zwischen dem Frischdampfregelventil (117 - 120) und dem Schnellschlussventil (146 - 149) der Frischdampfleitung (125 - 128) an dieser angeschlossen ist oder stromauf des Schnellschlussventils (146 - 149) angeschlossen ist.
  4. Dampfturbinensystem nach Anspruch 3, wobei am Frischdampfeintritt (112 - 115) ein Schnellschlussventil (146 - 149) vorgesehen ist und die Frischdampfumgehungsleitung (130) ein Schnellschlussventil (131) aufweist, das stromauf des Drosselventils (132) installiert ist.
  5. Dampfturbinensystem nach Anspruch 4, wobei das Schnellschlussventil (131) der Frischdampfumgehungsleitung (130) mit dem Schnellschlussventil (121 - 124) am Frischdampfeintritt (112 - 115) gekoppelt ist, so dass das Schnellschlussventil (131) der Frischdampfumgehungsleitung (130) mit dem Schnellschlussventil (121 - 124) am Frischdampfeintritt (112 - 115) auslöst.
  6. Dampfturbinensystem nach Anspruch 5, wobei das Drosselventil (132) mit dem Anzapfdampfaustritt (116) gekoppelt ist, so dass das Drosselventil (132) den Frischdampf auf den Anzapfdampfdruck im Anzapfdampfaustritt (116) drosselt.
  7. Dampfturbinensystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Dampfturbinensystem (100) eine Anzapfdampfleitung (129) aufweist, die an dem Anzapfdampfaustritt (116) angeschlossen ist und in die die Frischdampfumgehungsleitung (130) mündet.
  8. Kraftwerk mit einem Dampfturbinensystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Kraftwerk zum Überhitzen des Frischdampfs einen Zwischenüberhitzer (140, 141)aufweist, dem der Anzapfdampf zuführbar ist.
  9. Kraftwerk nach Anspruch 8, wobei der Zwischenüberhitzer (140, 141) zweistufig ausgeführt ist.
  10. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 8 oder 9, wobei am Anzapfdampfaustritt (116) eine Rückschlaglappe (170, 171) vorgesehen ist, stromauf der die Frischdampfumgehungsleitung (130) einmündet.
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