EP2324211A2 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer dampfkraftwerksanlage mit dampfturbine und prozessdampfverbraucher - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer dampfkraftwerksanlage mit dampfturbine und prozessdampfverbraucher

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EP2324211A2
EP2324211A2 EP09765678A EP09765678A EP2324211A2 EP 2324211 A2 EP2324211 A2 EP 2324211A2 EP 09765678 A EP09765678 A EP 09765678A EP 09765678 A EP09765678 A EP 09765678A EP 2324211 A2 EP2324211 A2 EP 2324211A2
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
turbine
mass flow
stage
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09765678A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Beul
Stefan Glos
Matthias Heue
Thomas Hofbauer
Ralf Hoffacker
Nils Lückemeyer
Norbert Pieper
Roland Sievert
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 EP09765678A priority Critical patent/EP2324211A2/de
Publication of EP2324211A2 publication Critical patent/EP2324211A2/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Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01K17/00—Using steam or condensate extracted or exhausted from steam engine plant
    • 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
    • F01K7/02—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 of multiple-expansion type
    • F01K7/025—Consecutive expansion in a turbine or a positive displacement engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/14—Combined heat and power generation [CHP]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/32—Direct CO2 mitigation

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a steam power plant and in particular a method for operating a steam power plant at different operating conditions.
  • the invention also relates to a steam power plant with a steam turbine and a process steam consumer to which the inventive method is executable.
  • Such steam power plants in particular steam power plant facilities for generating electrical energy, usually include a steam turbine and a fired boiler or gas and steam turbine power plant (GuD) a gas turbine with a downstream heat recovery steam generator and steam turbine.
  • DKW steam power plant
  • GuD gas and steam turbine power plant
  • a known method is the separation of carbon dioxide from an exhaust gas after a combustion process (post-combustion CO 2 capture - Postcap).
  • the carbon dioxide is separated in an absorption-desorption process with a detergent.
  • the exhaust gas is brought into contact with a selective solvent as a washing agent in an absorption column.
  • the absorption of carbon dioxide takes place by a chemical or physical process.
  • the purified waste gas is discharged from the absorption column for further processing or discharge.
  • the carbon dioxide-laden solvent is passed to separate the carbon dioxide and regeneration of the solvent in a desorption column.
  • the separation in the desorption column can be carried out thermally.
  • a gas-vapor mixture of gaseous carbon dioxide and evaporated solvent is expelled from the loaded solvent.
  • the evaporated solvent is then separated from the gaseous carbon dioxide.
  • the carbon dioxide can now be compressed and cooled in several stages. In liquid or frozen state, the carbon dioxide can then be sent for storage or recycling.
  • the regenerated solvent is passed again to the absorber column, where it can again absorb carbon dioxide from the exhaust gas containing carbon dioxide.
  • Steam are provided, which is taken from the steam turbine plant. After passing through the desorption column, the vapor condenses and is returned to the steam cycle.
  • a steam turbine plant usually consists of a high, a medium and a low pressure part.
  • a steam introduced into the high-pressure part is gradually expanded via the middle and the subsequent low-pressure part. Between the high and the medium pressure section, reheating takes place regularly.
  • the demarcation of medium and low pressure part is usually characterized by a Steam extraction possibility at the overflow line between middle and low pressure part.
  • the removal of steam from the overflow line for the purpose of CO2 capture is comparable to a process steam extraction, as is customary for district heating, for example.
  • the amount of extracted steam is dependent on the operation of the process steam consumer or the separator and can vary quite from 0% to 65%.
  • the amount of steam removed leads to a reduction of the steam mass flow, which is supplied to the subsequent turbine stage.
  • the vapor pressure at the extraction point will now drop to the same extent.
  • the vapor pressure also reduces the condensation temperature during heat dissipation. Since every heat consumer needs a defined temperature level, the vapor pressure at the extraction point must not fall below the associated saturated steam pressure. Thus, a process steam is contributed game as required at a pressure level of at least 2.7 bar for district heating with a flow temperature of 130 0 C.
  • the low-pressure turbine may also be adapted for operation with Dampfentnähme before turbine entry. For this purpose, either from the outset or subsequently, modifications are made to the low-pressure turbine, through which the
  • Low-pressure turbine is adjusted at the same form to a lower steam mass flow. Subsequent modification can be done, for example, with the subsequent installation of a Carbon dioxide separation device done in the power plant.
  • Known methods for adapting the low-pressure turbine to the lower mass flows are the replacement of one or more rows of blades to reduce the absorption capacity.
  • a disadvantage of this method is that in case of failure or desired shutdown of the process steam consumer or the carbon dioxide separation of the incurred in this case excess steam must be at least partially derived in the condenser, otherwise the pressure and temperature before the low-pressure turbine increases inadmissible.
  • the low-pressure turbine and the Abdampf Scheme the medium-pressure turbine could be designed from the outset for the higher pressures and temperatures, but this can lead to significant additional costs.
  • An object of the invention is to propose a method for operating a steam power plant with at least one steam turbine and a process steam consumer, in which an efficient operation under utilization of the available steam under improved utilization of the available steam is ensured in all operating conditions.
  • Another object of the invention is to propose a Dampfkraftwerksan- plant with at least one steam turbine and a process steam consumer, which ensures efficient operation in all operating conditions with improved utilization of the available steam.
  • the object directed to a method is achieved according to the invention by a method for operating a steam power plant with at least one steam turbine and a process steam consumer in which a steam mass flow is divided into a first partial mass flow and a second partial mass flow, wherein in a first operating state the first partial mass flow of Steam turbine and the second partial mass flow is supplied to the process steam consumers, and wherein in a second operating state, at least a portion of the second partial mass flow of the steam turbine is supplied to at least the first turbine stage.
  • the invention is based on the consideration that the steam power plant system is designed for operation with a process steam consumer, and thus the steam mass flow which can be introduced into the steam turbine is adapted to the first partial mass flow. Adapted means that the steam turbine runs through the first partial mass flow under full load or at nominal operating speed.
  • the steam power plant can also be operated for several operating states.
  • a first operating state the process steam consumer is in operation and receives the second partial mass flow.
  • the first partial mass flow is supplied to the steam turbine.
  • the shutdown or partial operation of the process steam consumer occurs, the second partial mass flow falls completely or partially in the form of excess steam.
  • At least part of the excess steam is now fed to the steam turbine after at least the first turbine stage.
  • at least one turbine stage is bypassed.
  • the introduction of the second partial mass flow after the first turbine stage increases the steam mass flow that can be introduced into the steam turbine so that a higher steam mass flow can be enforced if the steam pressure in front of the steam turbine remains virtually constant.
  • the shutdown or a partial operation of the process steam consumer in the second operating state can be done by failure or by intentional shutdown or intentional partial operation. Even when the process steam consumer is switched off, it may be necessary for a part of the second partial mass flow to be required for stand-by operation and only a part of the second partial mass flow to be obtained as excess steam.
  • An advantage of the operating method is in particular that reacts to a suddenly occurring excess steam very quickly, and this can be harnessed in the steam turbine.
  • the proposed operating method makes it possible to supply an increased steam mass flow to a steam turbine designed for a partial mass flow with a connected process steam consumer, so that a pressure increase of the steam upstream of the steam turbine is avoided, and thus the steam turbine does not have to be designed for higher pressures. Likewise, throttling at full load or unused deduction of the excess steam in the capacitor can be avoided.
  • the method for operating a steam power plant thus allows a substantially more efficient operation by increasing the overall efficiency of the power plant. This is achieved in that excess steam can be utilized in the steam turbine and no losses occur due to throttling of the first partial mass flow.
  • the invention also allows the subsequent installation of a process steam consumer while meeting economic conditions.
  • At least a part of the second partial mass flow is conducted into one or more bleed lines.
  • Part of the second partial mass flow is now used to feed the preheater connected to the tapping pipes, another part flows into the steam turbine and mixes with the main mass flow at the corresponding tapping point and now participates in the further expansion.
  • the second partial mass flow of the steam turbine is supplied completely to at least the first turbine stage.
  • This operating method is carried out in the second operating state.
  • the second partial mass flow which is obtained as excess steam, is thereby completely fed to the steam turbine.
  • On a division of the second partial mass flow, for example, for a stand-by operation is omitted. As a result, the entire excess steam is utilized in the steam turbine.
  • the second partial mass flow of the steam turbine is advantageous to supply at several turbine stages. This is possible because in the flow direction of the steam turbine at each turbine stage also a relaxation of the steam takes place, and thus steam mass flow is again introduced.
  • the second partial mass flow is thereby divided into a plurality of partial flows and each partial flow is supplied as excess steam to the steam turbine at another turbine stage. For example, as much excess steam is introduced into the second turbine stage as can be supplied to the second turbine stage. The excess steam which could not be introduced into the second turbine stage is then fed to the third turbine stage.
  • the excess steam which is additionally present is supplied to the fourth turbine stage, etc.
  • the largely complete accommodation of the excess steam in the steam turbine causes an increase in output of the steam turbine and leads to an increase in the efficiency ,
  • the steam turbine is preceded by a further steam turbine, wherein the further steam turbine at a first pressure stage is operated and the steam turbine is operated at a second pressure level, and wherein the first pressure level is set higher than the second pressure level.
  • the steam turbine with the second pressure stage is operated as a low-pressure turbine, and is connected downstream of a medium-pressure turbine.
  • the Dampfentnähme for the process steam consumer takes place between the medium-pressure and the low-pressure turbine.
  • the extraction point depends on the required steam parameters, which the process steam consumer demands. Accordingly, an arrangement is conceivable in which the steam is removed at another location. Thus, for example, in a high, medium and low pressure turbine arrangement, the steam extraction between the high and medium pressure turbine take place.
  • the supply of the second partial mass flow into the steam turbine takes place at a turbine stage at which a desired ratio between deliverable steam mass flow and power increase of the steam turbine is taken into account.
  • a turbine stage in the flow direction of the steam turbine is a relaxation of the steam and more steam mass flow is enforceable.
  • the power which can be achieved by the introduced steam mass flow also decreases with each additional turbine stage.
  • a steam mass flow to be introduced into the steam turbine which corresponds approximately to 100% of the steam mass flow upstream of the first turbine stage, can largely be delivered at approximately the third turbine stage.
  • the ratio of the division of the steam mass flow into the first partial mass flow and the second partial mass flow is regulated as a function of the operating state.
  • Appropriate measuring and control systems are planned for the control process.
  • the first partial mass flow is kept substantially constant in both operating states by the operating method.
  • the vapor pressure before the first turbine stage of the steam turbine can be kept almost at the same level, whereby the steam turbine adapted to the first partial mass flow and can be dispensed with a throttle message.
  • the proposed operating method when the process steam consumer is a carbon dioxide separator.
  • the second partial mass flow is used to support a desorption process.
  • the retrofitting of existing power plants is feasible at full load without the use of a throttle device.
  • the object of the invention directed to a steam power plant is solved by a steam power plant with a steam turbine and a process steam consumer, wherein the steam turbine has a first pressure stage and a second pressure stage, wherein a steam line is connected to the first
  • Compressor is connected, branched into a process steam line and an overflow, and that the process steam line is connected to the process steam consumer and the overflow line is connected to the second pressure stage, wherein a bypass line is provided which connects the overflow to the second pressure stage after at least the first turbine stage , And that steam at least the first turbine stage of the second pressure stage is guided past.
  • the invention is based on the consideration that the steam power plant is designed for operation with a process steam consumer, and thus the ability to swallow the Steam turbine is adapted to a reduced steam mass flow. Furthermore, a bypass line is provided which connects the overflow line with the second pressure stage of the steam turbine to at least the first turbine stage. As a result, steam can be bypassed during operation of the steam power plant at least at the first turbine stage of the second pressure stage.
  • the overflow allows to set the vapor pressure before the first turbine stage almost constant, whereby an adjustment of the second pressure stage to a reduced Dampfmas- senstrom is possible, and can be omitted at full load on a use of a throttle device.
  • the introduction of an excess steam through the bypass line in the second pressure stage after at least the first turbine stage also increases the power of the steam turbine and makes the introduction of the excess steam in a capacitor superfluous.
  • the proposed steam power plant is much more efficient in operation by a higher efficiency.
  • the efficiency increase is achieved by the utilization of the excess steam in the steam turbine. Since no use of a throttle valve is necessary at full load, there are no losses due to throttling of the steam mass flow.
  • the invention also allows the subsequent installation of a process steam consumer while meeting economic conditions.
  • bypass lines which connect the Sprint- flow line with the second pressure stage after at least the first turbine stage with different turbine stages, so that steam can be passed past at least the first turbine stage and at several turbine stages can be introduced.
  • the bypass line branches into a plurality of partial lines, which are each connected to different turbine stages of the steam turbine.
  • the second pressure stage is designed for a lower pressure than the first pressure stage.
  • the second pressure stage is a steam turbine for low pressure.
  • the first pressure stage is a steam turbine for medium pressure, which is connected downstream of a high-pressure steam turbine.
  • the arrangement of the branch of the bypass line depends on the required steam parameters, which the process steam consumer demands.
  • the process steam consumer is a separator for carbon dioxide
  • the steam parameters between the medium and low-pressure turbine are suitable for steam extraction.
  • the bypass line therefore branches off from the overflow line between the medium and low-pressure turbine. It is also an arrangement conceivable in which the steam is removed at another location.
  • the steam extraction between the high and medium pressure turbine take place, so that the first pressure stage is the high-pressure turbine and the second pressure stage is the medium-pressure turbine.
  • Another advantage is the switching of a control valve in the process steam line, so that depending on the operating case of the process steam consumer, the amount of the process steam consumer supplied steam mass flow is adjustable. A process steam that is not supplied to the process steam consumer thereby accumulates as excess steam. Also advantageous is the interconnection of a control valve in the bypass line, so that, depending on the operating case of the process steam consumer, an excess steam in the second pressure stage controlled by at least the first turbine stage can be introduced. As a result, the steam mass flow supplied to the first turbine stage of the steam turbine can be set substantially constant.
  • the overflow line is connected to one or more bleed lines. This will operate the feedwater preheater with some of the excess steam while another part flows into the turbine and participates in the further expansion.
  • a control valve is provided for regulating the steam mass flow to the tapping.
  • the process steam consumer is a separator for carbon dioxide.
  • the process steam line connects the steam line to a heat exchanger which is provided for heating a desorption column.
  • FIG. 1 shows an embodiment of an operating method for operating a steam power plant with a
  • FIG. 2 shows an embodiment of an operating method for operating a steam power plant with a
  • FIG. 3 shows a conventional steam power plant with a process steam consumer and throttle device
  • FIG. 4 shows an embodiment of a steam power plant with a process steam consumer and bypass line
  • FIG. 5 shows an embodiment of a steam power plant with a bleed line.
  • 1 shows an exemplary embodiment of an operating method for operating a steam power plant with a process steam consumer in a first operating state 7.
  • a schematic diagram showing a steam mass flow 4, a process steam consumer 3 and a steam turbine 2 is shown.
  • the steam mass flow 4 is divided into a first partial mass flow 5 and a second partial mass flow 6.
  • the first partial mass flow 5 is fed to the process steam consumer 3.
  • the second partial mass flow 6 of the steam turbine 2 is supplied at the first turbine stage 9.
  • the steam turbine 2 is designed for the second partial mass flow 6.
  • FIG. 2 shows the operating method for operating a steam power plant with a process steam consumer in a second operating state 8.
  • a steam mass flow 4 Analogous to FIG. 1, a steam mass flow 4, a process steam consumer 3 and a steam turbine 2 are shown.
  • the steam mass flow 4 is divided into a first partial mass flow 5 and a second partial mass flow 6.
  • the second partial mass flow 6 is fed to the steam turbine 2 at the first turbine stage 9.
  • the first partial mass flow 5 is fed to the steam turbine 2 at a turbine stage 10 following the first turbine stage.
  • the first partial mass flow 5 can be largely utilized in the steam turbine 2.
  • FIG. 3 shows a conventional steam power plant with a process steam consumer, as known from the prior art.
  • a steam turbine 2 which consists of a high-pressure turbine 16, a medium-pressure turbine 15 and two low-pressure turbines 14, as well as a process steam consumer 3 and a condenser 17, is connected to an outlet of the medium-pressure turbine 15, which is connected to a branch line in FIG a process steam line 19 and an overflow line 20 branches off.
  • the process steam line 19 is connected to a supply line of the process steam consumer 3.
  • a control valve 23 is connected.
  • the overflow line is associated with the intake of the low-pressure turbine 14.
  • a throttle valve 18 is connected.
  • the low-pressure turbines 14, a capacitor 17 is connected downstream.
  • a steam mass flow 4 is divided into a first partial mass flow 5 and a second partial mass flow 6 when the control valve 23 is open.
  • the control valve 23 is closed, the steam mass flow 4 is fed to the low-pressure turbines 14.
  • the throttle valve 18 is opened, so that the steam mass flow 4 of the low-pressure turbines is largely fed unthrottled.
  • the throttling is necessary because the low-pressure turbines
  • a steam turbine 2 which consists of a high-pressure turbine 16, a medium-pressure turbine 15 and a low-pressure turbine 14, and a process steam consumer 3 and a condenser 17 are not shown.
  • An embodiment with two low-pressure turbines 14 is not shown.
  • the medium-pressure turbine 15 is for a first Pressure stage 12 designed and the low-pressure turbine 14 for a second pressure stage 13. At an outlet of the medium-pressure turbine
  • a steam line 22 is connected, which branches off at a junction into a process steam line 19 and an overflow line 20.
  • the process steam line 19 is connected to a supply line of the process steam consumer 3.
  • a control valve 23 is connected in the process steam line 19, a control valve 23 is connected.
  • the overflow line 20 is connected to the inlet of the low-pressure turbine 14 at the first turbine stage 9.
  • a bypass line 21 branches off, which is connected to the low-pressure turbine 14 at a turbine stage 10 following the first turbine stage.
  • In the bypass tion 21 is a control valve 24 connected.
  • the low-pressure turbine is connected downstream of a capacitor 17th
  • a steam mass flow 4 is divided into a first partial mass flow 5 and a second partial mass flow 6 when the control valve 23 is open.
  • the first partial mass flow 5 is fed as process steam via the process steam line 19 to a process steam consumer 3.
  • the second partial mass flow 6 is supplied via the overflow line 20 of the steam turbine of the first turbine stage.
  • the steam mass flow which can be introduced at the first turbine stage 9 is adapted to the second partial mass flow 6.
  • the process steam consumer 3 is supplied with a reduced or no second partial mass flow 6.
  • the non-deliverable to the process steam consumer 3 steam mass flow now falls as excess steam, which would increase the pressure of the steam mass flow in front of the low-pressure turbine 14.
  • the control valve 24 is opened, whereby a part of the steam mass flow of the low-pressure turbine 14 can be supplied at a turbine stage 10 following the first turbine stage.
  • FIG 5 shows an exemplary embodiment of a steam power plant 1.
  • the steam power plant 1 is designed almost analogous to FIG 4.
  • two low-pressure turbines 14, and two second pressure stages 13 are provided.
  • two bypass lines 21 are present.
  • the overflow line 20 is additionally connected to the bleed lines 28.
  • a feedwater preheater 27 connected to the bleed line 21 is operated with a portion of the excess steam, while another portion of the excess steam flows into the low-pressure turbine 14 and participates in the further expansion.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage 1 mit wenigstens einer Dampfturbine 2 und einem Prozessdampfverbraucher 3, bei dem ein Dampfmassenstrom 4 in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6 aufgeteilt wird. Hierbei wird in einem ersten Betriebszustand 7 der erste Teilmassenstrom 5 der Dampfturbine 2 und der zweite Teilmassenstrom 6 dem Prozessdampfverbraucher 3 zugeführt. In einem zweiten Betriebszustand 8 wird zumindest ein Teil des zweiten Teilmassenstroms 6 der Dampfturbine 2 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 zugeführt. Die Erfindung betrifft außerdem eine Dampf kraftwerksanlage 1 an der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Dampfkraft- werksanlage mit Dampfturbine und Prozessdampfverbraucher
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage und insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage bei unterschiedlichen Betriebszuständen . Die Erfindung betrifft außerdem eine Dampfkraftwerksanlage mit einer Dampfturbine und einem Prozessdampfverbraucher, an der das erfindungsgemäße Verfahren ausführbar ist.
Solche Dampfkraftwerksanlagen (DKW) , insbesondere Dampfkraft- Werksanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie, umfassen in der Regel eine Dampfturbine und einen befeuerten Kessel oder als Gas- und Dampfturbinenkraftwerksanlage (GuD) eine Gasturbine mit nachgeschaltetem Abhitzedampferzeuger und Dampfturbine .
Bei Kraftwerksanlagen mit fossiler Befeuerung entsteht durch die Verbrennung eines fossilen Brennstoffes ein kohlendioxid- haltiges Abgas. Dieses Abgas wird in der Regel in die Atmosphäre entlassen. Das sich in der Atmosphäre ansammelnde Koh- lendioxid behindert die Wärmeabstrahlung unserer Erde und führt dabei durch den so genannten Treibhauseffekt zu einer Erhöhung der Erdoberflächentemperatur. Um eine Reduzierung der Kohlendioxid-Emission bei fossilbefeuerten Kraftwerksanlagen zu erreichen, kann Kohlendioxid aus dem Abgas abge- trennt werden.
Zur Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Gasgemisch sind allgemein verschiedene Methoden bekannt. Ein bekanntes Verfahren ist die Abtrennung von Kohlendioxid aus einem Abgas nach einem Verbrennungsprozess (post-combustion CO2 capture - Postcap) . Bei diesem Verfahren wird das Kohlendioxid in einem Absorptions-Desorptions-Prozess mit einem Waschmittel abgetrennt . In einem klassischen Absorptions-Desorptions-Prozess wird dabei das Abgas in einer Absorptionskolonne mit einem selektiven Lösungsmittel als Waschmittel in Kontakt gebracht. Dabei erfolgt die Aufnahme von Kohlendioxid durch einen chemischen oder physikalischen Prozess. Das gereinigte Abgas wird für eine weitere Verarbeitung oder Austragung aus der Absorptionskolonne ausgelassen. Das mit Kohlendioxid beladene Lösungsmittel wird zur Abtrennung des Kohlendioxids und Regene- rierung des Lösungsmittels in eine Desorptionskolonne geleitet. Die Abtrennung in der Desorptionskolonne kann thermisch erfolgen. Dabei wird aus dem beladenen Lösungsmittel ein Gas- Dampfgemisch aus gasförmigem Kohlendioxid und verdampften Lösungsmittel ausgetrieben. Das verdampfte Lösungsmittel wird anschließend von dem gasförmigen Kohlendioxid separiert. Das Kohlendioxid kann nun in mehreren Stufen verdichtet und gekühlt werden. In flüssigem oder gefrorenem Zustand kann das Kohlendioxid dann einer Lagerung oder Verwertung zugeführt werden. Das regenerierte Lösungsmittel wird erneut zur Absor- berkolonne geleitet, wo es wieder Kohlendioxid aus dem koh- lendioxidhaltigen Abgas aufnehmen kann.
Zum Austreiben des Kohlendioxids aus dem beladenen Lösungsmittel wird eine Wärmeleistung auf einem Temperaturniveau von ca. 120 bis 1500C benötigt. Diese Wärmeleistung kann durch
Dampf bereit gestellt werden, der aus der Dampfturbinenanlage entnommen wird. Nach dem Durchlauf der Desorptionskolonne kondensierte der Dampf und wird wieder dem Dampfkreislauf zurück geführt.
Eine Dampfturbinenanlage besteht in der Regel aus einem Hoch- , einem Mittel- und einem Niederdruckteil. Ein in den Hochdruckteil eingeleiteter Dampf wird stufenweise über den Mittel- und den anschließenden Niederdruckteil entspannt. Zwi- sehen dem Hoch- und dem Mitteldruckteil findet regelmäßig eine Zwischenüberhitzung statt. Die Abgrenzung von Mittel- und Niederdruckteil kennzeichnet sich in der Regel durch eine Dampfentnahmemöglichkeit an der Überströmleitung zwischen Mittel- und Niederdruckteil.
Die Entnahme von Dampf aus der Überströmleitung zum Zwecke der CO2-Abscheidung ist vergleichbar mit einer Prozessdampf- auskopplung, wie sie zum Beispiel zur Fernwärmeversorgung üblich ist. Die Menge an entnommenem Dampf ist dabei abhängig von der Betriebsweise des Prozessdampfverbrauchers oder der Abscheidevorrichtung und kann dabei durchaus von 0% bis 65% variieren. Die entnommene Dampfmenge führt zu einer Reduzierung des Dampfmassenstroms, welcher der nachfolgenden Turbinenstufe zugeführt wird.
Als Folge der Dampfentnahme wird nun in gleichem Maße der Dampfdruck an der Entnahmestelle absinken. Mit dem Dampfdruck sinkt auch die Kondensationstemperatur bei der Wärmeabgabe. Da jeder Wärmeverbraucher ein definiertes Temperaturniveau benötigt, darf der Dampfdruck an der Entnahmestelle den dazugehörigen Sattdampfdruck nicht unterschreiten. So wird bei- spielsweise zur Fernwärmeversorgung mit einer Vorlauftemperatur von 1300C ein Prozessdampf auf einem Druckniveau von mindestens 2,7 bar benötigt.
Um diesem Problem zu begegnen, ist es aus dem Stand der Tech- nik bekannt, eine Drosselvorrichtung vor die Niederdruckturbine zu schalten. Damit ist es möglich, den Druck entsprechend der Temperaturanforderung eines entsprechenden Wärmeverbrauchers einzustellen. Der Nachteil besteht allerdings darin, dass die Drosselung des verbleibenden Dampfes thermo- dynamisch zu einem hohen Verlust führt.
Alternativ kann die Niederdruckturbine auch für einen Betrieb mit Dampfentnähme vor Turbineneintritt angepasst sein. Dazu werden entweder von vornherein oder nachträglich Modifikatio- nen an der Niederdruckturbine vorgenommen, durch welche die
Niederdruckturbine bei gleichem Vordruck auf einen geringeren Dampfmassenstrom angepasst wird. Eine nachträgliche Modifikation kann zum Beispiel bei nachträglicher Installation einer Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung in die Kraftwerksanlage erfolgen. Bekannte Verfahren zu Anpassung der Niederdruckturbine auf die geringeren Massenströme sind der Austausch einer oder mehrerer Schaufelreihen zur Verringerung der Schluckfä- higkeit. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass bei Ausfall oder gewünschtem Abschalten des Prozessdampfverbrauchers oder der Kohlendioxid-Abscheidevorrichtung der in diesem Betriebsfall anfallende überschüssige Dampf zumindest teilweise in den Kondensator abgeleitet werden muss, da sonst der Druck und die Temperatur vor der Niederdruckturbine unzulässig ansteigt. Alternativ könnte die Niederdruckturbine und der Abdampfbereich der Mitteldruckturbine von vornherein für die höheren Drücke und Temperaturen ausgelegt werden, was jedoch zu deutlichen Mehrkosten führen kann.
Genereller Nachteil an Dampfkraftwerksanlagen mit Prozessdampfverbrauchern die aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind entweder die für den Betrieb mit Dampfauskopplung erforderliche verlustbehaftete Drosselung oder der Verlust von überschüssigem Dampf, der im Betriebszustands ohne Dampfauskopplung anfällt, und ungenutzt in den Kondensator geleitet werden muss. Diese Verluste führen zu einer unerwünschten Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrades der Dampfkraftwerksanlage. Die Wirtschaftlichkeit einer solchen Dampfkraft- Werksanlage mit Prozessdampfauskopplung ist daher deutlich geringer .
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage mit wenigstens einer Dampfturbine und einem Prozessdampfverbraucher vorzuschlagen, bei dem in allen Betriebszuständen ein effizienter Betrieb unter Verwertung des verfügbaren Dampfes unter verbesserter Ausnutzung des verfügbaren Dampfes gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Dampfkraftwerksan- läge mit wenigstens einer Dampfturbine und einem Prozessdampfverbraucher vorzuschlagen, die in allen Betriebszuständen einen effizienten Betrieb unter verbesserter Ausnutzung des verfügbaren Dampfes gewährleistet. Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage mit wenigstens einer Dampfturbine und einem Pro- zessdampfverbraucher, bei dem ein Dampfmassenstroms in einen ersten Teilmassenstrom und einen zweiten Teilmassenstrom aufgeteilt wird, wobei in einem ersten Betriebszustand der erste Teilmassenstrom der Dampfturbine und der zweite Teilmassenstrom dem Prozessdampfverbraucher zugeführt wird, und wobei in einem zweiten Betriebszustand zumindest ein Teil des zweiten Teilmassenstroms der Dampfturbine nach wenigstens der ersten Turbinenstufe zugeführt wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Dampfkraftwerksanlage für den Betrieb mit einem Prozessdampfverbraucher ausgelegt ist, und somit der in die Dampfturbine einbringbare Dampfmassenstrom dem ersten Teilmassenstrom an- gepasst ist. Angepasst heißt, dass die Dampfturbine durch den ersten Teilmassenstrom unter Volllast bzw. bei Nennbetriebs- zahl läuft.
Die Dampfkraftwerksanlage ist darüber hinaus für mehrere Be- triebszustände betreibbar. In einem ersten Betriebszustand ist der Prozessdampfverbraucher in Betrieb und bekommt den zweiten Teilmassenstrom zugeführt. Der erste Teilmassenstrom wird der Dampfturbine zugeführt. Kommt es nun in einem zweiten Betriebszustand zur Abschaltung oder Teilbetrieb des Prozessdampfverbrauchers, fällt der zweite Teilmassenstrom vollständig oder teilweise als Überschussdampf an. Zumindest ein Teil des Überschussdampfes wird nun der Dampfturbine nach wenigstens der ersten Turbinenstufe zugeführt. Dazu wird zumindest eine Turbinenstufe umgangen. Durch die Einleitung des zweiten Teilmassenstroms nach der ersten Turbinenstufe wird der einbringbare Dampfmassenstrom der Dampfturbine erhöht, so dass bei nahezu gleichbleibendem Dampfdruck vor der Dampfturbine ein höherer Dampfmassenstrom durchsetzbar wird. Die Abschaltung oder ein Teilbetrieb des Prozessdampfverbrauchers im zweiten Betriebszustand kann dabei durch Ausfall oder durch gewolltes Abschalten oder gewollten Teilbetrieb erfolgen. Auch bei abgeschaltetem Prozessdampfverbraucher kann es erforderlich sein, dass ein Teil des zweiten Teilmassenstroms für einen Stand-by-Betrieb benötigt wird und nur ein Teil des zweiten Teilmassenstroms als Überschussdampf anfällt. Ein Vorteil des Betriebsverfahrens ist insbesondere, dass auf einen plötzlich anfallenden Überschussdampf sehr schnell reagiert, und dieser in der Dampfturbine nutzbar gemacht werden kann.
Durch das vorgeschlagene Betriebsverfahren ist es möglich, einer für einen Teilmassenstrom ausgelegte Dampfturbine mit einem angeschlossenen Prozessdampfverbraucher einen erhöhten Dampfmassenstrom zuzuführen, so dass ein Druckanstieg des Dampfes vor der Dampfturbine vermieden wird, und somit die Dampfturbine nicht für höhere Drücke ausgelegt werden muss. Ebenso kann eine Drosselung bei voller Last oder ein unge- nutztes Ableiten des Überschussdampfes in den Kondensator vermieden werden.
Das Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage ermöglicht somit einen wesentlichen effizienteren Betrieb durch einen erhöhten Gesamtwirkungsgrad der Kraftwerksanlage. Dies wird dadurch erreicht, dass Überschussdampf in der Dampfturbine verwertet werden kann und keine Verluste durch Drosslung des ersten Teilmassenstroms entstehen. Die Erfindung ermöglicht zudem die nachträgliche Installation eines Prozess- dampfverbrauchers unter Erfüllung ökonomischer Bedingungen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Betriebsverfahrens, wird im zweiten Betriebszustand zumindet ein Teil des zweiten Teilmassenstroms in eine oder mehrere Anzapfleitungen gelei- tet . Ein Teil des zweiten Teilmassenstroms wir nun dafür verwendet, den an die Anzapfleitungen angeschlossenen Vorwärmer zu speisen, ein anderer Teil strömt in die Dampfturbine und mischt sich an der entsprechenden Anzapfstelle mit dem Hauptmassenstrom und nimmt nun an der weiteren Expansion teil.
In Abhängigkeit vom Betriebszustand ist es ebenso von Vor- teil, den zweiten Teilmassenstrom der Dampfturbine nach wenigstens der ersten Turbinenstufe komplett zuzuführen. Dieses Betriebsverfahren wird im zweiten Betriebszustand durchgeführt. Der zweite Teilmassenstrom, der als Überschussdampf anfällt, wird dabei vollständig der Dampfturbine zugeführt. Auf eine Aufteilung des zweiten Teilmassenstroms, zum Beispiel für einen Stand-by-Betrieb wird verzichtet. Dadurch wird der gesamte Überschussdampf in der Dampfturbine verwertet.
Um eine weitgehend vollständige Unterbringung des Überschussdampfes in der Dampfturbine zu erreichen, ist es vorteilhaft, den zweite Teilmassenstrom der Dampfturbine bei mehreren Turbinenstufen zuzuführen. Dies ist möglich, da in Strömungsrichtung der Dampfturbine bei jeder Turbinenstufe auch eine Entspannung des Dampfes erfolgt, und somit wieder Dampfmassenstrom einbringbar wird. Im Betriebsverfahren wird der zweite Teilmassenstrom dabei in mehrere Teilströme aufgeteilt und jeder Teilstrom als Überschussdampf der Dampfturbine bei einer anderen Turbinenstufe zugeführt. Beispielsweise wird in die zweite Turbinenstufe soviel Überschussdampf eingebracht, wie der zweiten Turbinenstufe zuführbar ist. Der Überschussdampf, der nicht in die zweite Turbinenstufe einbringbar war, wird dann der dritten Turbinenstufe zugeführt. Wird die Menge an einbringbarem Überschussdampf auch in der dritten Turbi- nenstufe erreicht, wird der darüber hinaus vorhandene Überschussdampf der vierten Turbinenstufe zugeführt, usw.. Die weitgehend vollständige Unterbringung des Überschussdampfes in die Dampfturbine bewirkt eine Leistungssteigerung der Dampfturbine und führt zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades.
In einer besonderen Ausgestaltung des Betriebsverfahrens, wird der Dampfturbine eine weitere Dampfturbine vorgeschaltet, wobei die weitere Dampfturbine bei einer ersten Druck- stufe betrieben wird und die Dampfturbine bei einer zweiten Druckstufe betrieben wird, und wobei die erste Druckstufe höher eingestellt wird als die zweite Druckstufe. Die Dampfturbine mit der zweiten Druckstufe wird als Niederdruckturbine betrieben, und ist einer Mitteldruckturbine nachgeschaltet. Die Dampfentnähme für den Prozessdampfverbraucher erfolgt zwischen der Mitteldruck- und der Niederdruckturbine. Die Entnahmestelle richtet sich dabei nach den erforderlichen Dampfparametern, die der Prozessdampfverbraucher fordert. Demnach ist auch eine Anordnung denkbar, bei der die Dampfentnahme an einer anderen Stelle erfolgt. So kann zum Beispiel auch bei einer Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinenanordnung die Dampfentnahme zwischen der Hoch- und Mitteldruckturbine erfolgen.
Vorteilhafterweise erfolgt die Zuführung des zweiten Teilmassenstroms in die Dampfturbine bei einer Turbinenstufe an der ein gewünschtes Verhältnis zwischen zustellbarem Dampfmassenstrom und Leistungssteigerung der Dampfturbine berücksichtigt wird. Mit jeder Turbinenstufe in Strömungsrichtung der Dampfturbine erfolgt eine Entspannung des Dampfes und ist mehr Dampfmassenstrom durchsetzbar. Allerdings sinkt auch mit jeder weiteren Turbinenstufe die durch den eingebrachten Dampfmassenstrom erzielbare Leistung. Beispielsweise wird ein in die Dampfturbine einzubringenden Dampfmassenstrom, der etwa 100% dem Dampfmassenstrom vor der ersten Turbinenstufe entspricht, bei etwa der dritten Turbinenstufe weitgehend zustellbar.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Betriebsverfahrens wird das Verhältnis der Aufteilung des Dampfmassenstroms in den ersten Teilmassenstrom und den zweiten Teilmassenstrom in Abhängigkeit des Betriebszustands geregelt. Für den Regelpro- zess sind entsprechende Mess- und Regelsysteme vorgesehen. Durch eine an den Betriebszustand angepasste Regelung ist eine schnelle Reaktion auf Veränderungen der Betriebsweise des Prozessdampfverbrauchers möglich. Dadurch kann zum Beispiel bei Ausfall des Prozessdampfverbrauchers der im zweiten Be- triebszustand als Überschussdampf anfallende zweite Teilmassenstrom ohne große Verluste in der Dampfturbine nutzbar gemacht werden.
Vorteilhaft ist auch, dass durch das Betriebsverfahren der erste Teilmassenstrom in beiden Betriebszuständen im Wesentlichen konstant gehalten wird. Somit kann der Dampfdruck vor der ersten Turbinenstufe der Dampfturbine nahezu auf gleichem Niveau gehalten werden, wodurch die Dampfturbine auf den ers- ten Teilmassenstrom angepasst und auf eine Drosseldung verzichtet werden kann.
Besonders von Vorteil ist das vorgeschlagene Betriebsverfahren wenn der Prozessdampfverbraucher eine Kohlendioxid- Abscheidevorrichtung ist. Im ersten Betriebszustand wird der zweite Teilmassenstroms dazu zur Unterstützung eines Desorp- tionsprozesses verwendet. Die Nachrüstung bereits bestehender Kraftwerksanlagen ist dabei bei voller Last ohne den Einsatzeiner Drosselvorrichtung realisierbar.
Die auf eine Dampfkraftwerksanlage gerichtete Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Dampfkraftwerksanlage mit einer Dampfturbine und einem Prozessdampfverbraucher, wobei die Dampfturbine eine erste Druckstufe und eine zweiten Druckstu- fe aufweist, wobei eine Dampfleitung, die mit der ersten
Druckstufe verbunden ist, in eine Prozessdampfleitung und eine Überströmleitung aufzweigt, und dass die Prozessdampfleitung mit dem Prozessdampfverbraucher verbunden ist und die Überströmleitung mit der zweiten Druckstufe verbunden ist, wobei eine Bypassleitung vorgesehen ist, welche die Überströmleitung mit der zweiten Druckstufe nach wenigstens der ersten Turbinenstufe verbindet, und dass Dampf an wenigstens der ersten Turbinenstufe der zweiten Druckstufe vorbeiführbar ist.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die Dampfkraftwerksanlage für den Betrieb mit einem Prozessdampfverbraucher ausgelegt ist, und somit die Schluckfähigkeit der Dampfturbine auf einen reduzierten Dampfmassenstrom angepasst ist. Ferner ist eine Bypassleitung vorgesehen, die die Überströmleitung mit der zweiten Druckstufe der Dampfturbine nach wenigstens der ersten Turbinenstufe verbindet. Dadurch ist im Betrieb der Dampfkraftwerksanlage Dampf an wenigstens der ersten Turbinenstufe der zweiten Druckstufe vorbeifurbar . Die Überströmleitung ermöglicht, den Dampfdruck vor der ersten Turbinenstufe nahezu konstant einzustellen, wodurch eine Anpassung der zweiten Druckstufe an einen reduzierten Dampfmas- senstrom möglich ist, und bei voller Last auf einen Einsatz einer Drosselvorrichtung verzichtet werden kann. Die Einleitung eines Überschussdampfes durch die Bypassleitung in die zweite Druckstufe nach wenigstens der ersten Turbinenstufe erhöht zudem die Leistung der Dampfturbine und macht die Ein- leitung des Überschussdampfes in einen Kondensator überflüssig.
Die vorgeschlagene Dampfkraftwerksanlage ist durch einen höheren Wirkungsgrad wesentlichen effizienter im Betrieb. Die Wirkungsgraderhöhung wird erreicht durch die Verwertung des Überschussdampfes in der Dampfturbine. Da bei voller Last kein Einsatz einer Drosselklappe notwendig ist, entstehen keine Verluste durch Drosslung des Dampfmassenstroms. Die Erfindung ermöglicht zudem die nachträgliche Installation eines Prozessdampfverbrauchers unter Erfüllung ökonomischer Bedingungen .
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Dampfkraftwerksanlage sind mehrere Bypassleitungen vorgesehen, welche die Über- Strömleitung mit der zweiten Druckstufe nach wenigstens der ersten Turbinenstufe mit unterschiedlichen Turbinenstufen verbinden, so dass Dampf an wenigstens der ersten Turbinenstufe vorbeifürbar ist und an mehreren Turbinenstufen einleitbar ist. Dazu zweigt die Bypassleitung in mehrere Teil- leitung auf, die jeweils mit unterschiedlichen Turbinenstufen der Dampfturbine verbunden sind. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Dampfkraftwerksan- lage ist die zweite Druckstufe für einen niedrigeren Druck ausgelegt, als die erste Druckstufe. Die zweite Druckstufe ist eine Dampfturbine für Niederdruck. Demnach ist die erste Druckstufe eine Dampfturbine für Mitteldruck, die einer Hochdruckdampfturbine nachgeschaltet ist. Die Anordnung der Abzweigung der Bypassleitung richtet sich nach den erforderlichen Dampfparametern, die der Prozessdampfverbraucher fordert. Ist beispielsweise der Prozessdampfverbraucher eine Ab- scheidevorrichtung für Kohlendioxid, sind die Dampfparameter zwischen Mittel- und Niederdruckturbine für eine Dampfentnahme geeignet. Die Bypassleitung zweigt daher von der Überströmleitung zwischen der Mittel- und Niederdruckturbine ab. Es ist auch eine Anordnung denkbar, bei der die Dampfentnahme an einer anderen Stelle erfolgt. So kann zum Beispiel auch bei einer Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinenanordnung die Dampfentnahme zwischen der Hoch- und Mitteldruckturbine erfolgen, so dass die erste Druckstufe die Hochdruckturbine und die zweite Druckstufe die Mitteldruckturbine ist.
Von Vorteil ist auch die Schaltung eines Regelventils in die Prozessdampfleitung, so dass in Abhängigkeit vom Betriebsfall des Prozessdampfverbrauchers die Menge eines dem Prozess- dampfverbraucher zugeführten Dampfmassenstroms regelbar ist. Ein dem Prozessdampfverbraucher nicht zugeführter Prozessdampf fällt dabei als Überschussdampf an. Ebenso vorteilhaft ist die Verschaltung eines Regelventils in die Bypassleitung, so dass in Abhängigkeit vom Betriebsfall des Prozessdampfverbrauchers ein Überschussdampf in die zweite Druckstufe nach wenigstens der ersten Turbinenstufe geregelt einleitbar ist. Dadurch ist der der ersten Turbinenstufe der Dampfturbine zugeführte Dampfmassenstrom weitgehend konstant einstellbar .
In einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Dampfkraftwerks- anlage ist die Überströmleitung mit einer oder mehreren Anzapfleitungen verbunden. Dadurch wird der Speisewasservorwärmer mit einem Teil des überschüssigen Dampfes betrieben, wäh- rend ein anderer Teil in die Turbine strömt und an der weiteren Expansion teilnimmt. Zur Regelung des Dampfmassenstroms zur Anzapfleitung ist ein Regelventil vorgesehen.
In einer besonderen Ausgestaltung der Dampfkraftwerksanlage ist der Prozessdampfverbraucher eine Abscheidevorrichtung für Kohlendioxid. Dabei verbindet die Prozessdampfleitung die Dampfleitung mit einem Wärmetauscher, der für die Beheizung einer Desorptionskolonne vorgesehen ist.
Weitere Vorteile der Dampfkraftwerksanlage ergeben sich in analoger Weise aus den entsprechenden Weiterbildungen des voranbeschriebenen Betriebsverfahrens zum Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage .
Nachfolgend wir die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:
FIG 1 ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsverfahrens zum Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage mit einem
Prozessdampfverbraucher bei einem ersten Betriebszustand
FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsverfahrens zum Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage mit einem
Prozessdampfverbraucher bei einem zweiten Betriebszustand
FIG 3 eine konventionelle Dampfkraftwerksanlage mit einem Prozessdampfverbraucher und Drosselvorrichtung
FIG 4 ein Ausführungsbeispiel einer Dampfkraftwerksanlage mit einem Prozessdampfverbraucher und Bypassleitung
FIG 5 ein Ausführungsbeispiel einer Dampfkraftwerksanlage mit einer Anzapfleitung . Fig 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Betriebsverfahrens zum Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage mit einem Prozessdampfverbraucher bei einem ersten Betriebszustand 7. Zu sehen ist eine Prinzipskizze, in der ein Dampfmassenstrom 4, ein Prozessdampfverbraucher 3 und eine Dampfturbine 2 dargestellt ist. Der Dampfmassenstrom 4 teilt sich in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6. Der erste Teilmassenstrom 5 wird dem Prozessdampfverbraucher 3 zugeführt. Der zweite Teilmassenstrom 6 der Dampfturbine 2 bei der ersten Turbinenstufe 9 zugeführt. Die Dampfturbine 2 ist dabei ausgelegt auf den zweiten Teilmassenstrom 6.
In FIG 2 wird das Betriebsverfahren zum Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage mit einem Prozessdampfverbraucher bei einem zweiten Betriebszustand 8 gezeigt. Analog zu FIG 1 sind ein Dampfmassenstrom 4, ein Prozessdampfverbraucher 3 und eine Dampfturbine 2 dargestellt. Der Dampfmassenstrom 4 wird in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6 aufgeteilt. Der zweite Teilmassenstrom 6 wird der Dampfturbine 2 bei der ersten Turbinenstufe 9 zugeführt. Der erste Teilmassenstrom 5 wird im zweiten Betriebszustand 8 der Dampfturbine 2 bei einer der ersten Turbinenstufe folgenden Turbinenstufe 10 zugeführt. Somit kann der erste Teilmassenstrom 5 weitgehend in der Dampfturbine 2 nutzbar gemacht wer- den.
In FIG 3 ist eine konventionelle Dampfkraftwerksanlage mit einem Prozessdampfverbraucher dargestellt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zu sehen ist eine Dampfturbine 2, die aus einer Hochdruckturbine 16, einer Mitteldruckturbine 15 und zwei Niederdruckturbinen 14 besteht, sowie ein Prozessdampfverbraucher 3 und ein Kondensator 17. An einem Aus- lass der Mitteldruckturbine 15 ist eine Dampfleitung 22 angeschlossen, die an einer Aufzweigung in eine Prozessdampflei- tung 19 und eine Überströmleitung 20 aufzweigt. Die Prozessdampfleitung 19 ist verbunden mit einer Zuleitung des Prozessdampfverbrauchers 3. In die Prozessdampfleitung 19 ist ein Regelventil 23 geschaltet. Die Überströmleitung ist ver- bunden mit den Einlassen der Niederdruckturbinen 14. In die Überströmleitung ist eine Drosselklappe 18 geschaltet. Den Niederdruckturbinen 14 ist ein Kondensator 17 nachgeschaltet.
Im Betrieb der konventionellen Dampfkraftwerksanlage mit Prozessdampfverbraucher wird bei geöffnetem Regelventil 23 ein Dampfmassenstrom 4 in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6 aufgeteilt. Um die Niederdruckturbinen 14 effizient betreiben zu können, ist eine Drosse- lung der Dampfturbinen 14 durch die Drosselklappe 18 erforderlich. Bei geschlossenem Regelventil 23 wird der Dampfmassenstrom 4 den Niederdruckturbinen 14 zugeführt. Dazu wird die Drosselklappe 18 geöffnet, so dass der Dampfmassenstrom 4 den Niederdruckturbinen weitgehend ungedrosselt zuführbar ist. Die Drosselung ist notwendig, da die Niederdruckturbinen
14 für den gesamten Dampfmassenstrom 4 auszulegen sind.
In FIG 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dampfkraftwerksanlage 1 mit einem Prozessdampfverbraucher und Bypassleitung 21 dargestellt. Zu sehen ist eine Dampfturbine 2, die aus einer Hochdruckturbine 16, einer Mitteldruckturbine 15 und einer Niederdruckturbine 14 besteht, sowie ein Prozessdampfverbraucher 3 und ein Kondensator 17. Nicht dargestellt ist ein Ausführungsbeispiel mit zwei Niederdruckturbi- nen 14. Die Mitteldruckturbine 15 ist für eine erste Druckstufe 12 ausgelegt und die Niederdruckturbine 14 für eine zweite Druckstufe 13. An einem Auslass der Mitteldruckturbine
15 ist eine Dampfleitung 22 angeschlossen, die an einer Aufzweigung in eine Prozessdampfleitung 19 und eine Überström- leitung 20 aufzweigt. Die Prozessdampfleitung 19 ist verbunden mit einer Zuleitung des Prozessdampfverbrauchers 3. In die Prozessdampfleitung 19 ist ein Regelventil 23 geschaltet. Die Überströmleitung 20 ist verbunden mit dem Einlass der Niederdruckturbine 14 bei der ersten Turbinenstufe 9. Von der Überströmleitung 20 zweigt eine Bypassleitung 21 ab, die mit der Niederdruckturbine 14 bei einer der ersten Turbinenstufe folgenden Turbinenstufe 10 verbunden ist. In die Bypasslei- tung 21 ist ein Regelventil 24 geschaltet. Der Niederdruckturbine nachgeschaltet ist ein Kondensator 17.
Im Betrieb der erfindungsgemäßen Dampfkraftwerksanlage 1 wird bei geöffnetem Regelventil 23 ein Dampfmassenstrom 4 in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6 aufgeteilt. Der erste Teilmassenstrom 5 wird als Prozessdampf über die Prozessdampfleitung 19 eine Prozessdampfverbraucher 3 zugeführt. Der zweite Teilmassenstrom 6 wird über die Über- Strömleitung 20 der Dampfturbine beider ersten Turbinenstufe zugeführt. Der bei der ersten Turbinenstufe 9 einbringbare Dampfmassenstrom ist an den zweiten Teilmassenstrom 6 ange- passt. Bei gedrosseltem oder geschlossenem Regelventil 23 wird dem Prozessdampfverbraucher 3 ein reduzierter oder kein zweiter Teilmassenstrom 6 zugeführt. Der dem Prozessdampfverbraucher 3 nicht zustellbare Dampfmassenstrom fällt nun als Überschussdampf an, der den Druck des Dampfmassenstroms vor der Niederdruckturbine 14 erhöhen würde. Da die Niederdruckturbine 14 für einen Betrieb ohne Überschussdampf ausge- legt ist, müsste dieser Überschussdampf in den Kondensator 17 abgeleitet werden. Um den Druck des Dampfmassenstroms nahezu konstant zu halten wird das Regelventil 24 geöffnet, wodurch ein Teil des Dampfmassenstroms der Niederdruckturbine 14 bei einer der ersten Turbinenstufe folgenden Turbinenstufe 10 zu- führbar ist.
FIG 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Dampfkraftwerksanlage 1. Die Dampfkraftwerksanlage 1 ist nahezu analog ausgeführt wie FIG 4. Zusätzlich sind jedoch zwei Niederdrucktur- binen 14, bzw. zwei zweite Druckstufen 13 vorgesehen. Somit sind auch zwei Bypassleitungen 21 vorhanden. Außerdem ist die Überströmleitung 20 zusätzlich mit den Anzapfleitungen 28 verbunden. Dadurch kann im Betrieb der Dampfkraftwerksanlage 1 ein an die Anzapfleitung 21 angeschlossener Speisewasser- vorwärmer 27 mit einem Teil des überschüssigen Dampfes betrieben, während ein anderer Teil des überschüssigen Dampfes in die Niederdruckturbine 14 strömt und an der weiteren Expansion teilnimmt. Mit der Erfindung ist ein Betrieb einer Dampfkraftwerksanlage mit wenigstens einer Dampfturbine und einem Prozessdampfverbraucher in allen Betriebszuständen mit hoher Effizienz möglich. Durch die schaltungstechnische Verbesserung ist zudem eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung gegenüber einer herkömmlichen Dampfkraftwerksanlage mit Prozessdampfverbraucher erzielbar. Die Wirkungsgraderhöhung wird erreicht durch die Verwertung des Überschussdampfes in der Dampfturbine bei einer der ersten Turbinenstufe folgenden Turbinenstufe. Da auf eine Drosselklappe verzichtet werden kann, entstehen keine Verluste durch Drosslung des Dampfmassenstroms.
22
Bezugszeichenliste
1 Dampfkraftwerksanlage
2 Dampfturbine
3 ProzessdampfVerbraucher
4 Dampfmassenstrom
5 Erster Teilmassenstrom
6 Zweiter Teilmassenstrom
7 Erster Betriebszustand
8 Zweiter Betriebszustand
9 Erste Turbinenstufe
10 Eine der ersten Turbinenstufe folgende Turbinenstufe
11 Weitere Dampfturbine
12 Erste Druckstufe
13 Zweite Druckstufe
14 Niederdruckturbine
15 Mitteldruckturbine
16 Hochdruckturbine
17 Kondensator
18 Drosselklappe
19 Prozessdampfleitung
20 Überströmleitung
21 Bypassleitung
22 Dampfleitung
23 Regelventil
24 Regelventil
25 Übers chus sdampf
27 Speisewasservorwärmer
28 Anzapfleitung

Claims

17Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftwerksanlage 1 mit wenigstens einer Dampfturbine 2 und einem Prozess- dampfverbraucher 3, bei dem ein Dampfmassenstrom 4 in einen ersten Teilmassenstrom 5 und einen zweiten Teilmassenstrom 6 aufgeteilt wird, wobei in einem ersten Betriebszustand 7 der erste Teilmassenstrom 5 der Dampfturbine 2 und der zweite Teilmassenstrom 6 dem Prozessdampf- Verbraucher 3 zugeführt wird, und wobei in einem zweiten Betriebszustand 8 zumindest ein Teil des zweiten Teilmassenstroms 6 der Dampfturbine 2 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem zweiten Betriebszustand 8 von dem zweiten Teilmassenstrom 6 ein Teil der Dampfturbine 2 und ein anderer Teil einer Anzapfstelle der Dampfturbine 2 zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zweite Teilmassenstrom 6 der Dampfturbine 2 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, bei dem der zweite Teilmassenstrom 6 der Dampfturbine 2 bei mehreren Turbinenstufen zugeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Dampfturbine eine weitere Dampfturbine vorgeschaltet wird, wobei die weitere Dampfturbine bei einer ersten
Druckstufe 12 betrieben wird und die Dampfturbine bei einer zweiten Druckstufe 13 betrieben wird, und wobei die erste Druckstufe 12 höher eingestellt wird als die zweite Druckstufe 13.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Dampfturbine mit der zweiten Druckstufe 13 als Niederdruckturbine 14 betrieben wird. 18
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem der zweite Teilmassenstrom 6 der Dampfturbine 2 bei einer Turbinenstufe 10 zugeführt wird, wobei ein gewünschtes Verhältnis zwischen zustellbarem Dampfmassenstrom und Leistungssteigerung der Dampfturbine 2 berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das Verhältnis der Aufteilung des Dampfmassenstroms 4 in den ersten Teilmassenstrom 5 und den zweiten Teilmassenstrom 6 in Abhängigkeit des Betriebszustands geregelt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem der erste Teilmassenstrom 5 in beiden Betriebszuständen 7, 8 im Wesentlichen konstant gehalten wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei im ersten Betriebszustand 7 der zweite Teilmassenstrom 6 zur Unterstützung eines Absorptionsprozesses von Kohlendioxid aus einem Rauchgas verwendet wird.
11. Dampfkraftwerksanlage 1 mit einer Dampfturbine 2 und einem Prozessdampfverbraucher 3, wobei die Dampfturbine 2 eine erste Druckstufe 12 und eine zweiten Druckstufe 13 aufweist, wobei eine Dampfleitung 22 , die mit der ersten Druckstufe 12 verbunden ist, in eine Prozessdampfleitung 19 und eine Überströmleitung 20 aufzweigt, und dass die Prozessdampfleitung 19 mit dem Prozessdampfverbraucher 3 verbunden ist und die Überströmleitung 20 mit der zweiten Druckstufe 13 verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung 21 vorgesehen ist, welche die Überströmleitung 20 mit der zweiten Druckstufe 13 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 verbindet, so dass Dampf an wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 der zweiten Druckstufe 13 vorbeiführbar ist. 19
12. Dampfkraftwerksanlage 1 nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Bypassleitungen 21 vorgesehen sind, welche die Überströmleitung 20 mit der zweiten Druckstufe 13 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 mit unterschiedlichen Turbinenstufen verbinden, so dass
Dampf an wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 vorbeifür- bar ist und an mehreren Turbinenstufen einleitbar ist.
13. Dampfkraftwerksanlage 1 nach Anspruch 11 oder 12, da- durch gekennzeichnet, dass die zweite Druckstufe 13 für einen niedrigeren Druck ausgelegt ist, als die erste Druckstufe 12.
14. Dampfkraftwerksanlage 1 nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Druckstufe 13 eine Dampfturbine für Niederdruck 14 ist.
15. Dampfkraftwerksanlage 1 nach einem der Ansprüche 11 bis
14, dadurch gekennzeichnet, dass in die Prozessdampflei- tung 19 ein Regelventil 23 geschaltet ist, so dass in Abhängigkeit vom Betriebsfall des Prozessdampfverbrauchers 3 die Menge eines zugeführten Dampfmassenstroms regelbar ist, wobei der nicht zugeführte Dampfmassenstrom als Überschussdampf anfällt.
16. Dampfkraftwerksanlage 1 nach einem der Ansprüche 11 bis
15, dadurch gekennzeichnet, dass in die Bypassleitung 21 ein Regelventil 24 geschaltet ist, so dass in Abhängigkeit vom Betriebsfall des Prozessdampfverbrauchers 3 ein Überschussdampf in die zweite Druckstufe 13 nach wenigstens der ersten Turbinenstufe 9 geregelt einleitbar ist, so dass der der ersten Turbinenstufe 9 der Dampfturbine 2 zugeführte Dampfmassenstrom weitgehend konstant einstellbar ist.
17. Dampfkraftwerksanlage 1 nach einem der Ansprüche 11 bis
16, dadurch gekennzeichnet, dass die Überströmleitung 20 mit einer Anzapfleitung 28 verbunden ist, so dass im Be- 20
trieb der Dampfkraftwerksanlage 1 ein an die Anzapfleitung 28 angeschlossener Speisewasservorwärmer 27 mit Dampf aus der Überströmleitung 20 betreibbar ist.
18. Dampfkraftwerksanlage 1 nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Prozessdampfverbraucher 3 eine Abscheidevorrichtung für Kohlendioxid ist.
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