EP2712393A2 - Zusätzliche regelanzapfung für einen vorwärmer zur verbesserung der anlagendynamik und frequenzregelung bei einem dampfkraftwerk - Google Patents

Zusätzliche regelanzapfung für einen vorwärmer zur verbesserung der anlagendynamik und frequenzregelung bei einem dampfkraftwerk

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EP2712393A2
EP2712393A2 EP12729098.9A EP12729098A EP2712393A2 EP 2712393 A2 EP2712393 A2 EP 2712393A2 EP 12729098 A EP12729098 A EP 12729098A EP 2712393 A2 EP2712393 A2 EP 2712393A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
power plant
energy
preheater
turbine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12729098.9A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang WIESENMÜLLER
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2712393A2 publication Critical patent/EP2712393A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • 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
    • F01K17/06—Returning energy of steam, in exchanged form, to process, e.g. use of exhaust steam for drying solid fuel or 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
    • F01K7/16—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
    • F01K7/22—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 the turbines having inter-stage steam heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F01K7/34—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 extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series

Definitions

  • the invention relates to a method for a tap for a preheater, in particular for a high-pressure preheater, a steam power plant, in particular a coal-fired power plant, and a water-steam cycle in a steam power plant.
  • a steam power plant is a type of power plant for
  • the steam required for operating the steam turbine is first of all generated in a steam boiler, usually previously cleaned and conditioned (feed) water. By further heating the steam in a superheater, the temperature and specific volume of the steam increase. From the steam boiler, the steam flows via pipelines into the steam turbine, where it delivers part of its previously absorbed energy as kinetic energy to the turbine. To the turbine, a generator is coupled, which converts mechanical Leis ⁇ tion into electrical power.
  • the expanded and cooled steam flows into the con ⁇ capacitor, where it is condensed by heat transfer to the environment and accumulates as liquid water.
  • condensate pumps and preheaters through the water is temporarily stored in a feedwater tank and then fed via a feed pump to the boiler again, making a circuit is closed.
  • a coal-fired power plant is a special form of steam power plant in which coal is used as the main fuel for steam generation.
  • Such coal-fired power plants are known for lignite as well as hard coal.
  • the condenser being arranged ⁇ , in which the steam - after expansion in the turbine - the largest part of its heat transfer to the cooling water. During this process, the vapor liquefies by condensation.
  • the feed water pump promotes the resulting liquid water as feed water again in the water tube boiler, whereby the circuit is closed. All applicable in a steam power plant or coal power plant information, such as measured values, process ⁇ or state data is displayed in a control room, where, usually, evaluated in a central processing unit, wherein operation states of individual power plant components displayed, analyzed, monitored, controlled, and / or regulated.
  • a power plant operator can intervene in a Be ⁇ operating sequence of the coal power plant, for example by opening or closing a valve or a valve or by changing a supplied amount of fuel.
  • a central component of such a control room is a control computer, on which a block management, a central control or regulating and / or regulating unit, is implemented, by means of which a control, a control and / or a regulation of the steam or coal power plant can be carried out .
  • frequency control in power grids, a distinction is made between different types of frequency control, for example a primary control and a secondary control with or without a so-called dead band.
  • the frequency of the elec ⁇ tric energy is the integrating control variable and assumes the mains frequency rating, as long as power generation and power consumption are in balance.
  • the speeds of the power plant generators connected to a power grid are synchronized with this grid frequency.
  • Fluctuations in power consumption are distributed through the primary control system to the power plants involved in primary control throughout the power grid. For this, they provide a so-called primary control reserve, ie a power reserve, which is automatically supplied by the participating power plants to the power grid in order to compensate for the imbalance between generation and consumption within seconds by regulating the generation.
  • the primary control thus serves to stabilize the network frequency with as small a deviation as possible, but at a level deviating from a prescribed nominal power frequency value.
  • the subsequent to the primary control Sekundärregelun has the task to restore the balance between the Stromerzeu ⁇ like and consumers in the power grid and thereby the network frequency again to the predetermined Netzfre quenznennwert, z. B. 50 Hz, due.
  • the power plants involved in the secondary control provide a secondary control reserve in order to restore the grid frequency to the nominal grid frequency and restore the balance in the grid.
  • the Secondary control requested by a parent network controller in the power grid at the power plants involved in the secondary control - and then submitted to this request from the power plants in the power grid.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus which make it possible to improve the dynamic system behavior of a steam power plant, in particular a coal-fired power plant. It is also the object of the invention to improve the frequency control in a steam power plant or coal-fired power plant, in particular the rate of power change and / or the scope of performance, ie the power control reserve.
  • the object is achieved by the method for a tap for a pre-heater, particularly for a high-pressure preheater, a steam power plant, in particular of a coal power plant, as well as through a water-steam circuit at a steam ⁇ power plant, in particular a coal fired power station, having the features according to the respective independent claim solved.
  • a higher-energy steam is tapped on a turbine of the steam power plant and admixed with it to a low-energy steam tapped on the turbine.
  • the tapped mixed steam is consequently higher in energy than the tapped steam, to which the higher energy steam is added.
  • the attached ⁇ tapped blended a higher steam pressure and / or a higher temperature than the tapped steam, the applied ⁇ is mixed.
  • the vapor mixture of the low-energy and the admixed higher-energy steam is fed to a preheater, in particular a high-pressure preheater, of the steam power plant, in particular for heating a feedwater flowing through the preheater.
  • a preheater in particular a high-pressure preheater
  • the lead to a last high-pressure preheater stage.
  • Cianzapfung means that is precisely metered by control / regulation di admixture of the tapped higher-energy steam to the tapped low-energy steam, for example by exact adjustment of a flow of the tapped higher-energy steam.
  • An "economizer" inlet temperature or a feedwater end temperature can be used as the manipulated variable of such a control, whereby the control / regulation can be implemented in a block guide of the system.
  • a turbine and a preheater are arranged in the water-steam cycle.
  • Such preheaters are known as high-pressure preheaters or low-pressure preheaters.
  • high-pressure or low-pressure preheater Usually there are several such high-pressure or low-pressure preheater - as (preheating) stages - carried out one behind the other, in which the heating of the there passed through feed water (Hochtikvor Techr) or condensate (Niederdruckvor lockerr) over several re (temperature) stages.
  • a first tapping line is connected to the turbine, with which higher-energy steam can be tapped on the turbine.
  • a second Anzapflei ⁇ device is connected, with which low-energy steam can be tapped on the turbine.
  • the first and second bleed are connection element via a mixing ⁇ device, such as via a simple pipeline, coupled with which the concentrate see vapor from the first bleed line and the civilenerge diagram vapor from the second bleed are miscible.
  • a supply line is connected, with which the vapor mixture from the higher energy steam and the low-energy steam to the preheater, in particular the high-pressure preheater, in particular the last high-pressure preheater, fed, in particular to a heating of a flowing through the preheater Spei sebergs fed, is.
  • Last Hochdruckvorierresti referred to that high-pressure preheater stage or those high-pressure preheater, after which the feed water - from the preheating - finally exits and the steam generator is supplied.
  • the invention provides an admixture of a tapped on the turbine higher energy steam to a tapped on the turbine low-energy Damp fes, wherein the energy of the low-energy steam, in particular a temperature and a pressure ofmainenerge table steam is increased.
  • the vapor mixture is in particular used for the heating of the high-pressure preheater or fed through the high-pressure preheater feedwater.
  • the heating occurs in the last high-pressure preheater (also the highest Hochdruckvorskyrmmeasure be ⁇ records).
  • High pressure preheater possibly for several or all high pressure preheater, provided.
  • regulated / controlled admixing hö ⁇ herenergetischem steam to a low energy extraction steam can be achieved by increasing the temperature of the vapor Anzapf- rapid and targeted performance change of the location on ⁇ achieve particular in a partial load operation of the plant.
  • “Fast” in this context is to be understood as meaning that the increase in power sets in a short time, ie that a large positive roastgra ⁇ can be operated.
  • “Targeted” means that the change in power is regulated / controlled to a given power state.
  • the power change or performance increase may be required in the context of a frequency or primary and / or secondary control of the steam power plant, in particular of the coal power plant, or a fire fault of the steam power plant.
  • a power increase in the range of 2-15% of a rated power lie.
  • This power increase is particularly in a Zeitbe ⁇ range of 5-600 s, particularly preferably in the range of 5- 30 s, build up.
  • the additional power may then be maintained for a further period of time in the range of at least 5-50 minutes, especially for a period of 5-30 minutes.
  • the regulation / control can be performed by the guide block via an "economizer" inlet temperature or Suitewasserendtemperatur as a manipulated variable of the regulator / controller.
  • the invention proves in many respects to be fixed ⁇ Lich advantageous.
  • the invention makes it possible to improve the dynamic system behavior and the frequency regulation in a steam power plant, in particular in a coal-fired power plant, in an advantageous and advantageously simple manner.
  • the corresponding temperature gradients can be limited, thus ensuring a correspondingly gentle system operation.
  • the higher-energy steam and the low-energy steam are tapped on the same turbine part of the turbine, in particular on a high-pressure part or on a medium-pressure part of the turbine.
  • feed water is heated in the high-pressure preheater, in particular in a last high-pressure preheating stage, or else condensate is heated in a low-pressure preheater.
  • the admixing is controlled and / or controlled by the higher-energy steam to the low-energy steam, in particular by a block guide of the steam power plant and in particular by using an "economizer" inlet temperature or a feedwater end temperature as the manipulated variable.
  • the invention can be provided to use the invention to increase the temperature and / or increase the pressure of the low-energy steam tapped, wherein by the admixture of the higher-energy steam to the low-energy steam, a temperature of in particular up to about 20 Kelvin and / or a pressure in particular up to 5 bar is increased.
  • the invention can be used in a rapid, specific power change of the steam power plant, in particular the driven in a partial load operation of the steam power plant, where ⁇ is effected at the power change through the temperature increase of the low-energy steam tapped.
  • the invention can be used in a frequency control, in particular in a secondary and / or a primary control, in the steam power plant, wherein the mixing of the higher-energy steam to the low-energy steam, a rapid change in performance for a in the context of frequency control, in particular the Secondary and / or primary control, requested power change of the steam power plant is effected and / or by mixing of the higher-energy steam to the low-energy steam, a frequency control range, in particular a primary and / or secondary control range, is increased in the steam power plant.
  • the invention can be used for increasing smoothness in the steam power plant, wherein fire damage in the steam power plant by a rapid change in performance - achieved by a controlled and / or controlled mixing of the higher energy steam to the low-energy steam - are adjusted.
  • the invention can also be used in addition to an increase in power in the steam power plant by using a contained in a process medium of the steam power plant, in particular in addition to throttling a high-pressure turbine control valve, an overload introduction to a high pressure turbine part, a condensate backwater, a seepage water side bypass a Hochdruckvorierrs and / or a throttling a tapping steam line to the high pressure preheater.
  • the invention can also be used concurrently in an operation, in particular in a part-load operation, of the steam power plant for regulating fire damage of the steam power plant.
  • the water-steam cycle and / or the mixing device has a control / control device, in particular implemented in one
  • the water-steam circuit at least comprises two units from each of the first bleed, the second bleed, the mixing device and the supply line and with each one of the at least two preheater ⁇ A units, in particular a high-pressure preheater, is supplied with the respective vapor mixture.
  • the second bleed line of a first unit is also the first bleed line of a second unit. This makes it possible to achieve a cascaded vapor mixture supply to the preheaters, which reduces the need for additional lines.
  • a plurality of such units may be provided which supply several or all high-pressure preheaters, but at least one last high-pressure preheater stage, with the respective vapor mixture.
  • the corresponding temperature gradients can be limited, thus ensuring a correspondingly gentle system operation.
  • a steam power plant in particular coal power plant can be provided, which has a water-steam cycle according to the invention.
  • Darge ⁇ provides, which will be explained in more detail below.
  • FIG. 2 shows a detailed section (HD turbine part) from the water-steam cycle according to FIG. 1,
  • High-pressure preheater for improving plant dynamics and frequency control in a steam power plant (coal-fired power plant) (FIGS. 1 to 3)
  • FIGS. 2 and 3 show a water-steam circuit or detail sections from the water-steam cycle of a coal-fired steam power plant 1.
  • Heat released by this is absorbed by a water tube boiler, steam generator 2 for short, and converts fed (feed) water 3 into steam / high-pressure steam 4.
  • the high-pressure steam 4 produced in the steam generator 2 enters the high-pressure part 11 of the steam turbine 10 and performs mechanical work there under relaxation and cooling.
  • the exhaust steam from the turbine is condensed in the condenser 30 using the main cooling water.
  • the accumulated Hauptkonden ⁇ sat is supplied from the main condensate to the low pressure (LP) - preheaters 40 and the feedwater tank 50 and thereby in the preheating stages 42 each with bleed steam 41 from the turbine 10 and from the two each two-sided low ⁇ led low pressure parts 13, 14th the turbine 10 warmed up.
  • the two feed water pumps take the required feed water 51 and carry it to the steam generator 2 again with an increase in pressure and further heating in the high-pressure (HP) preheaters 60.
  • HP high-pressure
  • tapping steam 61 from the turbine 10 or from the high-pressure part 11 and the double-flow medium pressure part 12 of the turbine 10 is again used.
  • the preheating will stretch out ⁇ ND 40 and HD-60 of multi-stage pre-heaters, each with ⁇ wells several ND 42 or HD preheaters 62nd
  • Figs 2 and 3 show the supply of the high-pressure preheater 60, 62, 63, 64, 65 with tapped steam 61 and 78, 79 and 95 from the high-pressure section 11 (FIG 2) or from the double-flow agent ⁇ pressure part 12 of the turbine 10 (FIG 3).
  • FIG 2 shows, at three points 71, 72, 73 of the squat ⁇ pressure member 11 of the turbine 10 each (tap) steam 75, 76, 77 tapped on the turbine 10.
  • first tapping point 71 which close befin at ⁇
  • a transfer area 74 in the high pressure part 11 of the turbine 10 ⁇ det energy bleed steam 75 to the turbine 10 is discharged, which the Tar limestone- at the second tapping point 72 ten, compared to the bleed steam 75 low-energy steam 76 - is fed - regulated via a regulated flow controller 80.
  • This steam mixture 78 or this An ⁇ tap steam 78 is the last high-pressure preheater stage 63 of the HD preheaters 60 for preheating the feed water 51 supplied ⁇ leads.
  • the bleed steam 76 removed at the second bleed point 72 of the turbine 10 or the high-pressure stage 11 of the turbine 10 reaches the vapor 77 at the third bleed point 73, which is low-energy compared to the bleed steam 76 - via a regulated flow regulator 80 - fed regulated.
  • This steam mixture 79 or this An ⁇ tap steam 79 is supplied to the penultimate Hochdruckvormaschinerch 64 of the HP preheaters 60 for preheating the feedwater 51.
  • FIG 3 shows, at two points 91, 92 of the medium-pressure ⁇ part 12 of the turbine 10 also each (tap) steam 93, 94 tapped on the turbine 10.
  • the tapping steam 93 of the turbine 10 is discharged via the first tapping point 91 there, which is supplied in a controlled manner to the steam 94, which is discharged at the second tapping point 92 there, in comparison with the tapping steam 93-via a regulated flow regulator 80.
  • This vapor mixture 95 or ⁇ this bleeder 95 is a forward of the two Hoch réellevor Anlagenrhandn 63 and 64 Hoch réellevorskarhand 65 of the HD preheaters 60 supplied for preheating the feed water 51st
  • the regulation / control of the admixtures by means of the regulated flow controller 80 is carried out by the block management of the system via the feedwater end temperature as a control variable of the control / control.
  • the flow guidance of the fluids takes place by means of complex pipelines 82 or a complex pipeline system 82, which, inter alia, provides additional shut-offs 81 for flow guidance in the area of the control taps.
  • Control taps can each temperature increases in about up to 20 K or pressure increases in about up to 5 bar in the respective vapor mixtures reach.
  • the dynamic investment behavior and the frequency control in the coal-fired power plant can be improved in an efficient and simple manner.
  • the frequency or primary and / or secondary control range can be increased.
  • the smooth running of the system improve, especially if this measure ⁇ exception is used an ongoing basis, in order to correct small fire disturbances, rather than - as usual - the fire entspre ⁇ accordingly nachzufahren.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Anzapfung für einen Vorwärmer eines Dampfkraftwerks sowie einen Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampfkraftwerk. Gemäß der Erfindung wird an einer Turbine des Dampfkraftwerks ein höherenergetischer Dampf angezapft und dieser einem an der Turbine angezapften niederenergetischen Dampf zugemischt. Das Dampfgemisch aus dem niederenergetischen und dem zugemischten höherenergetischen Dampf wird einem Vorwärmer, insbesondere einem Hochdruckvorwärmer, im Speziellen einer letzten Hochdruckvorwärmstufe des Hochdruckvorwärmers, des Dampfkraftwerks, insbesondere zu einer Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Speisewassers, zugeführt. Durch ein insbesondere geregeltes und/oder gesteuertes Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampf (Regelanzapfung) lässt sich insbesondere im Teillastbetrieb des Dampfkraftwerks durch eine Temperaturänderung des niederenergetischen Dampfes eine schnelle Leistungsänderung bei dem Dampfkraftwerk erzielen.

Description

Beschreibung
Zusätzliche Regelanzapfung für einen Vorwärmer zur Verbesserung der Anlagendynamik und Frequenzregelung bei einem Dampf- kraftwerk
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für eine Anzapfung für einen Vorwärmer, insbesondere für einen Hochdruckvorwärmer, eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, sowie einen Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampfkraftwerk.
Dampfkraftwerke bzw. thermische Kraftwerke sind weithin be¬ kannt, beispielsweise aus
http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfkraftwerk (erhältlich am 22.06.2011) .
Ein Dampfkraftwerk ist eine Bauart eines Kraftwerks zur
Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen, bei der eine thermische Energie von Wasserdampf in einer Dampfturbine in Bewe- gungsenergie umgesetzt und weiter in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
Bei einem solchen Dampfkraftwerk wird der zum Betrieb der Dampfturbine notwendige Wasserdampf zunächst in einem Dampf- kessel aus, in der Regel zuvor gereinigtem und aufbereitetem, (Speise-) Wasser erzeugt. Durch weiteres Erwärmen des Dampfes in einem Überhitzer nehmen Temperatur und spezifisches Volumen des Dampfes zu. Vom Dampfkessel aus strömt der Dampf über Rohrleitungen in die Dampfturbine, wo er einen Teil seiner zuvor aufgenommenen Energie als Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. An die Turbine ist ein Generator angekoppelt, der mechanische Leis¬ tung in elektrische Leistung umwandelt.
Danach strömt der entspannte und abgekühlte Dampf in den Kon¬ densator, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung kondensiert und sich als flüssiges Wasser sammelt. Über Kondensatpumpen und Vorwärmern hindurch wird das Wasser in einen Speisewasserbehälter zwischengespeichert und dann über eine Speisepumpe erneut dem Dampfkessel zugeführt, womit ein Kreislauf geschlossen wird.
Man unterscheidet verschiedene Dampfkraftwerksarten, wie bei¬ spielsweise Kohlekraftwerke, Ölkraftwerke, Gas-und-Dampf- Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke) .
Ein Kohlekraftwerk ist eine spezielle Form des Dampfkraftwerkes, bei welchem Kohle als hauptsächlicher Brennstoff zur Dampferzeugung verwendet wird. Man kennt solche kohlebefeuerten Kraftwerke für Braunkohle wie auch für Steinkohle.
In einem solchen Kohlekraftwerk wird entsprechend beschriebenem allgemeinen Kreislauf eines Dampfkraftwerkes zuerst in einer Kohlemühle Braun- oder Steinkohle gemahlen und getrocknet. Dieses wird dann in einen Brennerraum einer Staubfeuer- ung eingeblasen und dort vollständig verbrannt. Dadurch frei werdende Wärme wird von einem Wasserrohrkessel aufgenommen und wandelt das eingespeiste ( Speise- ) Wasser in Wasserdampf um. Der Wasserdampf strömt über Rohrleitungen zur Dampfturbine, in der er einen Teil seiner Energie durch Entspannung als Bewegungsenergie an die Turbine abgibt. Durch den an die Turbi¬ ne gekoppelten Generator wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umwandelt, welche als elektrischer Strom in ein Stromnetz eingespeist wird.
In der Regel unterhalb der Turbine ist der Kondensator ange¬ ordnet, in dem der Dampf - nach Entspannung in der Turbine - den größten Teil seiner Wärme an das Kühlwasser überträgt. Während dieses Vorganges verflüssigt sich der Dampf durch Kondensation . Die Speisewasserpumpe fördert das entstandene flüssige Wasser als Speisewasser erneut in den Wasserrohrkessel, womit der Kreislauf geschlossen ist. Sämtliche in einem Dampfkraftwerk bzw. Kohlekraftwerk anfallenden Informationen, wie beispielsweise Messwerte, Prozess¬ oder Zustandsdaten, werden in einer Leitwarte angezeigt und dort, meist in einer zentralen Recheneinheit, ausgewertet, wobei Betriebszustände einzelner Kraftwerkskomponenten ange- zeigt, ausgewertet, kontrolliert, gesteuert und/oder geregelt werden .
Über Steuerorgane kann ein Kraftwerkspersonal in einen Be¬ triebsablauf des Kohlekraftwerks eingreifen, beispielsweise durch Öffnen oder Schließen einer Armatur oder eines Ventils oder auch durch eine Veränderung einer zugeführten Brennstoffmenge .
Zentraler Bestandteil einer solchen Leitwarte ist ein Leit- rechner, auf welchem eine Blockführung, eine zentrale Kontroll- bzw. Steuer- und/oder Regeleinheit, implementiert ist, mittels welcher eine Kontrolle, eine Steuerung und/oder eine Regelung des Dampf- bzw. Kohlekraftwerks durchgeführt werden kann .
In einem deregulierten Strommarkt gewinnen ein flexibler Lastbetrieb von Kraftwerken und Einrichtungen zur Frequenzregelung in Stromnetzen für den Kraftwerksbetrieb immer mehr an Bedeutung .
Hinsichtlich der Frequenzregelung in Stromnetzen unterscheidet man verschiedene Arten der Frequenzregelung, beispielsweise eine Primärregelung und eine Sekundärregelung mit oder ohne sogenanntem Totband.
Da elektrische Energie auf dem Weg vom Erzeuger zum Verbrau¬ cher nicht gespeichert werden kann, muss Stromerzeugung und Stromverbrauch in jedem Augenblick im Stromnetz im Gleichge- wicht stehen, d.h. es muss genau so viel elektrische Energie erzeugt werden, wie verbraucht wird. Die Frequenz der elek¬ trischen Energie ist dabei die integrierende Regelgröße und nimmt den Netzfrequenznennwert an, solange sich Stromerzeu- gung und Stromverbrauch im Gleichgewicht befinden. Die Drehzahlen der an einem Stromnetz angeschlossenen Kraftwerksgeneratoren sind mit dieser Netzfrequenz synchronisiert.
Kommt es zu einem bestimmten Zeitpunkt zu einem Erzeugungsde- fizit im Stromnetz, so wird dieses Defizit zunächst durch ei¬ ne in Schwungmassen von rotierenden Maschinen (Turbinen, Generatoren) enthaltene Energie gedeckt. Die Maschinen werden dadurch abgebremst, wodurch deren Drehzahl und damit die (Netz- ) Frequenz weiter sinken.
Wird diesem Absinken der Netzfrequenz nicht durch geeignete Leistungs- bzw. Frequenzregelung im Stromnetz entgegengewirkt, würde dies zum Netzzusammenbruch führen. Innerhalb des sogenannten Totbandes im Bereich kleiner Fre¬ quenzabweichungen von bis zu +/- 0.07-0.1 Hz erfolgen im
Normalfall keinerlei Regeleingriffe. Möglich ist in diesem Bereich lediglich eine verzögerte langsame Gegensteuerung zur Kompensation bleibender Abweichungen zwischen Erzeugung und Verbrauch.
Größere Frequenzabweichungen im Bereich von 0.1-3.0 Hz, beispielsweise hervorgerufen durch Kraftwerksausfälle und
Schwankungen im Stromverbrauch, werden durch die Primärrege- lung auf die an der Primärregelung beteiligten Kraftwerke im gesamten Stromnetz aufgeteilt. Diese stellen dafür eine sogenannte Primärregelreserve, also eine Leistungsreserve, zur Verfügung, welche von den beteiligten Kraftwerken automatisch an das Stromnetz abgegeben wird, um dadurch das Ungleichge- wicht zwischen Erzeugung und Verbrauch innerhalb von Sekunden durch Regelung der Erzeugung auszugleichen. Die Primärregelung dient damit der Stabiiisierung der Netz- frequenz bei möglichst kleiner Abweichung, jedoch auf einem von einem vorgegebenen Netzfrequenznennwert abweichenden Ni- veau .
Die sich an die Primärregelung anschließende Sekundärregelun hat die Aufgabe, das Gleichgewicht zwischen den Stromerzeu¬ gern und -Verbrauchern im Stromnetz wieder herzustellen und dadurch die Netzfrequenz wieder auf den vorgegebenen Netzfre quenznennwert , z. B. 50 Hz, zurückzuführen.
Die an der Sekundärregelung beteiligten Kraftwerke stellen hierzu eine Sekundärregelreserve zur Verfügung, um die Netz¬ frequenz wieder auf den Netzfrequenznennwert zurückzuführen und das Gleichgewicht im Stromnetz wieder herzustellen.
Wohingegen die Anforderung der Primärregelreserve und die Ab¬ gabe der Primärregelreserve in das Stromnetz automatisch durch die Regeleinrichtungen der an der Primärregelung beteiligten Kraftwerke erfolgt (das Stromnetz als solches bzw. die Frequenzänderung im Stromnetz (er-) fordert die Primärregelre¬ serve) , wird die Sekundärregelung durch einen übergeordneten Netzregler im Stromnetz bei den an der Sekundärregelung beteiligten Kraftwerken angefordert - und dann auf diese Anforderung von den Kraftwerken in das Stromnetz abgegeben.
Zum Teil ist die Bereitstellung von Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelreserve für die Kraftwerke in - durch nationale Vorschriften - bestimmtem Umfang verpflichtend; von den Kraftwerken zur Verfügung gestellte Regelreserven werden den Kraftwerken in der Regel als spezielle Netzdienstleistungen vergütet.
Selbst für große moderne Wärmekraftanlagen mit überkritischen Dampferzeugern, welche üblicherweise in einem Grundlastbe¬ trieb fahren, kann eine Teilnahme an der Frequenzregelung oder einem Nicht-Grundlastbetrieb wirtschaftlich attraktiv sein. Auch wird mit einem Ausbau von regenerativen Energien (Windenergie) eine Verschärfung von Anforderungen an eine Regelfähigkeit selbst großer Kraftwerkseinheiten erwartet.
Ferner ist bekannt, dass eine, beispielsweise im Falle einer Frequenzregelung erforderliche, Leistungssteigerung eines Kohlekraftwerks aus einem beliebigen Leistungspunkt heraus wesentlich länger dauert („Leistungsträgheit"), als bei¬ spielsweise bei Pumpspeicher- oder Gaskraftwerken, bei denen die Leistung bei Bedarf im Sekundenbereich abgerufen werden kann.
Ein Grund für diese „Leistungsträgheit" bei Kohlekraftwerken ist eine „thermische Trägheit" des Brennstoffs Kohle. D.h., eine Änderung der Kohlebefeuerung führt erst nach einer län- geren Verzögerung, d.h. nach einer Verzögerung in einem Minutenbereich, zu einer Leistungsänderung des Kohlekraftwerks (Änderung einer Wirkleistung des Kohlekraftwerks oder einer ausgekoppelten Wärmeleistung (Prozessdampf) ) , was in erster Linie an einem zeitaufwendigen Vorgang einer Kohlezufuhr und -Zerkleinerung liegt. Leistungen und auch Leistungserhöhungen, wie im Falle von Regelreserven, können so nur zeitverzögert in die entsprechenden Strom- bzw. Verteilnetze abgegeben werden . Diese auf diese Weise von Kohlekraftwerken fahrbaren Leistungsrampen bzw. Leistungsgradienten sind zwar moderat; dennoch können Netzanschlussbedingungen von derzeit in Deutschland gültigen Transmission Codes (Mindestanforderung) mit beispielsweise einer geforderten Primärregelreserve von 2 % Leistungssteigerung in 30 Sekunden erfüllt werden.
Gelänge es, eine höhere Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelreserve bei einem Kohlekraftwerk bereitzustellen als nach den nationalen Vorschriften mindestens erforderlich, könnte diese von einem Kohlekraftwerksbetreiber mit entsprechend höherem Gewinn vermarktet werden. Darüber hinaus gibt es Länder, welche - je nach Größe des Netzes und Struktur von Stromerzeugungseinheiten - von Haus aus höhere Leistungsgradienten bzw. Frequenzregelreserven von Kraftwerken als Netzanschlussbedingungen für ihre Netze for- dern. Beispielsweise fordert ein britischer Grid Code eine 10 % Leistungssteigerung innerhalb von 10 Sekunden.
Zur Beschleunigung von Leistungsänderungen im Rahmen der Frequenzregelung bzw. Primär- und/oder der Sekundärregelung bei Kohlekraftwerken ist es bekannt („Flexible Load Operation and Frequency Support for Steam Turbine Power Plants", Wichtmann et al., VGB PowerTech 7/2007, Seiten 49 - 55), schnell wirkende Zusatzmaßnahmen einzusetzen, welche auf die Nutzung von im Prozessmedium des kohlebefeuerten Kraftwerks, d.h. im Speisewasser bzw. Wasserdampf, enthaltener Energie beruhen, wie Drosselung von Hochdruck-Turbinenregelventile, Überlast¬ einleitung zur Hochdruckteilturbine, Kondensatstau, speise- wasserseitige Umgehung von Hochdruckvorwärmern sowie Andros- selung der Anzapfdampfleitungen zu den Hochdruckvorwärmern.
Dieser Prozessmedium immanente Energiespeicher ist allerdings begrenzt, so dass auch die dadurch zur Verfügung stellbare Regelreserve begrenzt ist. Hinzu kommt, dass dadurch auch der Betriebsbereich, innerhalb dessen eine Frequenzregelung mög- lieh ist, entsprechend begrenzt ist.
Weiterhin ist es bekannt, dass bei Dampfkraftwerken bzw. Koh- lekraftwerken Feuerstörungen auftreten, welche zu einem unruhigen Anlagenbetrieb führen. Hier ist es Aufgabe, diese Stö- rungen bzw. Betriebsschwankungen auszuregeln, um den Anlagenbetrieb zu verstetigen und die Anlagendynamik zu optimieren.
Üblicherweise erfolgt die Ausregelung dieser Störungen bzw. Schwankungen dadurch, dass die Feuerung entsprechend verän- dert wird. D.h., man nutzt diejenige Stellgröße, welche die Störungen verursacht, um die Störungen auszugleichen. Auch dieser Ausgleich führt zu einem unruhigen Anlagenbetrieb. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche es ermöglichen, das dynamische Anlagenverhalten eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, zu verbessern. Auch liegt der Erfin- dung die Aufgabe zugrunde, die Frequenzregelung bei einem Dampfkraftwerk bzw. Kohlekraftwerk, insbesondere die Leis- tungsänderungsgeschwindigkeit und/oder den Leistungsumfang, d.h. die Leistungsregelreserve, zu verbessern. Die Aufgabe wird durch das Verfahren für eine Anzapfung für einen Vorwärmer, insbesondere für einen Hochdruckvorwärmer, eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks, sowie durch einen Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampf¬ kraftwerk, insbesondere einem Kohlekraftwerk, mit den Merkma- len gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.
Gemäß dem erfindungemäßen Verfahren wird an einer Turbine des Dampfkraftwerks ein höherenergetischer Dampf angezapft und dieser einem an der Turbine angezapften niederenergetischen Dampf zugemischt.
Dabei sind die relativen Begriffe „höher" und „nieder" je¬ weils in Bezug auf die beiden angezapften Dämpfe zu verste¬ hen. Der angezapfte zugemischte Dampf ist demzufolge energe- tisch höher als der angezapfte Dampf, dem der energetisch höhere Dampf zugemischt wird. So weist beispielsweise der ange¬ zapfte zugemischte Dampf einen höheren Druck und/oder eine höhere Temperatur auf als der angezapfte Dampf, dem zuge¬ mischt wird.
Nach oben hin begrenzt bzw. als zumischbarer, energiereichster Dampf kann dabei der in die Turbine bzw. in die Hochdruckturbine einströmende Frischdampf verwendet werden. Ange¬ zapft an der Turbine mag in diesem Zusammenhang auch so ver- standen werden, dass die Anzapfung nicht nur unmittelbar an der Turbine/Turbineneintritt bzw. an der Hochdruckturbi¬ ne/Hochdruckturbineneintritt erfolgt, sondern auch an der in die Turbine bzw. in die Hochdruckturbine führende Frisch¬ dämpfleitung .
Das Dampfgemisch aus dem niederenergetischen und dem zugemischten höherenergetischen Dampf wird einem Vorwärmer, insbesondere einem Hochdruckvorwärmer, des Dampfkraftwerks, ins besondere zu einer Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Speisewassers, zugeführt. Insbesondere erfolgt die Zu führung zu einer letzten Hochdruckvorwärmerstufe.
Durch ein insbesondere geregeltes und/oder gesteuertes Zumi¬ schen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergeti¬ schen Dampf (Regelanzapfung) lässt sich insbesondere im Leis tungsregelbetrieb des Dampfkraftwerks durch eine Temperatur¬ änderung des niederenergetischen Dampfes eine schnelle Leis¬ tungsänderung bei dem Dampfkraftwerk erzielen. Insbesondere, wenn die Erfindung im Betrieb der Anlage mitlaufend einge¬ setzt wird, anstatt - wie sonst üblich - bei Feuerstörungen das Feuer entsprechend nachzufahren, lässt sich durch die Er findung die Laufruhe der Anlage verbessern.
Regelanzapfung meint dabei, dass durch Steuerung/Regelung di Zumischung des angezapften höherenergetischen Dampfes zu dem angezapften niederenergetischen Dampf exakt dosiert wird, beispielsweise durch exakte Einstellung eines Durchflusses des angezapften höherenergetischen Dampfes. Als Stellgröße einer solchen Regelung kann eine „Economizer" Eintrittstempe ratur oder eine Speisewasserendtemperatur verwendet werden. Die Steuerung/Regelung kann dabei in einer Blockführung der Anlage implementiert sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Wasser-Dampf-Kreislauf des Dampf- kraftwerks sind eine Turbine sowie ein Vorwärmer, insbesonde re ein Hochdruckvorwärmer, in dem Wasser-Dampf-Kreislauf an- geordnet .
Solche Vorwärmer sind als Hochdruckvorwärmer oder als Niederdruckvorwärmer bekannt. In der Regel sind jeweils mehrere solche Hochdruck- bzw. Niederdruckvorwärmer - als (Vorwärm- ) Stufen - hintereinander ausgeführt, in welchen die Erwärmung des dort durchgeleiteten Speisewassers (Hochdruckvorwärmer) oder Kondensats (Niederdruckvorwärmer) über mehre re (Temperatur-) Stufen erfolgt.
Weiter ist mit der Turbine eine erste Anzapfleitung verbunden, mit welcher höherenergetischer Dampf an der Turbine anzapfbar ist. Auch ist mit der Turbine eine zweite Anzapflei¬ tung verbunden, mit welcher niederenergetischer Dampf an der Turbine anzapfbar ist.
Die erste und die zweite Anzapfleitung sind über eine Misch¬ vorrichtung, beispielsweise über ein einfaches Rohrleitungs- verbindungselement , gekoppelt, mit welcher der höherenergeti sehe Dampf aus der ersten Anzapfleitung und der niederenerge tische Dampf aus der zweiten Anzapfleitung mischbar sind.
Mit der Mischvorrichtung und dem Vorwärmer ist eine Zuführleitung verbunden, mit welcher das Dampfgemisch aus dem höherenergetischen Dampf und dem niederenergetischen Dampf dem Vorwärmer, insbesondere dem Hochdruckvorwärmer, insbesondere der letzten Hochdruckvorwärmerstufe, zuführbar, insbesondere zu einer Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Spei sewassers zuführbar, ist.
Letzte Hochdruckvorwärmerstufe bezeichnet dabei diejenige Hochdruckvorwärmerstufe bzw. denjenigen Hochdruckvorwärmer, nach welchem das Speisewasser - aus der Vorwärmung - endgültig austritt und dem Dampferzeuger zugeführt wird.
Vereinfacht ausgedrückt sieht die Erfindung eine Zumischung eines an der Turbine angezapften höherenergetischen Dampfes zu einem an der Turbine angezapften niederenergetischen Damp fes vor, wobei die Energie des niederenergetischen Dampfes, im Speziellen eine Temperatur und ein Druck des niederenerge tischen Dampfes, erhöht wird. Das Dampfgemisch wird insbeson dere für die Erwärmung des Hochdruckvorwärmers bzw. des durch den Hochdruckvorwärmer geleiteten Speisewassers verwendet.
Im Speziellen erfolgt die Erwärmung in der letzten Hochdruck- vorwärmerstufe (auch als höchste Hochdruckvorwärmstufe be¬ zeichnet) .
Durch Beteiligung mehrerer oder sämtlicher Hochdruckvorwärmer lassen sich die entsprechenden Temperaturgradienten begrenzen und damit eine entsprechend schonende Anlagenfahrweise si¬ cherstellen. Anders ausgedrückt, hier werden mehrere erfindungsgemäße Regelanzapfungen für wenigstens den letzten
Hochdruckvorwärmer, gegebenenfalls für mehrere bzw. sämtliche Hochdruckvorwärmer, vorgesehen.
Durch insbesondere geregeltes/gesteuertes Zumischen von hö¬ herenergetischem Dampf zu einem niederenergetischen Anzapfdampf (Regelanzapfung) lässt sich insbesondere in einem Teillastbetrieb der Anlage durch Temperaturerhöhung des Anzapf- dampfes eine schnelle und gezielte Leistungsänderung der An¬ lage erreichen. "Schnell" ist in diesem Zusammenhang so zu verstehen, dass sich die Steigerung der Leistung in kurzer Zeit einstellt, d.h. dass ein großer positiver Leistungsgra¬ dient gefahren werden kann. „Gezielt" meint dabei, dass die Leistungsänderung auf einen vorgegebenen Leistungszustand hin geregelt/gesteuert erfolgt.
Die Leistungsänderung bzw. Leistungssteigerung kann dabei im Rahmen einer Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelung des Dampfkraftwerks, insbesondere des Kohlekraftwerks, oder einer Feuerstörung des Dampfkraftwerks erforderlich sein.
So kann insbesondere eine Leistungssteigerung im Bereich von 2-15 % einer Nennleistung, insbesondere bevorzugt im Bereich von 2-10 % der Nennleistung, liegen.
Diese Leistungssteigerung ist insbesondere in einem Zeitbe¬ reich von 5-600 s, insbesondere bevorzugt im Bereich von 5- 30 s, aufzubauen. Die zusätzliche Leistung kann dann während eines weiteren Zeitraumes im Bereich von wenigstens 5-50 min, insbesondere während eines Zeitraumes von 5-30 min gehalten werden .
Die Regelung/Steuerung kann durch die Blockführung über eine „Economizer" Eintrittstemperatur oder eine Speisewasserendtemperatur als Stellgröße der Regelung/Steuerung erfolgen. Die Erfindung erweist sich in zahlreicher Hinsicht als erheb¬ lich vorteilhaft.
Durch die Erfindung lassen sich in vorteilhafter und auch in vorteilhaft einfacher Weise das dynamische Anlageverhalten und die Frequenzregelung bei einem Dampfkraftwerk, insbesondere bei einem Kohlekraftwerk, verbessern.
Insbesondere in Kombination mit den bekannten Maßnahmen zur Beschleunigung von Leistungsänderungen im Rahmen der Fre- quenz- bzw. Primär- und/oder der Sekundärregelung bei Kohlekraftwerken lässt sich so durch die Erfindung der Frequenzbzw. Primär- und/oder Sekundärregelungsbereich vergrößern. Auch lässt sich durch die Erfindung die Laufruhe der Anlage verbessern. Insbesondere, wenn die Erfindung mitlaufend ein- gesetzt wird, um kleine Feuerstörungen auszuregeln, anstatt - wie sonst üblich - das Feuer entsprechend nachzufahren.
Durch die Beteiligung mehrerer oder sämtlicher Hochdruckvorwärmer lassen sich die entsprechenden Temperaturgradienten begrenzen und damit eine entsprechend schonende Anlagenfahr- weise sicherstellen.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die beschriebenen Weiterbil- düngen beziehen sich sowohl auf das Verfahren als auch auf die Vorrichtung. Nach einer bevorzugten Weiterbildung werden der höherenergetische Dampf und der niederenergetische Dampf an demselben Turbinenteil der Turbine, insbesondere an einem Hochdruckteil oder an einem Mitteldruckteil der Turbine, angezapft.
Auch kann vorgesehen sein, dass unter Verwendung des Dampfge- mischs Speisewasser in dem Hochdruckvorwärmer, insbesondere in einer letzten Hochdruckvorwärmstufe, oder auch Kondensat in einem Niederdruckvorwärmer erwärmt wird.
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung erfolgt das Zumischen von dem höherenergetischen Dampf zu dem niederenergetischem Dampf geregelt und/oder gesteuert, insbesondere durch eine Blockführung des Dampfkraftwerks und insbesondere unter Verwendung einer „Economizer" Eintrittstemperatur oder einer Speisewasserendtemperatur als Stellgröße.
Weiter kann vorgesehen sein, die Erfindung einzusetzen zu einer Temperaturerhöhung und/oder Druckerhöhung des angezapften niederenergetischen Dampfes, wobei durch die Zumischung des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampf eine Temperatur um insbesondere bis zu ca. 20 Kelvin und/oder ein Druck um insbesondere bis zu ca. 5 bar erhöht wird. Auch kann die Erfindung eingesetzt werden zu einer schnellen, gezielten Leistungsänderung des Dampfkraftwerks, insbesondere des in einem Teillastbetrieb gefahrenen Dampfkraftwerks, wo¬ bei die Leistungsänderung durch die Temperaturerhöhung des angezapften niederenergetischen Dampfes bewirkt wird.
Weiter kann die Erfindung eingesetzt werden bei einer Frequenzregelung, insbesondere bei einer Sekundär- und/oder einer Primärregelung, bei dem Dampfkraftwerk, wobei durch das Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenerge- tischen Dampf eine schnelle Leistungsänderung für eine im Rahmen der Frequenzregelung, insbesondere der Sekundär- und/oder der Primärregelung, angeforderte Leistungsänderung des Dampfkraftwerks bewirkt wird und/oder durch das Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampf ein Frequenzregelbereich, insbesondere ein Primär- und/oder Sekundärregelbereich, bei dem Dampfkraftwerk vergrößert wird.
Darüber hinaus kann die Erfindung eingesetzt werden für eine Erhöhung einer Laufruhe bei dem Dampfkraftwerk, wobei Feuerstörungen bei dem Dampfkraftwerk durch eine schnelle Leistungsänderung - erzielt durch ein geregeltes und/oder gesteu- ertes Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampf - ausgeregelt werden.
Die Erfindung kann auch eingesetzt werden zusätzlich zu einer Leistungssteigerung bei dem Dampfkraftwerk durch Nutzung ei- ner in einem Prozessmedium des Dampfkraftwerks enthaltenen Energie, insbesondere zusätzlich zu einer Drosselung eines Hochdruck-Turbinenregelventils , einer Überlasteinleitung zu einer Hochdruckteilturbine, einem Kondensatstau, einer spei- sewasserseitigen Umgehung eines Hochdruckvorwärmers und/oder einer Androsselung einer Anzapfdampfleitung zu dem Hochdruckvorwärmer .
Auch kann die Erfindung eingesetzt werden mitlaufend in einem Betrieb, insbesondere in einem Teillastbetrieb, des Dampf- kraftwerks zur Ausregelung von Feuerstörungen des Dampfkraftwerks .
Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist der Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder die Mischvorrichtung eine Regel- /Steuervorrichtung, insbesondere implementiert in einer
Blockführung des Dampfkraftwerks, auf, mit welcher die Mi¬ schung des höherenergetischen und des niederenergetischen Dampfes, insbesondere unter Verwendung einer „Economizer" Eintrittstemperatur oder einer Speisewasserendtemperatur als Stellgröße, regelbar und/oder steuerbar ist.
Weiter kann nach einer besonderes bevorzugten Weiterbildung vorgesehen werden, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf zumindest zwei Einheiten aus jeweils der ersten Anzapfleitung, der zweiten Anzapfleitung, der Mischvorrichtung und der Zuführleitung aufweist und mit jeder von den mindestens zwei Ein¬ heiten ein Vorwärmer, insbesondere ein Hochdruckvorwärmer, mit dem jeweiligen Dampfgemisch versorgbar ist.
Hier kann weiter vorgesehen sein, dass die zweite Anzapfleitung einer ersten Einheit auch die erste Anzapfleitung einer zweiten Einheit ist. Hierdurch lässt sich eine kaskadenförmi- ge Dampfgemischversorgung der Vorwärmer erreichen, welche einen Bedarf an zusätzlichen Leitungen verringert.
Besonders bevorzugt können mehrere von solchen Einheiten vorgesehen sein, welche mehrere oder sämtliche Hochdruckvorwär- mer, zumindest aber eine letzte Hochdruckvorwärmerstufe, mit dem jeweiligen Dampfgemisch versorgen. Durch Beteiligung mehrerer oder sämtlicher Hochdruckvorwärmer lassen sich die entsprechenden Temperaturgradienten begrenzen und damit eine entsprechend schonende Anlagenfahrweise sicherstellen.
Ferner kann ein Dampfkraftwerk, insbesondere Kohlekraftwerk, vorgesehen werden, welches einen erfindungsgemäßen Wasser- Dampf-Kreislauf aufweist.
In Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung darge¬ stellt, welches im Weiteren näher erläutert wird.
Es zeigen:
FIG 1 einen Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Kohlekraftwerk gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
FIG 2 einen Detailausschnitt (HD-Turbinenteil) aus dem Was- ser-Dampf-Kreislauf gemäß FIG 1,
FIG 3 einen weiteren Detailausschnitt (MD-Turbinenteil) aus
Wasser-Dampf-Kreislauf gemäß FIG 1. Ausführungsbeispiel: Zusätzliche Regelanzapfungen für
Hochdruckvorwärmer zur Verbesserung der Anlagendynamik und Frequenzregelung bei einem Dampfkraftwerk (Kohlekraftwerk) (FIGen 1 bis 3)
FIG 1 und FIGen 2 und 3 zeigen einen Wasser-Dampf-Kreislauf bzw. Detailausschnitte aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf eines kohlebefeuerten Dampfkraftwerks 1.
Bei diesem kohlebefeuerten Dampfkraftwerk 1, kurz im Folgenden nur Kohlekraftwerk 1, wird nach einer üblichen Kohlebefeuerung in einer Kohlemühle Braun- oder Steinkohle gemahlen und getrocknet. Dieses wird dann in einen Brennerraum einer Staubfeuerung eingeblasen und dort vollständig verbrannt.
Dadurch frei werdende Wärme wird von einem Wasserrohrkessel, kurz Dampferzeuger 2, aufgenommen und wandelt eingespeistes (Speise-) Wasser 3 in Wasserdampf/Hochdruckdampf 4 um.
Der im Dampferzeuger 2 erzeugte Hochdruckdampf 4 tritt in den Hochdruckteil 11 der Dampfturbine 10 ein und verrichtet dort unter Entspannung und Abkühlung mechanische Arbeit.
Zum Erreichen eines hohen Gesamtwirkungsgrades wird der Dampf nach dem Verlassen des Hochdruckteils 11 wieder in den Dampferzeuger 2 geführt und zwischenüberhitzt. Der überhitzte Dampf wird der Turbine 10 im zweiflutigen Mitteldruckteil 12 nochmals zugeführt und verrichtet weitere mechanische Arbeit unter weiterer Entspannung und Abkühlung.
Nach dem Verlassen des Mitteldruckteils 12 strömt der Dampf in die beiden jeweils zweiflutig ausgeführten Niederdrucktei- le 13, 14 der Dampfturbine 10, wo weitere mechanische Arbeit unter Entspannung und Abkühlung auf Abdampfdruck-Niveau ge¬ leistet wird. Durch den an die Turbine 10 gekoppelten Generator 20 wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umgewandelt, welche in Form von elektrischem Strom in ein Stromnetz 21 eingespeist wird.
Der Abdampf aus der Turbine wird im Kondensator 30 mithilfe des Hauptkühlwassers kondensiert. Das anfallende Hauptkonden¬ sat wird von den Hauptkondensatpumpen den Niederdruck (ND) - Vorwärmern 40 und dem Speisewasserbehälter 50 zugeführt und dabei in den Vorwärmstufen 42 jeweils mit Anzapfdampf 41 aus der Turbine 10 bzw. aus den beiden jeweils zweiflutig ausge¬ führten Niederdruckteilen 13, 14 der Turbine 10 aufgewärmt.
Aus dem Speisewasserbehälter 50 entnehmen die beiden Speise- wasserpumpen das erforderliche Speisewasser 51 und führen dieses unter Druckerhöhung und weiterer Aufwärmung in den Hochdruck (HD) -Vorwärmern 60 dem Dampferzeuger 2 wieder zu. Zur Aufwärmung wird wieder Anzapfdampf 61 aus der Turbine 10 bzw. aus dem Hochdruckteil 11 und dem zweiflutigen Mittel- druckteil 12 der Turbine 10 verwendet.
Zum Erreichen hoher Gesamtwirkungsgrade wird die Vorwärm¬ strecke aus ND- 40 und HD-Vorwärmern 60 mehrstufig mit je¬ weils mehreren ND- 42 bzw. HD-Vorwärmern 62 ausgeführt.
FIGen 2 und 3 zeigen die Versorgung der HD-Vorwärmer 60, 62, 63, 64, 65 mit Anzapfdampf 61 bzw. 78, 79 und 95 aus dem Hochdruckteil 11 (FIG 2) bzw. aus dem zweiflutigen Mittel¬ druckteil 12 der Turbine 10 (FIG 3) .
Wie FIG 2 zeigt, wird an drei Stellen 71, 72, 73 des Hock¬ druckteils 11 der Turbine 10 jeweils (Anzapf-) Dampf 75, 76, 77 an der Turbine 10 angezapft. Über die erste Anzapfstelle 71, welche sich nahe an der Ein¬ trittsstelle 74 in dem Hochdruckteil 11 der Turbine 10 befin¬ det, wird energiereicher Anzapfdampf 75 der Turbine 10 abgeführt, welcher dem an der zweiten Anzapfstelle 72 abgeführ- ten, im Vergleich zum Anzapfdampf 75 niederenergetischen Dampf 76 - über einen geregelten Durchflussregler 80 - geregelt zugeführt wird. Dieses Dampfgemisch 78 bzw. dieser An¬ zapfdampf 78 wird der letzten Hochdruckvorwärmerstufe 63 der HD-Vorwärmern 60 zur Vorwärmung des Speisewassers 51 zuge¬ führt .
Weiter wird, wie FIG 2 zeigt, der an der zweiten Anzapfstelle 72 der Turbine 10 bzw. der Hochdruckstufe 11 der Turbine 10 entnommene Anzapfdampf 76 dem an der dritten Anzapfstelle 73 abgeführten, im Vergleich zum Anzapfdampf 76 niederenergetischen Dampf 77 - über einen geregelten Durchflussregler 80 - geregelt zugeführt. Dieses Dampfgemisch 79 bzw. dieser An¬ zapfdampf 79 wird der vorletzten Hochdruckvorwärmerstufe 64 der HD-Vorwärmern 60 zur Vorwärmung des Speisewassers 51 zugeführt .
Wie FIG 3 zeigt, wird an zwei Stellen 91, 92 des Mitteldruck¬ teils 12 der Turbine 10 ebenfalls jeweils (Anzapf-) Dampf 93, 94 an der Turbine 10 angezapft.
Über die dortige erste Anzapfstelle 91 wird der Anzapfdampf 93 der Turbine 10 abgeführt, welcher dem an der dortigen zweiten Anzapfstelle 92 abgeführten, im Vergleich zum Anzapf- dampf 93 niederenergetischen Dampf 94 - über einen geregelten Durchflussregler 80 - geregelt zugeführt wird. Dieses Dampf¬ gemisch 95 bzw. dieser Anzapfdampf 95 wird einer vor den beiden Hochdruckvorwärmerstufen 63 und 64 liegenden Hochdruckvorwärmerstufe 65 der HD-Vorwärmern 60 zur Vorwärmung des Speisewassers 51 zugeführt.
Die Regelung/Steuerung der Zumischungen mittels der geregelten Durchflussregler 80 erfolgt durch die Blockführung der Anlage über die Speisewasserendtemperatur als Stellgröße der Regelung/Steuerung.
Die Strömungsführung der Fluide erfolgt mittels komplexer Rohrleitungen 82 bzw. eines komplexen Rohrleitungssystems 82, welches unter anderem im Bereich der Regelanzapfungen zusätzliche Absperrungen 81 zur Strömungsführung vorsieht.
Hier werden also zusätzliche, jeweils im Druck und Temperatur höherliegende Regelanzapfungen (75 zu 76) bzw. (76 zu 77) bzw. (93 zu 94) für die drei Hochdruckvorwärmerstufen 63, 64 und 65, wenigstens aber der höchsten Hochdruckvorwärmerstufe 63, zu Verfügung gestellt. Durch die energiereicheren
Regelanzapfungen lassen sich jeweils Temperaturerhöhungen in etwa um bis zu 20 K bzw. Druckerhöhungen in etwa um bis zu 5 bar in den jeweiligen Dampfgemischen erreichen.
Durch dieses geregelte/gesteuerte Zumischen von höherenerge¬ tischem Dampf 75, 76, 93 zum jeweiligen niederenergetischen Anzapfdampf 76, 77, 94 (Zumischungen: 75 zu 76; 76 zu 77; 93 zu 94) lässt sich insbesondere im Teillastbetrieb des Kohle¬ kraftwerks 1 durch Temperaturänderung des Anzapfdampfes eine schnelle und gezielte Leistungsänderung der Anlage erreichen. Durch die Beteiligung mehrerer oder sämtlicher Hochdruckvorwärmer - in diesem Fall die Hochdruckvorwärmerstufen 63, 64, 65 - lassen sich die entsprechenden Temperaturgradienten begrenzen und damit eine entsprechend schonende Anlagenfahrwei¬ se sicherstellen.
Dadurch kann in effizienter und einfacher Weise das dynamische Anlageverhalten und die Frequenzregelung bei dem Kohle- kraftwerk verbessert werden. In Kombination mit den bekannten Maßnahmen zur Beschleunigung von Leistungsänderungen im Rahmen der Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundärregelung bei Kohlekraftwerken lässt sich so beispielsweise der Frequenz- bzw. Primär- und/oder Sekundär- regelungsbereich vergrößern. Auch lässt sich dadurch die Laufruhe der Anlage verbessern, insbesondere, wenn diese Ma߬ nahme mitlaufend eingesetzt wird, um kleine Feuerstörungen auszuregeln, anstatt - wie sonst üblich - das Feuer entspre¬ chend nachzufahren.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren für eine Anzapfung für einen Vorwärmer, insbesondere für einen Hochdruckvorwärmer, eines Dampfkraftwerks, insbesondere eines Kohlekraftwerks,
dadurch gekennzeichnet, dass
an einer Turbine eines Dampfkraftwerks höherenergetischer Dampf angezapft wird und einem an der Turbine angezapften niederenergetischen Dampf zugemischt wird und das Dampfge¬ misch aus dem niederenergetischen und dem zugemischten höherenergetischen Dampf einem Vorwärmer, insbesondere einem
Hochdruckvorwärmer, des Dampfkraftwerks, insbesondere zu ei¬ ner Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Speisewassers, zugeführt wird.
2. Verfahren zu einer Regelanzapfung für einen Vorwärmer nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der höherenergetische Dampf und der niederenergetische Dampf an demselben Turbinenteil der Turbine, insbesondere an einem Hochdruckteil oder an einem Mitteldruckteil der Turbine, an¬ gezapft werden.
3. Verfahren zu einer Regelanzapfung für einen Vorwärmer nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
unter Verwendung des Dampfgemischs Speisewasser in einem Hochdruckvorwärmer, insbesondere in einer letzten Hochdruckvorwärmstufe, oder Kondensat in einem Niederdruckvorwärmer erwärmt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Zumischen von dem höherenergetischen Dampf zu dem niederenergetischen Dampf geregelt und/oder gesteuert, insbesondere durch eine Blockführung des Dampfkraftwerks und insbesondere unter Verwendung einer „Economizer" Eintrittstemperatur oder einer Speisewasserendtemperatur als Stellgröße geregelt und/oder gesteuert, durchgeführt wird.
5. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden An- Sprüche,
eingesetzt zu einer Temperaturerhöhung und/oder Druckerhöhung des angezapften niederenergetischen Dampfes, wobei durch die Zumischung des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampfes eine Temperatur um insbesondere bis zu ca. 20 Kelvin und/oder ein Druck um insbesondere bis zu ca. 5 bar erhöht wird.
6. Verfahren nach mindestens dem voranstehenden Anspruch, eingesetzt zu einer schnellen, gezielten Leistungsänderung des Dampfkraftwerks, insbesondere des in einem Teillastbe¬ trieb gefahrenen Dampfkraftwerks, wobei die Leistungsänderung durch die Temperaturerhöhung des angezapften niederenergetischen Dampfes bewirkt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
eingesetzt bei einer Frequenzregelung, insbesondere bei einer Sekundär- und/oder einer Primärregelung, bei dem Dampfkraftwerk, wobei durch das Zumischen des höherenergetischen Damp- fes zu dem niederenergetischen Dampf eine schnelle Leistungs¬ steigerung für eine im Rahmen der Frequenzregelung, insbesondere der Sekundär- und/oder der Primärregelung, angeforderte Leistung des Dampfkraftwerks bewirkt wird und/oder durch das Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenerge- tischen Dampf ein Frequenzregelbereich, insbesondere ein Primär- und/oder Sekundärregelbereich, bei dem Dampfkraftwerk vergrößert wird.
8. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprü- che,
eingesetzt für eine Erhöhung einer Laufruhe bei dem Dampf¬ kraftwerk, wobei Feuerstörungen bei dem Dampfkraftwerk durch eine schnelle Leistungsänderung - erzielt durch ein geregel- tes und/oder gesteuertes Zumischen des höherenergetischen Dampfes zu dem niederenergetischen Dampf - ausgeregelt werden .
9. Verfahren nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche,
eingesetzt zusätzlich zu einer Leistungssteigerung bei dem Dampfkraftwerk durch Nutzung einer in einem Prozessmedium des Dampfkraftwerks enthaltenen Energie, insbesondere zusätzlich zu einer Drosselung eines Hochdruck-Turbinenregelventils , ei¬ ner Überlasteinleitung zu einer Hochdruckteilturbine, einem Kondensatstau, einer speisewasserseitigen Umgehung eines Hochdruckvorwärmers und/oder einer Androsselung einer Anzapf- dampfleitung zu dem Hochdruckvorwärmer und/oder
eingesetzt mitlaufend in einem Betrieb, insbesondere in einem Teillastbetrieb, des Dampfkraftwerks zur Ausregelung von Feu¬ erstörungen des Dampfkraftwerks.
10. Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampfkraftwerk, insbe¬ sondere bei einem Kohlekraftwerk, mit einer in dem Wasser- Dampf-Kreislauf angeordneten Turbine sowie mit einem in dem Wasser-Dampf-Kreislauf angeordneten Vorwärmer, insbesondere einem Hochdruckvorwärmer,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasser-Dampf-Kreislauf
- eine erste Anzapfleitung, welche mit der Turbine verbunden ist und mit welcher höherenergetischer Dampf an der Turbine anzapfbar ist,
- eine zweite Anzapfleitung, welche mit der Turbine verbunden ist und mit welcher niederenergetischer Dampf an der Turbine anzapfbar ist,
- eine mit der ersten und der zweiten Anzapfleitung gekoppelten Mischvorrichtung, mit welcher der höherenergetische Dampf aus der ersten Anzapfleitung und der niederenergetische Dampf aus der zweiten Anzapfleitung mischbar sind, und
- eine mit der Mischvorrichtung und dem Vorwärmer verbundene Zuführleitung, mit welcher das Dampfgemisch aus dem höherenergetischen Dampf und dem niederenergetischen Dampf dem Vorwärmer, insbesondere dem Hochdruckvorwärmer, zuführbar, insbesondere zu einer Erwärmung eines durch den Vorwärmer strömenden Speisewassers zuführbar, ist,
aufweist .
11. Wasser-Dampf-Kreislauf nach mindestens dem voranstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasser-Dampf-Kreislauf und/oder die Mischvorrichtung - einen Regel-/Steuervorrichtung, insbesondere implementiert in einer Blockführung des Dampfkraftwerks, aufweist, mit wel¬ cher die Mischung des höherenergetischen und des niederenergetischen Dampfes, insbesondere unter Verwendung einer „Eco- nomizer" Eintrittstemperatur oder einer Speisewasserendtemperatur als Stellgröße, regelbar und/oder steuerbar ist.
12. Wasser-Dampf-Kreislauf nach mindestens einem der beiden voranstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Wasser-Dampf-Kreislauf zumindest zwei Einheiten aus je¬ weils der ersten Anzapfleitung, der zweiten Anzapfleitung, der Mischvorrichtung und der Zuführleitung aufweist und mit jeder von den mindestens zwei Einheiten ein Vorwärmer, insbesondere ein Hochdruckvorwärmer, mit dem jeweiligen Dampfge- misch versorgbar ist.
13. Wasser-Dampf-Kreislauf nach mindestens dem voranstehenden Anspruch,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zweite Anzapfleitung einer ersten Einheit auch die erste Anzapfleitung einer zweiten Einheit ist.
14. Wasser-Dampf-Kreislauf nach mindestens dem Anspruch 12 oder dem Anspruch 13,
mit mehreren von den Einheiten, welche mehrere oder sämtliche Hochdruckvorwärmer, zumindest aber eine letzte Hochdruckvorwärmerstufe, mit dem jeweiligen Dampfgemisch versorgen.
15. Dampfkraftwerk, insbesondere Kohlekraftwerk, mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf nach mindestens einem der Ansprüche bis 14.
EP12729098.9A 2011-06-28 2012-06-14 Zusätzliche regelanzapfung für einen vorwärmer zur verbesserung der anlagendynamik und frequenzregelung bei einem dampfkraftwerk Withdrawn EP2712393A2 (de)

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