EP3111059B1 - Wasserdampfkreislauf sowie ein verfahren zum betreiben eines wasserdampfkreislaufes - Google Patents

Wasserdampfkreislauf sowie ein verfahren zum betreiben eines wasserdampfkreislaufes Download PDF

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EP3111059B1
EP3111059B1 EP15716068.0A EP15716068A EP3111059B1 EP 3111059 B1 EP3111059 B1 EP 3111059B1 EP 15716068 A EP15716068 A EP 15716068A EP 3111059 B1 EP3111059 B1 EP 3111059B1
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EP
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steam
pressure turbine
pressure
turbine
line
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EP15716068.0A
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EP3111059A1 (de
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Bernd Leu
Martin Ophey
Klaus Rothe
David Veltmann
Kai Brune
Matthias Heue
Rudolf PÖTTER
Michael Schütz
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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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
    • 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
    • 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type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
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    • F01K9/00—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines
    • F01K9/04—Plants characterised by condensers arranged or modified to co-operate with the engines with dump valves to by-pass stages

Definitions

  • the present invention relates to a water vapor circuit for a power plant and a method for operating a water vapor circuit.
  • start-up line is provided for the start-up operation, which connects an area behind the high-pressure turbine (also referred to as the evaporation chamber) to the condenser of the steam turbine and thereby enables the counterpressure of the high-pressure turbine to be reduced.
  • the start-up line In order to convert steam turbines from the prior art from start-up operation or idling to power operation, the start-up line is closed. Closing the start-up line is necessary because the mass flow of steam that is fed to the condenser via the start-up line is not available for cooling the reheat.
  • the start-up line When the start-up line is closed, the pressure at the outlet from the high-pressure turbine rises, and with it the outlet temperature the high pressure turbine. An inadmissible temperature rise after closing the start-up line can be prevented by simultaneously increasing the mass flow through the high-pressure turbine.
  • the two requirements mentioned require an optimal coordination of closing the start line and opening the live steam valves, in order to be able to quickly increase the mass flow of steam via the live steam valves and thus keep the temperature low, and on the other hand to limit the mass flow via the start line so that the Intermediate overheating is sufficiently supplied and a so-called high-pressure bypass station can regulate the live steam pressure.
  • WO 2013/031121 A1 shows a steam turbine device and a method for its operation, wherein a start of the steam turbine is controlled by means of an overflow line system.
  • the object of the invention is to make the start-up process "smoother" and more fluid and thus to lower the load on the components.
  • An advantageous development of the water vapor circuit consists in that the controller for closing the start-up valve and the controller for opening the live steam valves are integrated in a common module.
  • the common controller can control the opening of the live steam valves and the closing of the start valve.
  • start-up line arises between the high-pressure turbine and the reheater and opens into the condenser.
  • the start-up line thus ensures a direct connection of the exhaust steam area to the condenser, so that the steam can be removed from the exhaust steam area without further intermediate elements.
  • a further advantageous development consists in that a non-return device is provided in a line section between the high-pressure turbine and the reheater, which prevents the steam from flowing back in the direction of the high-pressure turbine.
  • a non-return device reliably ensures that steam does not flow back from the reheater into the high-pressure turbine in any operating state and, if necessary, promotes turbine quick-closing.
  • a non-return valve is a particularly simple and effective non-return device.
  • a further advantageous development consists in that, at least in sections, a further line is arranged parallel to the start-up line, which also connects the high-pressure turbine or the exhaust steam area to the condenser.
  • a further development of the method according to the invention consists in that the pressure of the steam is raised in a time-delayed and ramp-like manner before entering the high-pressure turbine, in particular in a blading chamber of the high-pressure turbine.
  • the mass flow through the high-pressure turbine can be easily regulated by gradually increasing the pressure.
  • a further advantageous development is that the pressure of the steam is increased before entering the high-pressure turbine, in particular before entering the blading space, with the starting valve in a defined position.
  • a defined position of the start valve which partially closes the start-up line, can limit the mass flow through the start-up line and can thus be used as a further control variable.
  • the opening of the live steam valves can be controlled by increasing the pressure setpoint on a pressure limiting controller before entering the high-pressure turbine or the blading chamber.
  • the mass flow through the high-pressure turbine can be regulated more precisely by a defined opening of the live steam valves with a simultaneously defined position of the starting valve.
  • Fig. 1 shows a water vapor circuit 10 with a high-pressure turbine 12, a medium-pressure turbine 50 and a low-pressure turbine 60.
  • the turbines (12, 50, 60) are arranged on a common shaft which is coupled to a generator (not shown).
  • the steam circuit 10 further comprises a steam generator 30, a condenser 40 and a feed pump 70.
  • the steam generator 30 is connected to the high-pressure turbine 12 via a first line 17, with live steam valves 14, 15 being arranged on the first line 17, via which steam is supplied the steam generator 30 can be prevented.
  • the live steam valve 14 acts as a live steam quick-closing valve and the live steam valve 15 acts as a live steam control valve.
  • a pressure limiting controller 29 is arranged on the live steam control valve 15, Via which the mass flow of steam from the steam generator 30 to the high-pressure turbine 12 can be limited.
  • the high-pressure turbine 12 is followed by an exhaust steam region 13 in the flow direction of the steam, which is supplied with steam, which leaves the high-pressure turbine 12 at the outlet.
  • the evaporation area 13 is connected to an intermediate superheater 20 via a line section 18, in which a non-return flap 19 is arranged.
  • the reheater 20 is connected to the medium-pressure turbine 50 via a line 37, in which live steam valves 38, 39 are arranged to shut off or regulate the steam supply.
  • the reheater 20 is also connected via a line 35 to the condenser 40, a medium-pressure bypass station 36 with a downstream spraying device 33 being arranged in the line 35, with which the pressure supply to the medium-pressure turbine 50 can be regulated.
  • the steam generator 30 is also connected to the reheater 20 via a line 21 in which a high-pressure bypass station 22 and a spray device 55 are arranged.
  • the evaporation area 13 is connected to the condenser 40 via a start-up line 23, 25.
  • a start valve 27 and a spray device 34 are arranged in the start line 25.
  • the starting valve 27 can be regulated via a controller 26 and can be partially opened between the positions “completely open” and “completely closed” at least in discrete intermediate stages. Alternatively, a fully controllable starting valve 27 would also be possible.
  • a drain line 28 is arranged parallel to the start-up line 25, which also opens into the condenser 40. The drain line can be opened via a drain valve 24.
  • the steam generator 30 is connected to the low-pressure turbine 60 via a line 52, a control flap 53 being arranged in the line 52, which controls the steam supply into the low-pressure turbine 60.
  • the medium-pressure turbine 50 is connected to the low-pressure turbine 60 via a line 51, the line 52 opens into the line 51.
  • a line 54 leads from the low-pressure turbine 60 to the condenser 40, which in turn is connected to the feed pump 70 via a line 41.
  • the feed pump 70 is connected to the steam generator 30 via a line 42.
  • the steam generator 30 is supplied with water via the pressure-building feed pump 70 and the line 42.
  • the water is evaporated and overheated.
  • This steam is fed to the high-pressure turbine 12 via the first line 17, the steam partially relaxing.
  • the steam is again supplied with energy in the reheater 20, which it emits via the medium-pressure turbine 50 and the low-pressure turbine 60.
  • the expanded steam then condenses in the condenser 40 and is fed back to the steam generator 30 as water via the line 41, thus closing the circuit.
  • Water can be supplied to the steam in the lines 21, 25 and 28 via the respective spray devices 33, 34, 55 in order to lower the temperature of the steam when it enters the condenser 40 or the reheater 20.
  • a controller 26 is provided on the starting valve 27, which opens the starting valve 27 as a function of the temperature, pressure and speed of the high-pressure turbine 12.
  • the corresponding sensors for detecting the speed are not shown, but can simply be arranged on the shaft which carries the turbine stages 12, 50, 60 and is connected to the generator.
  • the sensors for detecting the temperature and the pressure are expediently arranged before entering the blading area of the high-pressure turbine 12 or at the outlet of the high-pressure turbine 12 or in the evaporation area 13.
  • Fig. 2 a flow diagram for starting a water vapor circuit with a steam turbine is shown.
  • a start-up process of the steam turbine 12, 50, 60 is started.
  • the steam turbine 12, 50, 60 is accelerated by completely opening the live steam quick-closing valves 14, 38 and then opening the live steam valves 15, 39.
  • the start line 25 is opened by opening the start valve 27 and the pressure limiting controller 29 is switched on.
  • a heating speed is reached and the steam turbine 12, 50, 60 is further accelerated to the nominal speed.
  • the steam turbine is operated at idle and synchronized with the power grid.
  • the output of the steam turbine 12, 50, 60 is increased further until a mass flow of steam via the high-pressure turbine 12 without pressure-limiting regulator 29 would be so great that an evaporating temperature after the high-pressure turbine 12 is just still permissible when the start-up line 25 is closed .
  • the start-up valve 27 starts to close the start-up line 25. From a defined position of the start-up valve 27, a pressure setpoint of the pressure limiting regulator 29 is set in the subsequent process steps [170], [171], [172], [173] delayed and ramped and raised at a certain speed. This results in a defined opening of the live steam valves 15, 39. This process continues until the mass flow of steam through the high pressure turbine 12 has exceeded a threshold value. In a final process step [180], the start line 25 or the start valve 27 is completely closed and the steam turbine 12, 50, 60 is switched to power operation.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wasserdampfkreislauf für ein Kraftwerk sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Wasserdampfkreislaufs.
  • Beim Anfahren einer Dampfturbine kann es im Abdampfbereich der Hochdruckturbine zu unzulässig hohen Temperaturen kommen, wenn die Dampfturbine unter Schwachlast bzw. im Leerlauf betrieben wird und nur eine geringe bzw. gar keine elektrische Leistung in das Verbrauchernetz eingespeist wird. Um die Temperatur abzusenken, sind potenziell zwei Maßnahmen denkbar:
    1. 1.) Ein Absenken des Gegendrucks der Hochdruckturbine
    2. 2.) Eine Steigerung des Massenstroms durch die Hochdruckturbine
  • Eine Steigerung des Massenstroms ist jedoch im Anfahrbetrieb, bei Schwachlast bzw. im Leerlauf nicht möglich, da eine Erhöhung des Massenstroms zu einer Steigerung der Turbinenleistung führen würde. Daher ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Dampfturbinen für den Anfahrbetrieb eine sogenannte Anfahrleitung vorgesehen, welche einen Bereich hinter der Hochdruckturbine (auch als Abdampfraum bezeichnet) mit dem Kondensator der Dampfturbine verbindet und dadurch ein Absenken des Gegendrucks der Hochdruckturbine ermöglicht.
  • Um Dampfturbinen aus dem Stand der Technik von Anfahrbetrieb bzw. Leerlauf in den Leistungsbetrieb zu überführen, wird die Anfahrleitung geschlossen. Ein Schließen der Anfahrleitung ist notwendig, weil der Massenstrom des Dampfes, der über die Anfahrleitung dem Kondensator zugeführt wird, nicht zur Kühlung der Zwischenüberhitzung zur Verfügung steht.
    Beim Schließen der Anfahrleitung steigt der Druck am Austritt aus der Hochdruckturbine und damit die Austrittstemperatur der Hochdruckturbine. Ein unzulässiger Temperaturanstieg nach Schließen der Anfahrleitung kann durch eine gleichzeitige Steigerung des Massenstroms durch die Hochdruckturbine verhindert werden.
  • Dabei führt ein zu schnelles Schließen der Anfahrleitung zu Druckschwankungen im Wasser-/Dampfkreislauf, was bis zu einem Turbinenschnellschluss führen kann.
  • Eine zu langsame Steigerung des Massenstroms durch die Hochdruckturbine während des Schließens der Anfahrleitung führt zu unzulässig hohen Temperaturen im Abdampfbereich hinter der Hochdruckturbine.
  • Die beiden genannten Anforderungen bedingen eine optimale Abstimmung von Schließen der Anfahrleitung und Öffnen der Frischdampfventile, um einerseits den Massenstrom des Dampfes über die Frischdampfventile schnell steigern zu können und damit die Temperatur niedrig zu halten, und andererseits den Massenstrom über die Anfahrleitung zu begrenzen, damit die Zwischenüberhitzung ausreichend versorgt ist und eine sogenannte Hochdruckumleitstation den Frischdampfdruck ausregeln kann.
  • Bislang wurde diese Aufgabe durch ein schnelles Schließen der Anfahrleitung und eine Vorsteuerung auf die Hochdruckumleitstation gelöst. Diese Vorgehensweise führt jedoch zu starken Transienten der Temperatur im Abdampfbereich der Hochdruckturbine sowie starken Transienten beim Massenstrom in der Turbine, in der Frischdampfleitung sowie in der Leitung zur Zwischenüberhitzung.
  • In WO 2013/031121 A1 ist eine Dampfturbinenvorrichtung und ein Verfahren zu deren Betrieb gezeigt, wobei ein Starten der Dampfturbine mittels eines Überströmleitungssystems kontrolliert wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Anfahrprozess "sanfter" und fließender zu gestalten und somit die Belastung für die Bauteile abzusenken.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Wasserdampfkreislauf und ein Verfahren zum Betreiben des Wasserdampfkreislaufs gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
  • Der erfindungsgemäße Wasserdampfkreislauf gemäß Anspruch 1 sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines Wasserdampfkreislaufs nach Anspruch 8 bieten gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass ein Regler vorgesehen ist, welcher ein Schließen des Ventils zum Versperren der Anfahrleitung und ein Öffnen der Frischdampfventile derart regelt, dass
    1. 1.) Die Abdampftemperatur hinter der Hochdruckturbine stets innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt.
    2. 2.) Die Anforderungen an die Hochdruck-Umleitstation nicht erhöht werden.
    3. 3.) Der Zwischenüberhitzer stets hinreichend mit Dampf versorgt wird.
    4. 4.) Der Wasser-/Dampfkreislauf nur geringen Massenstromschwankungen unterliegt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Dampfturbine sowie des Verfahrens zum Betrieb einer Dampfturbine möglich.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung des Wasserdampfkreislaufs besteht darin, dass der Regler zum Schließen des Anfahrventils und der Regler zum Öffnen der Frischdampfventile in einem gemeinsamen Modul integriert sind. In Abhängigkeit der Betriebsgrößen "Druck", "Temperatur" und "Drehzahl", welche über entsprechende Sensoren erfasst werden, kann der gemeinsame Regler das Öffnen der Frischdampfventile und das Schließen des Anfahrventils steuern.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass die Anfahrleitung zwischen der Hochdruckturbine und dem Zwischenüberhitzer entspringt und in den Kondensator mündet. Damit stellt die Anfahrleitung eine direkte Verbindung des Abdampfbereichs mit dem Kondensator sicher, so dass der Dampf aus dem Abdampfbereich ohne weitere Zwischenelemente abgeführt werden kann.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass in einem Leitungsabschnitt zwischen der Hochdruckturbine und dem Zwischenüberhitzer eine Rückschlageinrichtung vorgesehen ist, welche ein Rückströmen des Dampfes in Richtung Hochdruckturbine verhindert. Eine solche Rückschlageinrichtung stellt zuverlässig sicher, dass in keinem Betriebszustand Dampf aus dem Zwischenüberhitzer in die Hochdruckturbine zurückströmt und ggf. einen Turbinenschnellschluss begünstigt. Eine besonders einfache und wirksame Rückschlageinrichtung stellt eine Rückschlagklappe dar.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass zumindest abschnittsweise parallel zu der Anfahrleitung eine weitere Leitung angeordnet ist, welche ebenfalls die Hochdruckturbine bzw. den Abdampfbereich mit dem Kondensator verbindet.
  • Eine erfindungsgemäße Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, dass der Druck des Dampfes vor Eintritt in die Hochdruckturbine, insbesondere in einen Beschaufelungsraum der Hochdruckturbine, zeitverzögert und rampenförmig angehoben wird. Durch eine stufenweise Anhebung des Drucks kann der Massenstrom durch die Hochdruckturbine einfach geregelt werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, dass eine Erhöhung des Drucks des Dampfes vor Eintritt in die Hochdruckturbine, insbesondere vor Eintritt in den Beschaufelungsraum, bei einer definierten Stellung des Anfahrventils erfolgt. Eine definierte Stellung des Anfahrventils, welche die Anfahrleitung teilweise verschließt, kann den Massestrom durch die Anfahrleitung begrenzen und somit als weitere Regelgröße genutzt werden.
    Alternativ oder zusätzlich kann über die Erhöhung des Druck-Sollwertes an einem Druckbegrenzungsregler vor Eintritt in die Hochdruckturbine bzw. in den Beschaufelungsraum ein Öffnen der Frischdampfventile gesteuert werden. Durch ein definiertes Öffnen der Frischdampfventile bei gleichzeitig definierter Stellung des Anfahrventils kann der Massenstrom durch die Hochdruckturbine genauer geregelt werden.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dampfturbine sowie eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb, insbesondere zum Anfahren, einer solchen Dampfturbine anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
    • Fig. 1
    zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wasserdampfkreislaufs.
    Fig. 2
    zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines Wasserdampfkreislaufs.
  • Fig. 1 zeigt eine Wasserdampfkreislauf 10 mit einer Hochdruckturbine 12, einer Mitteldruckturbine 50 und einer Niederdruckturbine 60. Die Turbinen (12,50,60) sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, welche an einen nicht dargestellten Generator gekoppelt ist. Der Wasserdampfkreislauf 10 umfasst ferner einen Dampferzeuger 30, einen Kondensator 40 und eine Speisepumpe 70. Der Dampferzeuger 30 ist über eine erste Leitung 17 mit der Hochdruckturbine 12 verbunden, wobei an der ersten Leitung 17 Frischdampfventile 14,15 angeordnet sind, über welche eine Dampfzufuhr aus dem Dampferzeuger 30 unterbunden werden kann. Dabei wirkt das Frischdampfventil 14 als ein Frischdampfschnellschlussventil und das Frischdampfventil 15 als Frischdampfregelventil. An dem Frischdampfregelventil 15 ist ein Druckbegrenzungsregler 29 angeordnet, über welchen der Massenstrom des Dampfes aus dem Dampferzeuger 30 zur Hochdruckturbine 12 begrenzt werden kann. Der Hochdruckturbine 12 ist in Strömungsrichtung des Dampfes ein Abdampfbereich 13 nachgeschaltet, welcher mit Dampf versorgt wird, der die Hochdruckturbine 12 am Auslass verlässt. Der Abdampfbereich 13 ist über einen Leitungsabschnitt 18, in welchem eine Rückschlagklappe 19 angeordnet ist, mit einem Zwischenüberhitzer 20 verbunden. Der Zwischenüberhitzer 20 ist über eine Leitung 37, in der Frischdampfventile 38,39 zur Absperrung bzw. Regelung der Dampfversorgung angeordnet sind, mit der Mitteldruckturbine 50 verbunden. Der Zwischenüberhitzer 20 ist ferner über eine Leitung 35 mit dem Kondensator 40 verbunden, wobei in der Leitung 35 eine Mitteldruck-Umleitstation 36 mit nachgeschalteter Abspritzeinrichtung 33 angeordnet ist, mit der die Druckversorgung der Mitteldruckturbine 50 geregelt werden kann.
  • Der Dampferzeuger 30 ist ferner über eine Leitung 21, in der eine Hochdruck-Umleitstation 22 sowie eine Abspritzeinrichtung 55 angeordnet sind, mit dem Zwischenüberhitzer 20 verbunden. Der Abdampfbereich 13 ist über eine Anfahrleitung 23,25 mit dem Kondensator 40 verbunden. Dabei sind in der Anfahrleitung 25 ein Anfahrventil 27 und eine Abspritzeinrichtung 34 angeordnet. Das Anfahrventil 27 ist über einen Regler 26 regelbar und kann zwischen den Positionen "komplett geöffnet" und "komplett geschlossen" zumindest in diskreten Zwischenstufen teilweise geöffnet werden. Alternativ wäre auch ein vollständig regelbares Anfahrventil 27 möglich. Zusätzlich ist parallel zu der Anfahrleitung 25 eine Entleerungsleitung 28 angeordnet, welche ebenfalls in den Kondensator 40 mündet. Die Entleerungsleitung kann über ein Entleerungsventil 24 geöffnet werden.
  • Der Dampferzeuger 30 ist über eine Leitung 52 mit der Niederdruckturbine 60 verbunden, wobei in der Leitung 52 eine Regelklappe 53 angeordnet ist, welche die Dampfzufuhr in die Niederdruckturbine 60 steuert. Die Mitteldruckturbine 50 ist über eine Leitung 51 mit der Niederdruckturbine 60 verbunden, wobei die Leitung 52 in die Leitung 51 mündet. Von der Niederdruckturbine 60 führt eine Leitung 54 zum Kondensator 40, der seinerseits über eine Leitung 41 mit der Speisepumpe 70 verbunden ist. Die Speisepumpe 70 ist über eine Leitung 42 mit dem Dampferzeuger 30 verbunden.
  • Im Betrieb des Wasserdampfkreislaufes 10 wird der Dampfererzeuger 30 über die druckaufbauende Speisepumpe 70 und die Leitung 42 mit Wasser versorgt. Im Dampferzeuger 30 wird das Wasser verdampft und überhitzt. Dieser Dampf wird über die erste Leitung 17 der Hochdruckturbine 12 zugeführt, wobei sich der Dampf teilweise entspannt. Dem Dampf wird im Zwischenüberhitzer 20 nochmal Energie zugeführt, welche er über die Mitteldruckturbine 50 und die Niederdruckturbine 60 abgibt. Der entspannte Dampf kondensiert dann im Kondensator 40 und wird über die Leitung 41 wieder als Wasser dem Dampferzeuger 30 zugeführt, womit der Kreislauf geschlossen ist.
  • Über die jeweiligen Abspritzeinrichtungen 33,34,55 kann dem Dampf in den Leitungen 21, 25 und 28 Wasser zugeführt werden, um die Temperatur des Dampfes beim Eintritt in den Kondensator 40 bzw. in den Zwischenüberhitzer 20 abzusenken. An dem Anfahrventil 27 ist ein Regler 26 vorgesehen, welcher das Anfahrventil 27 in Abhängigkeit von Temperatur, Druck und Drehzahl der Hochdruckturbine 12 öffnet. Die entsprechenden Sensoren zur Erfassung der Drehzahl sind nicht dargestellt, können aber einfach an der Welle, welche die Turbinenstufen 12,50,60 trägt und mit dem Generator verbunden ist, angeordnet werden.
    Die Sensoren zur Erfassung der Temperatur und des Drucks werden sinnvollerweise vor dem Eintritt in den Beschaufelungsraum der Hochdruckturbine 12 bzw. am Ausgang der Hochdruckturbine 12 oder im Abdampfbereich 13 angeordnet.
  • In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm zum Anfahren einer eines Wasserdampfkreislaufs mit einer Dampfturbine dargestellt.
  • Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt [100] damit begonnen, einen Anfahrvorgang der Dampfturbine 12,50,60 zu starten. In einem weiteren Verfahrensschritt [110] wird die Dampfturbine 12,50,60 durch vollständiges Öffnen der Frischdampfschnellschlussventile 14,38 und anschließendes Öffnen der Frischdampfventile 15,39 beschleunigt. In einem darauffolgenden Verfahrensschritt [120] wird die Anfahrleitung 25 durch Öffnen des Anfahrventils 27 geöffnet und der Druckbegrenzungsregler 29 eingeschaltet. Im nächsten Verfahrensschritt [130] wird eine Anwärmdrehzahl erreicht und die Dampfturbine 12,50,60 weiter auf Nenndrehzahl beschleunigt. Im folgenden Verfahrensschritt [140] erfolgen der Betrieb der Dampfturbine im Leerlauf und die Synchronisation mit dem Stromnetz. Im nächsten Verfahrensschritt [150] wird die Leistung der Dampfturbine 12,50,60 weiter gesteigert, bis ein Massenstrom des Dampfes über die Hochdruckturbine 12 ohne Druckbegrenzungsregler 29 so groß wäre, dass bei geschlossener Anfahrleitung 25 eine Abdampftemperatur nach der Hochdruckturbine 12 gerade noch zulässig ist. Im nachfolgenden Verfahrensschritt [160] beginnt der Schließvorgang des Anfahrventils 27 zum Verschließen der Anfahrleitung 25. Ab einer definierten Position des Anfahrventils 27 wird in den nachfolgenden Verfahrensschritten [170],[171],[172],[173] ein Drucksollwert des Druckbegrenzungsreglers 29 zeitverzögert und rampenförmig und mit einer bestimmten Geschwindigkeit angehoben. Dadurch erfolgt ein definiertes Öffnen der Frischdampfventile 15,39. Dieser Vorgang wird fortgesetzt, bis der Massenstrom des Dampfes durch die Hochdruckturbine 12 einen Schwellenwert überschritten hat. In einem abschließenden Verfahrensschritt [180] wird die Anfahrleitung 25 bzw. das Anfahrventil 27 komplett geschlossen und die Dampfturbine 12,50,60 in den Leistungsbetrieb überführt.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel beschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (10)

  1. Wasserdampfkreislauf (10) für ein Kraftwerk, mit einer Hochdruckturbine (12), einem Kondensator (40) sowie einem Dampferzeuger (30),
    wobei der Dampferzeuger(30) über eine erste Leitung (17) mit der Hochdruckturbine (12) verbunden ist,
    wobei in Strömungsrichtung des Dampfes zwischen Dampferzeuger (30) und Hochdruckturbine (12) mindestens ein Frischdampfventil (15) angeordnet ist, und
    wobei in Strömungsrichtung des Dampfes nach der Hochdruckturbine (12) eine Anfahrleitung (23,25) angeordnet ist,
    welche einen Abdampfbereich (13) hinter der Hochdruckturbine (12) mit dem Kondensator (40) verbindet, wobei mindestens ein Regler (26,29) vorgesehen ist, welcher in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Hochdruckturbine (12) ein Schließen eines Anfahrventils (27) zum Verschließen der Anfahrleitung (25) und ein Öffnen des mindestens einen Frischdampfventils (15) regelt, wobei
    eine Öffnung des Anfahrventils (27) zwischen den Positionen "komplett geöffnet" und "komplett geschlossen" zumindest stufenweise regelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahrventil (27) zumindest in diskreten Zwischenstufen teilweise geöffnet werden kann und ein Drucksollwert des Reglers (26, 29) in Abhängigkeit von der Öffnung des Anfahrventils (27) zeitverzögert und rampenförmig mit einer bestimmten Geschwindigkeit anhebbar ist.
  2. Wasserdampfkreislauf nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Betriebsparameter der Hochdruckturbine eine Drehzahl, eine Temperatur, insbesondere der Temperatur im Abdampfbereich (13),ein Druck und/oder ein Lastzustand der Hochdruckturbine (12) sind.
  3. Wasserdampfkreislauf nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Regler (26,29) in einem gemeinsamen Modul integriert sind.
  4. Wasserdampfkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zwischen der Hochdruckturbine (12) und einer weiteren Turbinenstufe (50,60) ein Zwischenüberhitzer (20) vorgesehen ist.
  5. Wasserdampfkreislauf nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Anfahrleitung (23,25) zwischen der Hochdruckturbine (12) und dem Zwischenüberhitzer (20) entspringt und in den Kondensator (40) mündet.
  6. Wasserdampfkreislauf nach Anspruch 4,
    dass in einem Leitungsabschnitt (18) zwischen der Hochdruckturbine (12) und dem Zwischenüberhitzer (20) eine Rückschlageinrichtung (19), insbesondere eine Rückschlagklappe, vorgesehen ist, welche ein Rückströmen des Dampfes in Richtung Hochdruckturbine (12) verhindert.
  7. Wasserdampfkreislauf nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest abschnittsweise parallel zu der Anfahrleitung (23,25) eine weitere Leitung (28), insbesondere eine Leitung zum Entleeren der Hochdruckturbine (12), angeordnet ist, welche ebenfalls die Hochdruckturbine (12) mit dem Kondensator (40) verbindet.
  8. Verfahren zum Betreiben, insbesondere zum Anfahren, eines Wasserdampfkreislaufs (10) mit einer Hochdruckturbine (12), einem Kondensator (40) sowie einem Dampferzeuger (30), umfassend zumindest folgende Verfahrensschritte:
    • Beginn des Anfahrvorgangs der Dampfturbine (12,50,60,100)
    • Beschleunigen der Dampfturbine (12,50,60) durch Öffnen von Frischdampfventilen (15,110)
    • Öffnen einer Anfahrleitung (25) und Einschalten eines Druckbegrenzungsreglers (29,120)
    • Beschleunigen der Dampfturbine (12,50,60) auf Nenndrehzahl (130)
    • Betrieb der Dampfturbine (12,50,60) im Leerlauf und Synchronisation mit dem Stromnetz (140)
    • Leistungssteigerung der Dampfturbine (12,50,60), bis ein Massenstrom des Dampfes über die Hochdruckturbine (12) einen Schwellenwert erreicht (150)
    • Beginn des Schließvorgangs der Anfahrleitung (25) durch Schließen eines Anfahrventils (27,160); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgende Verfahrensschritte umfasst:
    • Ab einer definierten Position des Anfahrventils (27) geregeltes Anheben des Drucks vor Eintritt in die Hochdruckturbine (12) durch den Druckbegrenzungsregler (29,170), wo-bei der druck vor Eintritt in die Hochdruckturbine (12) zeitverzögert und rampenförmig mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit angehoben wird (171)
    • Abschluss des Schließvorgangs der Anfahrleitung (25) durch vollständiges Schließen des Anfahrventils (27) und Übergang der Dampfturbine (12,50,60) in den Leistungsbetrieb (180).
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei eine Erhöhung des Drucks vor Eintritt in die Hochdruckturbine (12) bei einer definierten Stellung des Anfahrventils (27) erfolgt (72).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei über die Erhöhung eines Druck-Sollwerts am Druckbegrenzungsregler (29) vor Eintritt in die Hochdruckturbine (12) ein Öffnen der Frischdampfventile (15) gesteuert wird (173).
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