EP3208434A1 - Dampfkraftwerk mit antriebsturbine - Google Patents

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EP3208434A1
EP3208434A1 EP16156459.6A EP16156459A EP3208434A1 EP 3208434 A1 EP3208434 A1 EP 3208434A1 EP 16156459 A EP16156459 A EP 16156459A EP 3208434 A1 EP3208434 A1 EP 3208434A1
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EP
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steam
turbine
generator
pump
steam turbine
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EP16156459.6A
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English (en)
French (fr)
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Rainer Quinkertz
Michael Wechsung
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Siemens AG
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Siemens AG
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Publication date
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/06—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of multiple-inlet-pressure type
    • 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
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    • 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being of extraction or non-condensing type; Use of steam for feed-water heating
    • F01K7/38—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 the engines being of turbine type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01K7/40—Use of two or more feed-water heaters in series

Definitions

  • the invention relates to an arrangement comprising a steam turbine, in particular a feed pump drive turbine, in particular a T-turbine, a pump, in particular a boiler feed pump, a generator, in particular a variable-speed generator.
  • a steam turbine in particular a feed pump drive turbine, in particular a T-turbine
  • a pump in particular a boiler feed pump
  • a generator in particular a variable-speed generator.
  • the invention relates to a method for driving a pump, in particular a boiler feed pump and a generator, in particular a variable-speed generator.
  • Steam power plants essentially comprise a steam generator that generates steam for a steam turbine.
  • the steam entering the steam turbine flows into the steam turbine via a steam inlet and via a steam outlet to a condenser where the steam condenses back to water.
  • the steam condensed to water passes from the condenser via a pump, in particular feed water pump back to the steam generator, where the water is converted back to steam.
  • This is a closed circuit that requires multiple units that must be driven by a drive unit. This is the case in particular for large steam power plants. Above all, this is the case with large steam power plants, which are formed in a supercritical design.
  • Boiler feed pumps are usually operated with a variable-speed steam turbine as the drive. It is also known to supply electrically operated induced draft and fan via a variable speed generator which is driven by a variable speed auxiliary steam turbine.
  • branch turbines which are also referred to as T-turbines. These are used when the preheaters in steam power plants are to be optimally supplied with superheated steam. These branch turbines or T-turbines are fed with the exhaust steam of a high-pressure turbine part. This steam is also referred to as a second reheater steam.
  • the branch turbine or T-turbine has taps, via which the preheaters are fed with steam.
  • the branch turbine or the T-turbine can drive the boiler feed pump.
  • two steam turbines are used in a steam power plant: a steam turbine for driving a variable-speed generator, which is used to supply variable-speed consumers is formed and a second steam turbine, which is designed to drive the feedwater pump.
  • the object of the invention is to design a steam power plant cheaper.
  • an arrangement comprising a steam turbine, in particular a feed pump drive turbine, very particularly a T-turbine, a pump, in particular a boiler feed pump, a generator, in particular a variable-speed generator, wherein the pump and the generator are driven by the steam turbine to form.
  • the invention thus proposes to design and use a steam turbine in a steam power plant such that the steam turbine drives both a pump, in particular the feedwater pump and a generator, in particular a variable-speed generator.
  • a steam turbine instead of two steam turbines so far. This reduces the total system costs.
  • the steam turbine can be designed to be about 50% larger in power and can thus supply additional additional preheater with bleed steam.
  • the arrangement according to the invention comprises at least one variable-speed consumer, which is supplied by the generator.
  • the arrangement comprises a further steam turbine, in particular a high-pressure steam turbine, with a steam inlet and a steam outlet, wherein the steam outlet is fluidically connected to a steam inlet of the steam turbine.
  • the arrangement comprises a preheater for preheating water in a conduit, wherein the conduit is fluidically connected to the pump, wherein the steam turbine has a tap which is designed such that steam from the steam turbine enters the preheater.
  • the shaft of the steam turbine such that it has a front part and a rear part, wherein the front part of the generator and the rear part of the pump is arranged or on the front part of the pump and the rear part the generator is arranged.
  • the object is likewise achieved by a method for driving a pump, in particular a boiler feed pump and a generator, in particular a variable-speed generator, wherein the pump and the generator are driven by a steam turbine, in particular a feed pump drive turbine, very particularly a T-turbine.
  • the figure shows an arrangement according to the invention.
  • the arrangement 1 comprises a steam turbine 2, which is supplied via a steam line 10 with a steam.
  • the steam line 10 is fluidly connected to the outlet of a high-pressure turbine part not shown. Via the steam line 10, a steam flows into the steam inlet 11.
  • a steam valve 12 is arranged in the steam turbine 2, a steam flows through a flow channel, not shown, wherein the thermal energy of the steam is converted into a rotational energy of a shaft 8, 9.
  • the steam turbine 2 may be designed as a feed pump drive turbine or as a T-turbine.
  • the steam line 10 is also referred to as a cold reheater line.
  • the arrangement further comprises a conduit 5, in which water flows from a condenser, not shown, to a steam generator, not shown.
  • a preheater 6 is arranged in line 5, a preheater 6 is arranged.
  • the preheater 6 is formed such that this by means of a vapor, the comes from the steam turbine 2, the preheated in the line 5 water.
  • the steam flows through the steam turbine 2 and a portion of the steam flows via the tap 7 through the preheat line 13 to the preheater 6 and heats the water there.
  • the arrangement 1 further comprises a second tap 14, which is connected to a second preheating line 15 and via which a further steam flows from the flow channel to a second preheater 16.
  • the arrangement 1 comprises a third tap 17, which establishes a fluidic connection between the flow channel and a third preheating line 18, via which a vapor flows from the flow channel into a third preheater 19.
  • the flow movement of the water in the conduit 5 is brought about by means of a pump 3, which may be in the form of a boiler feed pump.
  • the pump 3 is connected to transmit torque via a shaft 9 to the steam turbine 2.
  • the thermal energy of the steam is thus converted into a rotational energy of the shaft 9 and finally drives the pump 3.
  • the pump 3 is connected to an additional motor 20.
  • the motor 20 may also drive the pump 3.
  • a further preheater 21 is arranged in the region of the steam inlet of the steam turbine 2, a front part of the shaft 8 is arranged, wherein a generator 4 is connected to the shaft 8.
  • the steam turbine 2 performs a dual function.
  • the shaft of the steam turbine 2 drives the pump 3 and the generator 4.
  • the generator 4 is a variable-speed generator 4 trained and drives, for example, induced draft 22 and / or fan 23 at.
  • the generator 4 is connected via a frequency converter 24.
  • the generator 4 therefore supplies variable-speed consumers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk, bei dem eine Kesselspeisepumpe über eine Dampfturbine angetrieben wird, wobei dieselbe Dampfturbine auch einen drehzahlvariablen Generator antreibt, der elektrische Verbraucher versorgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung umfassend eine Dampfturbine, insbesondere eine Speisepumpenantriebsturbine, ganz insbesondere eine T-Turbine, eine Pumpe, insbesondere eine Kesselspeisepumpe, einen Generator, insbesondere einen drehzahlvariablen Generator.
  • Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Antreiben einer Pumpe, insbesondere einer Kesselspeisepumpe sowie einen Generator, insbesondere einen drehzahlvariablen Generator.
  • Dampfkraftwerke umfassen im Wesentlichen einen Dampferzeuger, der einen Dampf für eine Dampfturbine erzeugt. Der in die Dampfturbine einströmende Dampf strömt über einen Dampfeinlass in die Dampfturbine hinein und über einen Dampfauslass zu einem Kondensator, wo der Dampf wieder zu Wasser kondensiert. Der zu Wasser kondensierte Dampf gelangt vom Kondensator über eine Pumpe, insbesondere Speisewasserpumpe wieder zum Dampferzeuger, wo das Wasser wieder zu Dampf umgewandelt wird. Dies ist ein geschlossener Kreislauf, der mehrere Aggregate bzw. Bauteile benötigt, die durch eine Antriebseinheit angetrieben werden müssen. Dies ist insbesondere bei großen Dampfkraftwerken der Fall. Vor allem ist dies bei großen Dampfkraftwerken der Fall, die in einer überkritischen Bauart ausgebildet sind.
  • In der Regel werden für die Aggregate hohe Antriebsenergien benötigt. Beispielsweise benötigt die Kesselspeisepumpe eine hohe Antriebsenergie. Diese Antriebsenergie muss im Dampfkraftwerk zur Verfügung gestellt werden. Ein weiterer großer Eigenverbraucher ist ein Luftsaugzug, der in der Rauchgasstrecke angeordnet ist. In der Regel werden diese Aggregate, die auch als Verbraucher zu bezeichnen sind für einen Maximallastbetrieb dimensioniert. Wenn das Dampfkraftwerk mit einer reduzierten Last betrieben wird, verringert sich sowohl der zu fördernde Massenstrom der Aggregate als auch das erforderliche Druckgefälle proportional zur Last bzw. quadratisch proportional zur Last. In einem Dampfkraftwerk eingesetzte Aggregate sind beispielsweise drehzahlvariable Pumpen, Gebläse und Saugzüge. Sofern die Pumpen, Gebläse und Saugzüge elektrisch angetrieben werden, erfolgt dies durch einen drehzahlvariablen Elektromotor in Verbindung mit einem Frequenzumrichter. Da Frequenzumrichter vergleichsweise kostenintensiv sind, wird in vielen Fällen auf eine drehzahlvariable Ausbildung des Elektromotors verzichtet, was zu großen Überdimensionierungen in Teillasten und zu nennenswerten Wirkungsgradeinbußen führt.
  • Bekannt ist es hydraulisch betriebene drehzahlvariable Getriebe einzusetzen, die allerdings ebenfalls sehr kostenintensiv sind.
  • Kesselspeisepumpen werden in der Regel mit einer drehzahlvariablen Dampfturbine als Antrieb betrieben. Es ist ebenso bekannt, elektrisch betriebene Saugzüge und Lüfter über einen drehzahlvariablen Generator zu versorgen, der durch eine Hilfsdampfturbine variabler Drehzahl angetrieben wird.
  • Häufig werden in Dampfkraftwerken sogenannte Zweigturbinen eingesetzt, die auch als T-Turbinen bezeichnet werden. Diese kommen zum Einsatz, wenn die Vorwärmer in Dampfkraftwerken exergetisch optimal mit Heißdampf versorgt werden sollen. Diese Zweigturbinen bzw. T-Turbinen werden mit dem Abdampf einer Hochdruck-Teilturbine gespeist. Dieser Dampf wird auch als zweiter Zwischenüberhitzerdampf bezeichnet. Die Zweigturbine bzw. T-Turbine weist Anzapfungen auf, über die die Vorwärmer mit Dampf gespeist werden. Die Zweigturbine bzw. die T-Turbine kann die Kesselspeisepumpe antreiben. In der Regel werden in einem Dampfkraftwerk zwei Dampfturbinen eingesetzt: eine Dampfturbine zum Antreiben eines drehzahlvariablen Generators, der zum Versorgen von drehzahlvariablen Verbrauchern ausgebildet ist und einer zweiten Dampfturbine, die zum Antreiben der Speisewasserpumpe ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dampfkraftwerk günstiger auszubilden.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 6.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, eine Anordnung umfassend eine Dampfturbine, insbesondere eine Speisepumpenantriebsturbine, ganz insbesondere eine T-Turbine, eine Pumpe, insbesondere eine Kesselspeisepumpe, einen Generator, insbesondere einen drehzahlvariablen Generator, wobei die Pumpe und der Generator mit der Dampfturbine angetrieben werden, auszubilden.
  • Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, eine Dampfturbine in einem Dampfkraftwerk derart auszulegen und einzusetzen, dass die Dampfturbine sowohl eine Pumpe, insbesondere die Speisewasserpumpe und einen Generator, insbesondere einen drehzahlvariablen Generator antreibt. Durch diese Maßnahme ist es möglich lediglich eine Dampfturbine statt wie bisher zwei Dampfturbinen einzusetzen. Dadurch verringern sich die Gesamtanlagenkosten. Desweiteren kann die Dampfturbine um ca. 50% größer in der Leistung ausgelegt werden und kann dadurch weitere zusätzliche Vorwärmer mit Anzapfdampf versorgen.
  • Außerdem führt die Vergrößerung der Dampfturbine, insbesondere T-Turbine zu einem höheren inneren Turbinenwirkungsgrad, wobei das Bedienen von zusätzlichen Vorwärmern zu geringeren Exergieverlusten an den Vorwärmern führt. Somit wird der Gesamtwirkungsgrad der Dampfkraftanlage erhöht. Außerdem werden die Massenströme der Zwischenüberhitzung weiter verringert, was den Aufwand für die kostenintensiven Rohrleitungen verringert.
  • Die Kosten für die Dampfkraftanlage werden geringer, da weitere kostenintensive Anzapfleitungen an den Hauptdampfturbinen entfallen.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung umfasst die erfindungsgemäße Anordnung zumindest einen drehzahlvariablen Verbraucher, der durch den Generator versorgt wird.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anordnung eine weitere Dampfturbine, insbesondere Hochdruck-Dampfturbine, mit einem Dampfeinlass und einem Dampfauslass, wobei der Dampfauslass strömungstechnisch mit einem Dampfeinlass der Dampfturbine verbunden ist.
  • In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anordnung einen Vorwärmer zum Vorwärmen von Wasser in einer Leitung, wobei die Leitung strömungstechnisch mit der Pumpe verbunden ist, wobei die Dampfturbine eine Anzapfung aufweist, die derart ausgebildet ist, dass Dampf aus der Dampfturbine in den Vorwärmer gelangt.
  • Um unerwünschte Schwingungen zu vermeiden, wird in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung vorgeschlagen, die Welle der Dampfturbine derart auszubilden, dass diese einen Vorderteil und einen Hinterteil aufweist, wobei am Vorderteil der Generator und am Hinterteil die Pumpe angeordnet ist oder am Vorderteil die Pumpe und am Hinterteil der Generator angeordnet ist.
  • Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Antreiben einer Pumpe, insbesondere einer Kesselspeisepumpe sowie einem Generator, insbesondere einem drehzahlvariablen Generator, wobei die Pumpe und der Generator durch eine Dampfturbine, insbesondere eine Speisepumpenantriebsturbine, ganz insbesondere eine T-Turbine angetrieben werden.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
  • Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung.
  • Die Anordnung 1 umfasst eine Dampfturbine 2, die über eine Dampfleitung 10 mit einem Dampf versorgt wird. Die Dampfleitung 10 ist mit dem Auslass einer nicht näher dargestellten Hochdruck-Teilturbine strömungstechnisch verbunden. Über die Dampfleitung 10 strömt ein Dampf in den Dampfeinlass 11. In der Dampfleitung 10 ist ein Dampfventil 12 angeordnet. In der Dampfturbine 2 strömt ein Dampf durch einen nicht näher dargestellten Strömungskanal, wobei die thermische Energie des Dampfes in eine Rotationsenergie einer Welle 8, 9 umgewandelt wird. Die Dampfturbine 2 kann als Speisepumpenantriebsturbine oder als T-Turbine ausgebildet sein. Die Dampfleitung 10 wird auch als kalte Zwischenüberhitzerleitung bezeichnet.
  • Die Anordnung umfasst ferner eine Leitung 5, in der Wasser aus einem nicht näher dargestellten Kondensator zu einem nicht näher dargestellten Dampferzeuger strömt. In der Leitung 5 ist ein Vorwärmer 6 angeordnet. Der Vorwärmer 6 ist derart ausgebildet, dass dieser mittels eines Dampfes, der aus der Dampfturbine 2 kommt, das in der Leitung 5 befindliche Wasser vorwärmt. Dazu wird über eine Anzapfung 7, die in der Dampfturbine angeordnet ist und eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und einer Vorwärmleitung 13 herstellt, ausgebildet. Im Betrieb strömt der Dampf durch die Dampfturbine 2 und ein Teil des Dampfes strömt über die Anzapfung 7 durch die Vorwärmeleitung 13 zum Vorwärmer 6 und erwärmt dort das Wasser.
  • Die Anordnung 1 umfasst ferner eine zweite Anzapfung 14, die mit einer zweiten Vorwärmleitung 15 verbunden ist und über die ein weiterer Dampf aus dem Strömungskanal zu einem zweiten Vorwärmer 16 strömt.
  • Desweiteren umfasst die Anordnung 1 eine dritte Anzapfung 17, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Strömungskanal und einer dritten Vorwärmleitung 18 herstellt, über die ein Dampf aus dem Strömungskanal in einen dritten Vorwärmer 19 strömt.
  • Die Strömungsbewegung des Wassers in der Leitung 5 wird mit Hilfe einer Pumpe 3, die als Kesselspeisepumpe ausgebildet sein kann, herbeigeführt. Die Pumpe 3 ist drehmomentübertragend über eine Welle 9 mit der Dampfturbine 2 verbunden. Im Betrieb wird somit die thermische Energie des Dampfes in eine Rotationsenergie der Welle 9 umgewandelt und treibt schließlich die Pumpe 3 an. Ferner ist die Pumpe 3 mit einem zusätzlichen Motor 20 verbunden. Der Motor 20 kann ebenfalls die Pumpe 3 antreiben.
  • In der Leitung 5 ist ein weiterer Vorwärmer 21 angeordnet. Im Bereich des Dampfeinlasses der Dampfturbine 2 ist ein Vorderteil der Welle 8 angeordnet, wobei ein Generator 4 mit der Welle 8 verbunden ist.
  • Somit erfüllt die Dampfturbine 2 eine Doppelfunktion. Zum einen treibt die Welle der Dampfturbine 2 die Pumpe 3 und den Generator 4 an. Der Generator 4 ist als drehzahlvariabler Generator 4 ausgebildet und treibt beispielsweise Saugzüge 22 und/oder Lüfter 23 an.
  • Der Generator 4 ist über einen Frequenzumrichter 24 verbunden. Der Generator 4 versorgt daher drehzahlvariable Verbraucher.

Claims (6)

  1. Anordnung (1)
    umfassend eine Dampfturbine (2),
    insbesondere eine Speisepumpenantriebsturbine,
    ganz insbesondere eine T-Turbine,
    eine Pumpe (3),
    insbesondere eine Kesselspeisepumpe,
    einen Generator (4),
    insbesondere einen drehzahlvariablen Generator,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pumpe (3) und der Generator (4) mit der Dampfturbine (2) angetrieben werden.
  2. Anordnung (1) nach Anspruch 1,
    ferner umfassend zumindest einen drehzahlvariablen Verbraucher, der durch den Generator (4) versorgt wird.
  3. Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2,
    mit einer weiteren Dampfturbine, insbesondere Hochdruck-Dampfturbine, mit einem Dampfeinlass und einem Dampfauslass, wobei der Dampfauslass strömungstechnisch mit einem Dampfeinlass der Dampfturbine (2) verbunden ist.
  4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem Vorwärmer (6) zum Vorwärmen von Wasser in einer Leitung (5), wobei die Leitung (5) strömungstechnisch mit der Pumpe (3) verbunden ist, wobei die Dampfturbine (2) eine Anzapfung (7) aufweist, die derart ausgebildet ist, dass Dampf aus der Dampfturbine (2) in den Vorwärmer (6) gelangt.
  5. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfturbine (2) eine Welle aufweist, wobei ein Vorderteil der Welle (8) im Bereich des Dampfeinlasses und ein Hinterteil der Welle (9) im Bereich des Dampfauslasses angeordnet ist, wobei der Generator (4) am Vorderteil der Welle (8) und die Pumpe (3) am Hinterteil der Welle (9) angeordnet ist oder der Generator (4) am Hinterteil der Welle (9) und die Pumpe (3) am Vorderteil der Welle (8) angeordnet ist.
  6. Verfahren
    zum Antreiben einer Pumpe (3),
    insbesondere einer Kesselspeisepumpe sowie einem Generator (4),
    insbesondere einem drehzahlvariablen Generator (4), dadurch gekennzeichnet, dass
    die Pumpe (3) und der Generator (4) durch eine Dampfturbine (2), insbesondere eine Speisepumpenantriebsturbine,
    ganz insbesondere eine T-Turbine angetrieben werden.
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