EP3280884A1 - Verfahren zum abkühlen einer dampfturbine - Google Patents

Verfahren zum abkühlen einer dampfturbine

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EP3280884A1 EP16728922.2A EP16728922A EP3280884A1 EP 3280884 A1 EP3280884 A1 EP 3280884A1 EP 16728922 A EP16728922 A EP 16728922A EP 3280884 A1 EP3280884 A1 EP 3280884A1
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steam
steam turbine
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cooling
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    • F05D2220/31—Application in turbines in steam turbines

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling a
  • Steam turbines are used in power plants to generate energy. After successful commissioning, the steam turbines are more or less used in continuous operation. Nevertheless, it is necessary to carry out revisions from time to time. Here, it is necessary that the vapor ⁇ turbines are decommissioned and are cooled.
  • the "forced cooling” essentially comprises three phases, wherein in the first phase, a steam temperature reduction occurs during power operation and then takes place after switching off a natural cooling and then The steam turbine is thus cooled in advance by a reduction of the steam temperature during power operation, this reduction of the steam temperature can be achieved by the use of a boiler spray and / or by power reduction
  • care must be taken that the steam temperatures are reduced so that the design limits of the steam turbine are not exceeded, for which the steam temperature can be reduced by means of rigid ramps ground.
  • the object of the invention is therefore to accelerate the method of cooling the steam turbine. This problem is solved by the independent claim 1.
  • a method for cooling a steam turbine wherein the steam turbine is flowed with steam from a steam generator, wherein a predetermined cooling rate of the steam turbine is determined, the actual ⁇ Liche cooling rate is determined and compared with the predetermined Ab ⁇ cooling rate and the Steam generator is operated such that the actual cooling rate substantially corresponds to the predetermined cooling rate.
  • an essential feature of the invention is that a regulation is taken into account, which now regulates the steam temperature such that the cooling of the steam turbine takes place within predetermined limits.
  • the predetermined cooling rate is determined by a finite element method, determined by measurements or determined by tests.
  • the temperature of the components, such as the housing and the rotor of the steam turbine is taken into account.
  • Figure 1 is a schematic representation of an inventive ⁇ SEN power plant.
  • the power plant 1 comprises a steam turbine 2, which is divided into a high-pressure turbine section 3, a medium-pressure turbine section 4 and low-pressure turbine section 5. Furthermore, the power plant 1 comprises a steam generator 6 and a condenser 7, which is fluidically connected to the low-pressure turbine part 5. Fresh steam is generated in Dampferzeu ⁇ ger 6 and flows through a main steam pipe 8 into the high pressure turbine section 3 and from there via an outlet 9 10 to a reheater in the intermediate superheater 10 of the steam is again brought to a higher temperature and then flows into the medium pressure 4. Steam turbine 4. From there, the steam flows via an overflow line 11 to the low-pressure turbine section 5 and finally via an exhaust steam line 12 into the condenser 7.
  • the steam condenses to water and is returned to the steam generator 6 by means of a pump 13 guided.
  • the steam turbine 1 is flown with steam from the steam generator 6, wherein a predetermined cooling rate T is determined before the steam turbine ⁇ 2. Furthermore, determines the actual From ⁇ cooling rate T did and with the predetermined cooling T ago compared. This is done in an automation system (not shown).
  • the automation system supplies an output signal to the steam generator 6, which results in that the steam generator 6 is operated such that the actual Liehe cooling rate T tat substantially corresponds to the predetermined cooling rate T before .
  • the design limits are shown, with a default for cooling is calculated and the steam generator 6 is provided as a signal available.
  • This optimum steam temperature optimally exploits the design limits of the steam turbine 2 during cooling. It always checks the actual conditions and compares with the permissible limits. In other words, with the automation system, the optimum steam temperature will quickly lower the temperature, if there are still large allowances and reduce more slowly, if only small allowances are still available, such. As close to the limit of interpretation ⁇ . Here are taken into account temperatures of the steam ⁇ turbine and thus the wall temperature limits.
  • the specified cooling rate can be determined by a finite element method or by measurements or tests.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Automatisierungssystem, das die theoretisch maximale Abkühlrate einer Dampfturbine (2) bestimmt und einen Dampferzeuger (6) derart betreibt, dass die thermische Energie des Dampfes die vorgegebene Abkühlrate weder überschreitet noch unterschreitet.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen einer
Dampfturbine, wobei die Dampfturbine mit Dampf aus einem Dampferzeuger beströmt wird, wobei eine vorgegebene Abkühlra¬ te Tvor der Dampfturbine bestimmt wird, wobei die tatsächliche Abkühlrate Ttat ermittelt und mit der vorgegebenen Abkühlrate TVor verglichen wird.
Dampfturbinen werden in Kraftwerksanalgen zur Energieerzeugung eingesetzt. Nach einer erfolgreichen Inbetriebnahme wer- den die Dampfturbinen mehr oder weniger im Dauerbetrieb eingesetzt. Dennoch ist es erforderlich, hin und wieder Revisionen durchzuführen. Hierbei ist es notwendig, dass die Dampf¬ turbinen außer Betrieb genommen werden und abgekühlt sind. Zur Abkühlung ist es gängige Praxis, die Dampfturbine mittels dem sogenannten „forced cooling" abzukühlen. Das „forced cooling" umfasst im Wesentlichen drei Phasen, wobei in der ersten Phase eine Dampftemperaturabsenkung im Leistungsbetrieb erfolgt und nach dem Abschalten erfolgt danach ein natürliches Abkühlen und anschließend ein „kaltziehen" mit Um- gebungsluft, wobei über eine Evakuierungseinrichtung die Luft durch die Dampfturbine gezogen wird. Die Dampfturbine wird also durch eine Reduktion der Dampftemperatur im Leistungsbetrieb vorab abgekühlt. Diese Reduktion der Dampftemperatur kann durch die Verwendung einer Kesselabspritzung und/oder durch Leistungsreduzierung der Feuerung bzw. der Gasturbine (im Falle einer GuD-Anlage) erfolgen. Allerdings muss darauf geachtet werden, dass die Reduktion der Dampftemperaturen derart erfolgt, dass die Auslegungsgrenzen der Dampfturbine nicht überschritten werden. Dazu kann die Dampftemperatur mittels starrer Rampen reduziert werden. Nachteilig ist hier¬ bei aber, dass eventuell vorgegebene Freiheiten nicht voll ausgereizt werden. Dies wiederum führt zu einem Zeitverlust, bei dem wertvoller Brennstoff vergeudet werden könnte. Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, dass Verfahren zum Abkühlen der Dampfturbine zu beschleunigen. Gelöst wird diese Aufgabe durch den unabhängigen Anspruch 1.
Danach kommt erfindungsgemäß ein Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine zum Einsatz, wobei die Dampfturbine mit Dampf aus einem Dampferzeuger beströmt wird, wobei eine vorgegebene Abkühlrate der Dampfturbine bestimmt wird, wobei die tatsäch¬ liche Abkühlrate ermittelt wird und mit der vorgegebenen Ab¬ kühlrate verglichen und der Dampferzeuger derart betrieben wird, dass die tatsächliche Abkühlrate im Wesentlichen der vorgegebenen Abkühlrate entspricht.
Somit ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, dass eine Regelung berücksichtigt wird, die nunmehr die Dampftemperatur derart regelt, dass die Abkühlung der Dampfturbine innerhalb vorgegebener Grenzen erfolgt.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben .
So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die vor- gegebene Abkühlrate durch eine Finite-Elemente-Methode ermit- telt, durch Messungen ermittelt oder durch Tests ermittelt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird bei der Abkühlrate die Temperatur der Bauteile, wie zum Beispiel das Gehäuse und der Rotor der Dampfturbine berücksichtigt.
Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein Automatisierungssys¬ tem gelöst, das ausgebildet ist zur Durchführung des erfin¬ dungsgemäßen Verfahrens .
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam- menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispie¬ le nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzun- gen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.
Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemä¬ ßen Kraftwerksanlage.
Die Kraftwerksanlage 1 umfasst eine Dampfturbine 2, die in eine Hochdruck-Teilturbine 3, eine Mitteldruck-Teilturbine 4 und Niederdruck-Teilturbine 5 eingeteilt ist. Ferner umfasst die Kraftwerksanlage 1 einen Dampferzeuger 6 und einen Kondensator 7, der strömungstechnisch mit der Niederdruck- Teilturbine 5 verbunden ist. Frischdampf wird im Dampferzeu¬ ger 6 erzeugt und strömt über eine Frischdampfleitung 8 in die Hochdruck-Teilturbine 3 und von dort über einen Auslass 9 zu einem Zwischenüberhitzer 10. Im Zwischenüberhitzer 10 wird der Dampf wieder auf eine höhere Temperatur gebracht und strömt anschließend in die Mitteldruck-Teilturbine 4. Von dort aus strömt der Dampf über eine Überströmleitung 11 zur Niederdruck-Teilturbine 5 und schließlich über eine Abdampf- leitung 12 in den Kondensator 7. Im Kondensator 7 kondensiert der Dampf zu Wasser und wird mittels einer Pumpe 13 wieder zum Dampferzeuger 6 geführt. Die Dampfturbine 1 wird mit Dampf aus dem Dampferzeuger 6 beströmt, wobei eine vorgegebene Abkühlrate Tvor der Dampftur¬ bine 2 bestimmt wird. Des Weiteren wird die tatsächliche Ab¬ kühlrate Ttat ermittelt und mit der vorgegebenen Abkühlrate Tvor verglichen. Dies erfolgt in einem Automatisierungssystem (nicht dargestellt) . Das Automatisierungssystem liefert ein Ausgangssignal an den Dampferzeuger 6, was dazu führt, dass der Dampferzeuger 6 derart betrieben wird, dass die tatsäch- liehe Abkühlrate Ttat im Wesentlichen der vorgegebenen Abkühlrate Tvor entspricht. In der Dampfturbinensteuerung sind demnach die Auslegungsgrenzen abgebildet, wobei eine Vorgabe zur Abkühlung berechnet wird und dem Dampferzeuger 6 als Signal zur Verfügung gestellt wird. Diese optimale Dampftemperatur nutzt die Auslegungsgrenzen der Dampfturbine 2 beim Abkühlen optimal aus. Sie überprüft stets die Ist-Zustände und ver¬ gleicht mit den zulässigen Grenzen. Mit anderen Worten, mit dem Automatisierungssystem wird die optimale Dampftemperatur die Temperatur zügig herabsetzen, wenn noch große Freibeträge vorhanden sind und langsamer herabsetzen, wenn nur noch kleine Freibeträge vorhanden sind, wie z. B. nahe der Auslegungs¬ grenze. Berücksichtigt werden hierbei Temperaturen der Dampf¬ turbine und somit die Wandtemperatur-Grenzen. Die vorgegebene Abkühlrate kann durch eine Finite-Elemente- Methode ermittelt werden oder durch Messungen oder durch Tests .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh- rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abkühlen einer Dampfturbine (2),
wobei die Dampfturbine (2) mit Dampf aus einem Dampferzeu¬ ger (6) beströmt wird,
wobei eine Temperaturänderung der Dampfturbine (2) erfolgt, wobei eine vorgegebene Abkühlrate Tvor der Dampfturbine (2) bestimmt wird,
wobei die tatsächliche Abkühlrate Ttat ermittelt wird und mit der vorgegebenen Abkühlrate Tvor verglichen wird und der Dampferzeuger (6) derart in Abhängigkeit der Temperaturänderung der Dampfturbine (2) betrieben wird, dass die tat¬ sächliche Abkühlrate Ttat im Wesentlichen der vorgegebenen Abkühlrate Tvor entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die vorgegebene Abkühlrate Tvor durch eine Finite- Elemente-Methode ermittelt wird, durch Messungen ermittelt wird oder durch Tests ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei bei der Abkühlrate die Temperaturen der Bauteile der Dampfturbine (2) berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei eine Temperatur an der Innenwand Tl und eine Tempera¬ tur an der Außenwand TA ermittelt wird und eine Differenz der Temperatur TA - Tl einen vorgegebenen Grenzwert ΔΤΑΙ weder überschreitet noch unterschreitet.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dampferzeuger (6) derart betrieben wird, dass ei¬ ne Kesselabspritzung erfolgt und/oder die Feuerung derart geändert wird, dass die Leistung des Dampferzeugers (6) re¬ duziert wird.
6. Automatisierungssystem
ausgebildet zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der An¬ sprüche 1 bis 5.
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