EP3685021A1 - Kraftwerk mit kühlsystem, verfahren zum betreiben eines solchen kraftwerks, verfahren zur modifikation eines kraftwerks - Google Patents

Kraftwerk mit kühlsystem, verfahren zum betreiben eines solchen kraftwerks, verfahren zur modifikation eines kraftwerks

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Publication number
EP3685021A1
EP3685021A1 EP18793595.2A EP18793595A EP3685021A1 EP 3685021 A1 EP3685021 A1 EP 3685021A1 EP 18793595 A EP18793595 A EP 18793595A EP 3685021 A1 EP3685021 A1 EP 3685021A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
generator
power plant
cooling water
cooled
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18793595.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hardy Kliemke
Thomas JOHNKE
Robert VON BLUMENTHAL
Ralf LIEBIG
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of EP3685021A1 publication Critical patent/EP3685021A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • F01K27/00—Plants for converting heat or fluid energy into mechanical energy, not otherwise provided for
    • F01K27/02—Plants modified to use their waste heat, other than that of exhaust, e.g. engine-friction heat
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil

Definitions

  • Power plant with cooling system method for operating such a power plant, method for modifying a
  • the invention relates to a power plant with at least one generator which is cooled with a ge of a generator heat exchanger cooled cooling gas, and a closed cooling water system to which the generator heat exchanger and other heat exchangers of the power plant are connected.
  • Such power plants are known in the prior art in under different versions. They can be designed as a gas turbine, as a steam turbine or as a gas and steam turbine power plant.
  • a variety of Kraftwerkskom components requires cooling, on the one hand to dissipate the heat loss incurred and on the other to increase the performance of the power plant.
  • the generators of a power plant are usually cooled with cooling gas cooled by generator heat exchangers.
  • the gene ratortownleyer are connected to a closed cooling water system of the power plant, over which also other politicianstau shear are supplied with cooling water, for example, those for lubricating and / or Dichtölkühlung, for cooling of pumps or the like.
  • the recooling of the cooling water of the cooling water circuit can be done in various ways, for example by means of fresh water flow cooling, Umlaufküh development using a cooling tower or air-cooled coolers, etc.
  • the possible achievable electrical power to the generator is dependent on the cooling of the generator windings pre-given cold gas temperature of the cooling gas, ie thedegastem temperature when entering the generator.
  • the lower the cold gas temperature the more mechanical energy can be converted in the Ge generator into electrical energy.
  • the cold gas is, as described above, via the generator heat shear, which is cooled by the cooling water system.
  • the cold gas temperature of the cooling gas for the genera torkühlung is coupled to the cooling water temperature of the cooling water system.
  • the cooling water temperature is in turn dependent on the re-cooling and therefore can not be arbitrarily lowered who the.
  • the achievable on the generator electrical power rule limits are set.
  • EP 1 529 333 A1 discloses a cooling of a generator, in which the cooling water of the cooling water system of the power plant is additionally cooled down for the generator cooling.
  • the object is achieved by a power plant according to claim 1, and method of operation according to claim 16 and a Ver drive for modification of a power plant according to claim 27.
  • the present invention provides a power plant of the type mentioned, which is characterized in that a generator heat exchanger is part of a Sakkühlwassernikankanks, which serves exclusively to cool at least one generator, in particular connected to the cooling water system of the power plant and in particular special at least one shut-off valve can optionally be separated from this.
  • Another advantage is the presence of a pump and at least one chiller for cooling the cooling water flowing through the Rajkühlwas serniklauf.
  • the provision of a separate additional cooling water circuit for the at least one generator which can be decoupled from the cooling water system is advantageous in that via the additional cooling water circuit to the cooling requirements of at least one generator tuned cooling performance can be made available, regardless of the cooling performance the cooling water system over which the other heat exchangers are cooled to cool, for example, lubricating and / or sealing oil, pumps or other components of the power plant.
  • the use of at least one chiller for cooling the cooling water flowing through the additional cooling water circuit offers a high flexibility of the availableméleis device, so that these conditions and conditions of operation of the power plant can be easily adapted to changing ambient conditions.
  • the refrigerating machine is a compression refrigerating machine and has an evaporator, a compressor, a condenser and a discharge valve that forms a closed circuit through which the refrigerant of the refrigerator is passed.
  • the refrigerants of the refrigerator are preferably tetrafluoroethane, which is also sold under the trade name R- 134a is available. With tetrafluoroethane as the refrigerant WUR achieved very good results.
  • the condenser of the refrigerator is preferably cooled withchenwas water of the cooling water system, whereby a simple and inexpensive construction of the additional cooling water circuit is achieved.
  • the compressor of the chiller is cooled by a connected to the cooling water system connected generator heat exchanger cooled air.
  • the present invention provides a method for operating a power plant according to the invention previously described, in which the additional cooling water circuit is disconnected in normal operation of the power plant by the at least one shut-off valve from the cooling water system, so that the Generatorür exchanger exiting cooling water of the additional cooling water circuit run exclusively on the chiller is recooled.
  • the generator cooling is done exclusively via the chiller and is thus independent of the cooling water system. Accordingly, an energetically favorable, very powerful and flexible generator cooling is inquirege provides, which makes it possible to umzuwan very high mechanical Leis lines on the generator shaft in electrical energy.
  • the limit value is chosen such that that proper cooling of the generator can be ensured solely by the cooling water system.
  • the at least one shut-off valve of the additional cooling water circuit is advantageously automatically opened in the event of failure of the refrigerator and the generator heat exchanger connected to the cooling water system 14. In this way, emergency cooling of the generator via the cooling water system is always ensured.
  • Figure 1 shows a power plant with a generator, a
  • FIG. 2 shows a hybrid system in a power plant in which a generator can also be cooled by a blower.
  • FIG. 3 shows a power plant with two generators and one
  • FIG. 4 shows a power plant with two generators each having a heat exchanger
  • Figure 5 shows that a heat exchanger is used to cool various subcomponents of a generator
  • FIG. 6 shows that different subcomponents of a
  • Generators are cooled by two heat exchangers.
  • the power plant 1 is in this case a gas turbine power plant, which could also be any other type of power plant act.
  • it can also be a combined cycle power plant with at least one steam turbine (not shown in detail).
  • the steam turbines can hang in the same shaft train of Gasturbi nenrotors 6.
  • two steam turbines may be part of the power plant.
  • the power plant 1 here preferably comprises a Lucasverdich ter 2, a gas turbine 3, at least one generator 4 and a transformer 5.
  • compressed air is combusted in a known manner together with a fuel.
  • the combustion gas is supplied to the gas turbine 3 and relaxed therein by driving a gas turbine rotor 6.
  • the Gasturbi nenrotor 6 drives the generator 4, which converts theriosener energy into electrical energy.
  • this has a closed cooling water system 7, the general my called as Eisenkühlwasserniklauf and of the present only a Hauptzuclasstechnisch 8 and a Main return line 9 are shown.
  • heat exchanger 12 To the cooling water system 7 are connected via lines 10 and 11 heat exchanger 12 is closed, are cooled by the example, lubricating oil, sealing oil, pumps and / or other components of the power plant 1.
  • a generator heat exchanger 14 connected to the generator via the line 15 generator 4 extracted hot gas is supplied, which then returned via the line 16 as cold gas to the generator 4 becomes.
  • the generator heat exchanger 14 forms according to the invention a part of a classickühlwassernikanks 17, which serves exclusively for the cooling of the generator 4 and vorlie ing via shut-off valves 18, 18 ', which are provided at the supplying Lei device 13, optionally connected to the cooling water system 7 and separated from it can.
  • the addition of the cooling circuit 17 includes a refrigerator 19, which via a provided with a pump 20 line 21 between the Genera torchipleyer 14 and the shut-off valve 18 with the Wegner-generating line 13 and a three-way valve 22 on pointing line 23 between the Generator heat exchanger 14 and the shut-off valve 18 to the supply line 13 on the one hand and via a line 24 to the line 21 is connected to the other hand.
  • the chiller 19 comprises vorlie lowing an evaporator 25, a compressor 26, a condenser 27 and an expansion valve 28 through which the refrigerant is passed through the refrigeration unit 19 via lines 29 in the closed-circuit NEN, which in this case is tetrafluoroethane (R.
  • the condenser 27 of the refrigerator 19 is cooled by means of lines 30 supplied cooling water of the cooling water system 7. Further, the compressor 26 of the refrigerator 19 is cooled by a to the cooling water system 7 via lines 31 and the lines 30 is closed heat exchanger 32 cooled air.
  • the at least one valve 18, 18 ' is closed and the three-way valve 22 connects the Lines 13 and 23, so that the additional cooling water circuit 17 is completely separated from the cooling water system 7. Accordingly, the cooling of the generator 4 takes place exclusively via the chiller 19. This is to the effect of advantage that the cooling capacity of the generator cooling can be adjusted completely inde pendent of the cooling water system 7. Accordingly, an energetically favorable, very powerful and flexible generator cooling is provided, which makes it possible to convert even very high mechanical power to the Ge neratorwelle in electrical energy.
  • the at least one shut-off valve 18, 18 ' is opened and the additional cooling water circuit 17 is
  • the generator cooling is no longer on the additional cooling water circuit 17 or the chiller 19 but via the cooling water system 7 takes place.
  • Switching from one type of cooling to another can be done using a stored in the corresponding control curve that assigns each generator power a target cooling gas temperature with an associated cooling water temperature at the inlet of the generator heat exchanger 14 and limits, wel chedegastemperaturen at which temperatures of thedewas sers the cooling water system 7 can be achieved.
  • a sol cher limit value is exceeded, it is automatically switched from a cooling of the generator 4 by the cooling water system 7 to such by the additional cooling water circuit 17 tet switched. When falling below is switched back accordingly.
  • the at least one shut-off valve 18, 18 'of the additional cooling water circuit 17 in the event of failure of the refrigerator 19 opens automatically table and the generator heat exchanger 14 is connected to the cooling water system 7 to provide emergency cooling of the generator 4.
  • the Umstel development should preferably be made gradually in order to cause turgradienten in the generator 4 no excessive damage after pulling tempera.
  • the three-way valve 22 is provided, which also made a mixed operation made light, which ensures that a permissible Temperaturgradi ent the cooling water at the inlet of the generator heat exchanger 14 is maintained. This can be 1K / minute, just to give an example.
  • the power plant 1 according to the invention is characterized by an effective generator cooling with a simple structure.
  • FIG. 2 shows a hybrid system for cooling the generator 4.
  • the generator 4 can additionally be cooled by a blower or blower system 33 via separate lines 15 ', 16'.
  • the blower system 33 can be operated in parallel to the generator heat exchanger 14 or is preferably used only at accordingly lower outdoor temperatures or lower thermal stresses of the generator 4.
  • FIG. 3 shows a further schematic arrangement of a power plant 1 with preferably two generators 4 ', 4 ".
  • the schematic arrangement of the two generators 4 ', 4' 'be delay one or more gas turbines 2 and / or not shown steam turbines is only schematically.
  • the two generators 4', 4'' cools. The cooling is preferably switched in parallel so that separate circuits 15 ', 16' are provided for the second generator 4 ".
  • FIG. 4 shows a power plant 1 with two generators 4 ', 4 ".
  • the arrangement of the two generators 4 ', 4' ' is only schematically and the number of gas turbines 2 or the presence of not shown steam turbines.
  • the second generator 4 '' by a second generator heat exchanger 14 '' cooled, which is also in turn connected to a chiller.
  • a chiller This may be the same chiller 19 or a separate chiller 19 '.
  • 19 'available for each generator 4 ', 4' 'a separate Genera torumbleleyer 14', 14 '' and a separate heat engine 19, 19 'available. Accordingly, corresponding supply lines 15 'and 16' analogous to the lines 15, 16 kuh development of the first generator 4 'available.
  • FIG. 5 shows in more detail that for a generator 4, two supply lines 16, 16 'and two leads 15, 15' are the IN ANY, which serve to cool various sub-components of the generator 4. This can be, for example, oil cooling and / or cooling of the rotor. This cooling of Sectionkom components, of course, applies accordingly for the previous and subsequent figures.
  • FIG. 6 shows that for a generator 4, two generator heat exchangers 14, 14 'and also additional lines 15', 16 'are present in order to cool another or several component parts of the generator 4.
  • the generator heat exchanger 14 serve to cool the rotor, whereas the second generator heat exchanger 14 ', for example, for cooling the oil in the generator 4 is used.
  • the second generator heat exchanger 14 ' is connected via corresponding feed lines 13' to the refrigerator 19.
  • a separate chiller 13 ' for the second generator heat exchanger 14'.
  • older existing power plants can be upgraded to who, in which a separate cooling as described above for the generator or the generators 4, 4 'additionally and for the first time pa rallel to the cooling water system 7 is installed.
  • the others, in particular all other components of the power plant 1 are preferably not cooled by the chiller 19, but only by the cooling water system. 7

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk (1) mit zumindest einem Generator (4), der mit einem von einem Generatorwärmetauscher (14) gekühlten Kühlgas gekühlt wird, und einem geschlossenen Kühlwassersystem (7), an das der Generatorwärmetauscher (14) und weitere Wärmetauscher (12) des Kraftwerks (1) angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Generatorwärmetauscher (14) Bestandteil eines Zusatzkühlwasserkreislaufs (17) ist, der ausschließlich der Kühlung des Generators (4) dient, der mit dem Kühlwassersystem (7) verbunden und über zumindest ein Absperrventil (18) wahlweise von diesem getrennt werden kann, und der eine Pumpe (20) und zumindest eine Kältemaschine (19) zur Kühlung des den Zusatzkühlwasserkreislauf (17) durchströmenden Kühlwassers aufweist. Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwerks.

Description

Kraftwerk mit Kühlsystem, Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwerks, Verfahren zur Modifikation eines
Kraftwerks
Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk mit zumindest einem Generator, der mit einem von einem Generatorwärmetauscher ge kühlten Kühlgas gekühlt wird, und einem geschlossenen Kühl wassersystem, an das der Generatorwärmetauscher und weitere Wärmetauscher des Kraftwerks angeschlossen sind.
Derartige Kraftwerke sind im Stand der Technik in unter schiedlichsten Ausführungen bekannt. Sie können als Gasturbi nen-, als Dampfturbinen- oder als Gas- und Dampfturbinen kraftwerk ausgebildet sein. Eine Vielzahl der Kraftwerkskom ponenten bedarf einer Kühlung, um zum einen die anfallende Verlustwärme abzuführen und zum anderen die Leistung des Kraftwerks zu steigern.
Die Generatoren eines Kraftwerks werden in der Regel mit von Generatorwärmetauschern gekühltem Kühlgas gekühlt. Die Gene ratorwärmetauscher sind an ein geschlossenes Kühlwassersystem des Kraftwerks angeschlossen, über das auch weitere Wärmetau scher mit Kühlwasser versorgt werden, beispielsweise solche zur Schmier- und/oder Dichtölkühlung, zur Kühlung von Pumpen oder dergleichen. Die Rückkühlung des Kühlwassers des Kühl wasserkreislaufs kann auf verschiedene Arten erfolgen, bei spielsweise mittels Frischwasserdurchlaufkühlung, Umlaufküh lung unter Einsatz eines Kühlturms oder von luftgekühlten Kühlern, etc.
Die mögliche erzielbare elektrische Leistung am Generator ist abhängig von der zur Kühlung der Generatorwicklungen vorge gebenen Kaltgastemperatur des Kühlgases, also der Kühlgastem peratur bei Eintritt in den Generator. Je niedriger die Kalt gastemperatur ist, desto mehr mechanische Energie kann im Ge nerator in elektrische Energie umgewandelt werden. Das Kalt gas wird wie zuvor beschrieben über den Generatorwärmetau- scher gewonnen, der über das Kühlwassersystem gekühlt wird. Damit ist die Kaltgastemperatur des Kühlgases für die Genera torkühlung an die Kühlwassertemperatur des Kühlwassersystems gekoppelt. Die Kühlwassertemperatur ist wiederum abhängig von der Rückkühlung und kann folglich nicht beliebig gesenkt wer den. Damit sind auch der am Generator erzielbaren elektri schen Leistung Grenzen gesetzt.
Kommt es durch leistungssteigernde Maßnahmen an der Turbine zu einem Anstieg der mechanischen Leistung an der Generator welle, wäre es wünschenswert, für den Generator eine verbes serte Kühlung bereitzustellen, um diese Mehrleistung in elektrische Energie umzuwandeln zu können.
Die EP 1 529 333 Al offenbart eine Kühlung eines Generators, bei dem das Kühlwasser des Kühlwassersystems des Kraftwerks zusätzlich für die Generatorkühlung heruntergekühlt wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftwerk der eingangs ge nannten Art mit verbessertem Aufbau zu schaffen.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftwerk nach Anspruch 1, und Verfahren zum Betreiben nach Anspruch 16 sowie ein Ver fahren zur Modifikation eines Kraftwerks nach Anspruch 27.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Kraftwerk der eingangs genannten Art, das dadurch gekenn zeichnet ist, dass ein Generatorwärmetauscher Bestandteil eines Zusatzkühlwasserkreislaufs ist, der ausschließlich der Kühlung zumindest eines Generators dient, der insbesondere mit dem Kühlwassersystem des Kraftwerks verbunden und insbe sondere über zumindest ein Absperrventil wahlweise von diesem getrennt werden kann.
Weiterer Vorteil ist das Vorhandensein einer Pumpe und zumin dest einer Kältemaschine zur Kühlung des den Zusatzkühlwas serkreislauf durchströmenden Kühlwassers. Das Vorsehen eines separaten Zusatzkühlwasserkreislaufs für den zumindest einen Generator, der von dem Kühlwassersystem entkoppelt werden kann, ist dahingehend von Vorteil, dass über den Zusatzkühlwasserkreislauf eine auf den Kühlbedarf des zumindest einen Generators abgestimmte Kühlleistung be reitgestellt werden kann, und zwar ohne Rücksicht auf die Kühlleistung des Kühlwassersystems, über das die weiteren Wärmetauscher gekühlt werden, um beispielsweise Schmier und/oder Dichtöl, Pumpen oder andere Komponenten des Kraft werks zu kühlen. Dennoch kann durch Öffnen des zumindest einen Absperrventils wahlweise auch eine Kühlung des Genera tors alleine über das Kühlwassersystem erfolgen, wenn bei ge ringen Umgebungstemperaturen nur eine geringe Kühlleistung für den Generator bereitgestellt werden muss oder der Zusatz kühlwasserkreislauf ausfällt, so dass eine Notfallkühlung ge währleistet wird.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der Zusatzkühlwas serkreislauf über das Kühlwassersystem mit Kühlwasser ge speist wird, so dass für den Zusatzkühlwasserkreislauf keine separate Kühlwasserversorgung erforderlich ist.
Der Einsatz zumindest einer Kältemaschine zur Kühlung des den Zusatzkühlwasserkreislauf durchströmenden Kühlwassers bietet eine hohe Flexibilität der zur Verfügung stellbaren Kühlleis tung, so dass diese einfach an sich ändernde Umgebungsbedin gungen und Fahrweisen des Kraftwerks angepasst werden kann.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Kältemaschine eine Kompressionskältemaschine und weist einen Verdampfer, einen Kompressor, einen Kondensator und ein Ent spannungsventil auf, die einen geschlossenen Kreislauf bil den, durch den das Kältemittel der Kältemaschine geleitet wird .
Bei dem Kältemittel der Kältemaschine handelt es sich bevor zugt um Tetrafluorethan, das auch unter dem Handelsnamen R- 134a erhältlich ist. Mit Tetrafluorethan als Kältemittel wur den sehr gute Ergebnisse erzielt.
Der Kondensator der Kältemaschine wird bevorzugt mit Kühlwas ser des Kühlwassersystems gekühlt, wodurch ein einfacher und preiswerter Aufbau des Zusatzkühlwasserkreislaufs erzielt wird .
Alternativ oder zusätzlich wird vorteilhaft der Kompressor der Kältemaschine mit von einem an das Kühlwassersystem ange schlossenen Generatorwärmetauscher gekühlter Luft gekühlt.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Kraft werks, bei dem der Zusatzkühlwasserkreislauf im Normalbetrieb des Kraftwerks durch das zumindest eine Absperrventil von dem Kühlwassersystem getrennt ist, so dass das den Generatorwär metauscher verlassende Kühlwasser des Zusatzkühlwasserkreis laufes ausschließlich über die Kältemaschine rückgekühlt wird. Damit erfolgt auch die Generatorkühlung ausschließlich über die Kältemaschine und ist damit unabhängig von dem Kühl wassersystem. Entsprechend wird eine energetisch günstige, sehr leistungsfähige und flexible Generatorkühlung bereitge stellt, die es ermöglicht, auch sehr hohe mechanische Leis tungen an der Generatorwelle in elektrische Energie umzuwan deln .
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei Unterschreiten eines vorab definierten unteren
Grenzwertes der mechanischen Leistung an der Generatorwelle des Generators der Normalbetrieb durch Öffnen des Absperrven til und durch Abstellen des Zusatzkühlwasserkreislaufs auto matisch verlassen, so dass die Generatorkühlung nicht mehr über den Zusatzkühlwasserkreislauf sondern über das Kühlwas sersystem erfolgt, und dass bei erneutem Überschreiten des Grenzwertes der Normalbetrieb durch Schließen des Absperrven tils und Inbetriebnahme des Zusatzkühlwasserkreislaufs wieder aufgenommen wird. Der Grenzwert ist dabei derart gewählt, dass eine ordnungsgemäße Kühlung des Generators alleine durch das Kühlwassersystem gewährleistet werden kann.
Das zumindest eine Absperrventil des Zusatzkühlwasserkreis laufs wird im Falle eines Ausfalls der Kältemaschine vorteil haft automatisch geöffnet und der Generatorwärmetauscher mit dem Kühlwassersystem 14 verbunden. Auf diese Weise ist stets eine Notkühlung des Generators über das Kühlwassersystem sichergestellt .
Bevorzugt wird beim Verlassen des Normalbetriebs und bei Wie deraufnahme des Normalbetriebs der Generator temporär sowohl von dem Zusatzkühlwasserkreislauf als auch von dem Kühlwas sersystem gekühlt. Durch einen solchen Mischbetrieb kann ver hindert werden, dass innerhalb des Generators zu große, den Generator schädigende Temperaturgradienten entstehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung wer den anhand der nachfolgenden Beschreibung und Ausführungsfor men eines erfindungsgemäßen Kraftwerks unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich, die schematisch ein solches Kraftwerk zeigen.
Figur 1 zeigt ein Kraftwerk mit einem Generator, einem
Wärmetauscher für einen Generator mit einem Wärme tauscher,
Figur 2 zeigt ein Hybridsystem in einem Kraftwerk, bei dem ein Generator auch durch ein Gebläse gekühlt werden kann,
Figur 3 zeigt ein Kraftwerk mit zwei Generatoren und einem
Wärmetauscher,
Figur 4 zeigt ein Kraftwerk mit zwei Generatoren, die je weils einen Wärmetauscher aufweisen, Figur 5 zeigt, dass ein Wärmetauscher verwendet wird, um verschiedene Teilkomponenten eines Generators zu kühlen und
Figur 6 zeigt, dass verschiedene Teilkomponenten eines
Generators durch zwei Wärmetauscher gekühlt werden.
Bei dem Kraftwerk 1 handelt es sich vorliegend um ein Gastur binenkraftwerk, wobei es sich ebenso um jeden anderen Kraft werkstyp handeln könnte.
Vorzugsweise kann es also auch ein GuD-Kraftwerk darstellen mit zumindest einer Dampfturbine (nicht näher dargestellt) .
Die Dampfturbinen können im selben Wellenstrang des Gasturbi nenrotors 6 hängen.
Vorzugsweise können zwei Dampfturbinen Teil des Kraftwerks sein .
Daher oder aus anderen Gründen können zwei Generatoren vor handen sein.
Das Kraftwerk 1 umfasst hier vorzugsweise einen Luftverdich ter 2, eine Gasturbine 3, zumindest einen Generator 4 und einen Transformator 5. Während des Betriebs des Kraftwerks 1 wird in dem Luftverdichter 2 verdichtete Luft in bekannter Weise zusammen mit einem Brennstoff verbrannt. Das Verbren nungsgas wird der Gasturbine 3 zugeführt und in dieser unter Antreiben eines Gasturbinenrotors 6 entspannt. Der Gasturbi nenrotor 6 treibt den Generator 4 an, der die Bewegungsener gie in elektrische Energie wandelt. Der Transformator 5, der an den Generator 4 elektrisch angeschlossen ist, transfor miert die elektrische Energie derart, dass sie einem Strom versorgungsnetz zugeführt werden kann.
Zur Kühlung einzelner Komponenten des Kraftwerks 1 verfügt dieses über ein geschlossenes Kühlwassersystem 7, das allge mein auch als Zwischenkühlwasserkreislauf bezeichnet und von dem vorliegend lediglich eine Hauptzuführleitung 8 und eine Hauptrückführleitung 9 dargestellt sind. An das Kühlwasser system 7 sind über Leitungen 10 und 11 Wärmetauscher 12 ange schlossen, über die beispielsweise Schmieröl, Dichtöl, Pumpen und/oder andere Komponenten des Kraftwerks 1 gekühlt werden.
Zur Kühlung des zumindest einen Generators 4 ist an das Kühl wassersystem 7 über Leitungen 13 ferner ein Generatorwärme tauscher 14 angeschlossen, dem über die Leitung 15 dem Gene rator 4 entnommenes Warmgas zugeführt wird, das dann über die Leitung 16 gekühlt als Kaltgas zum Generator 4 zurückgeführt wird. Der Generatorwärmetauscher 14 bildet erfindungsgemäß einen Bestandteil eines Zusatzkühlwasserkreislaufs 17, der ausschließlich der Kühlung des Generators 4 dient und vorlie gend über Absperrventile 18, 18', die an der zuführenden Lei tung 13 vorgesehen sind, wahlweise mit dem Kühlwassersystem 7 verbunden und von diesem getrennt werden kann. Der Zusatz kühlkreislauf 17 umfasst eine Kältemaschine 19, die über eine mit einer Pumpe 20 versehene Leitung 21 zwischen dem Genera torwärmetauscher 14 und dem Absperrventil 18 mit der rückfüh renden Leitung 13 und über eine ein Drei-Wege-Ventil 22 auf weisende Leitung 23 zwischen dem Generatorwärmetauscher 14 und dem Absperrventil 18 mit der zuführenden Leitung 13 einerseits und über ein Leitung 24 mit der Leitung 21 ande rerseits verbunden ist. Die Kältemaschine 19 umfasst vorlie gend einen Verdampfer 25, einen Kompressor 26, einen Konden sator 27 und ein Entspannungsventil 28, durch die das Kälte mittel der Kältemaschine 19 über Leitungen 29 im geschlosse nen Kreislauf geleitet wird, bei dem es sich vorliegend um Tetrafluorethan (R-134a) handelt, wobei grundsätzlich auch andere Kühlmedien verwendet werden können. Der Kondensator 27 der Kältemaschine 19 wird mit über Leitungen 30 zugeführtem Kühlwasser des Kühlwassersystems 7 gekühlt. Ferner wird der Kompressor 26 der Kältemaschine 19 mit von einem an das Kühl wassersystem 7 über Leitungen 31 und die Leitungen 30 ange schlossen Wärmetauscher 32 gekühlter Luft gekühlt.
Während des Normalbetriebs ist das zumindest eine Ventil 18, 18 ' geschlossen und das Drei-Wege-Ventil 22 verbindet die Leitungen 13 und 23, so dass der Zusatzkühlwasserkreislauf 17 vollständig von dem Kühlwassersystem 7 getrennt ist. Entspre chend erfolgt die Kühlung des Generators 4 ausschließlich über die Kältemaschine 19. Dies ist dahingehend von Vorteil, dass die Kühlleistung der Generatorkühlung vollständig unab hängig von dem Kühlwassersystem 7 eingestellt werden kann. Entsprechend wird eine energetisch günstige, sehr leistungs fähige und flexible Generatorkühlung bereitgestellt, die es ermöglicht, auch sehr hohe mechanische Leistungen an der Ge neratorwelle in elektrische Energie umzuwandeln. Bei gerin geren mechanischen Leistungen an der Generatorwelle können, wenn die Kühlleistung des Kühlwassersystems 7 dann für den Generator 4 ausreichend ist, das zumindest eine Absperrventil 18, 18' geöffnet und der Zusatzkühlwasserkreislauf 17 abge stellt werden, so dass die Generatorkühlung nicht mehr über den Zusatzkühlwasserkreislauf 17 bzw. die Kältemaschine 19 sondern über das Kühlwassersystem 7 erfolgt. Das Umschalten von einer Kühlungsart zur anderen kann unter Einsatz einer in der entsprechenden Steuerung hinterlegten Kurve erfolgen, die jeder Generatorleistung eine Soll-Kühlgastemperatur mit einer zugehörigen Kühlwassertemperatur am Eintritt des Generator wärmetauschers 14 zuordnet und Grenzwerte kennzeichnet, wel che Kühlgastemperaturen bei welchen Temperaturen des Kühlwas sers des Kühlwassersystems 7 erreicht werden. Wird ein sol cher Grenzwert überschritten, so wird automatisch von einer Kühlung des Generators 4 durch das Kühlwassersystem 7 auf eine solche durch den Zusatzkühlwasserkreislauf 17 umgeschal tet. Bei Unterschreitung wird entsprechend zurückgeschaltet. Für eine solche Reglung sind zumindest die Generatorleistung und die Kühlwassertemperatur des Kühlwassersystems 7 vor Ein tritt in den Generatorwärmetauscher 14 durch entsprechende Sensorik zu erfassen. Ferner ist vorgesehen, dass das zumin dest eine Absperrventil 18, 18' des Zusatzkühlwasserkreis laufs 17 im Falle eines Ausfalls der Kältemaschine 19 automa tisch geöffnet und der Generatorwärmetauscher 14 mit dem Kühlwassersystem 7 verbunden wird, um eine Notfallkühlung des Generators 4 bereitzustellen. Wird die Generatorkühlung von einer Kühlung über den Zusatz kühlwasserkreislauf 17 auf eine Kühlung über das Kühlwasser system 7 umgeschaltet oder umgekehrt, so sollte die Umstel lung bevorzugt nach und nach erfolgen, um im Generator 4 keine zu starken Beschädigungen nach sich ziehende Tempera turgradienten hervorzurufen. Zu diesem Zweck ist das Drei- Wege-Ventil 22 vorgesehen, das auch einen Mischbetrieb ermög licht, der dafür sorgt, dass ein zulässiger Temperaturgradi ent des Kühlwassers am Eintritt des Generatorwärmetauschers 14 eingehalten wird. Dieser kann 1K/Minute betragen, um nur ein Beispiel zu nennen.
Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Kraftwerk 1 durch eine effektive Generatorkühlung bei einfachem Aufbau aus .
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. So ist es beispielsweise auch möglich, an eine zentral aufgestellte Kältemaschine 19 mehrere Zusatzkühlwas serkreisläufe 17 anzuschließen, die jeweils einen Generator 4 aufweisen. Auf diese Weise kann auf das Aufstellen mehrerer Kältemaschinen 19 verzichtet werden, wodurch Kosten einge spart werden können.
Figur 2 zeigt ein Hybridsystem zur Kühlung des Generators 4. Der Generator 4 kann zusätzlich durch ein Gebläse oder Geblä sesystem 33 über separate Leitungen 15', 16' gekühlt werden. Das Gebläsesystem 33 kann parallel zum Generatorwärmetauscher 14 betrieben werden oder wird vorzugsweise nur bei entspre chend niedrigeren Außentemperaturen oder niedriger thermi schen Belastungen des Generators 4 eingesetzt.
Sollte die thermische Belastung des Generators 4 und/oder die Außentemperaturen steigen, so muss der Generatorwärmetauscher 14 betrieben werden und das Gebläsesystem 33 wird in der Regel ausgeschaltet.
Figur 3 zeigt eine weitere schematische Anordnung eines Kraftwerks 1 mit vorzugsweise zwei Generatoren 4', 4''.
Die schematische Anordnung der zwei Generatoren 4', 4'' be züglich einer oder mehrerer Gasturbinen 2 und/oder nicht näher dargestellten Dampfturbinen ist nur schematisch. Jeden falls ist bei zwei oder auch mehr Generatoren 4', 4'' nur ein Generatorwärmetauscher 14 vorhanden, der beide Generatoren 4', 4'' kühlt. Die Kühlung ist vorzugsweise parallel geschal tet, so dass separate Schaltungen 15', 16' für den zweiten Generator 4'' vorhanden sind.
Figur 4 zeigt ein Kraftwerk 1 mit zwei Generatoren 4', 4''. Die Anordnung der zwei Generatoren 4', 4'' ist nur schema tisch sowie die Anzahl der Gasturbinen 2 oder das Vorhanden sein nicht näher dargestellter Dampfturbinen.
Jedenfalls wird der zweite Generator 4 ' ' durch einen zweiten Generatorwärmetauscher 14 ' ' gekühlt, der ebenfalls wiederum an eine Kältemaschine angeschlossen ist. Dies kann dieselbe Kältemaschine 19 oder eine separate Kältemaschine 19' sein. Somit ist für jeden Generator 4', 4'' ein separater Genera torwärmetauscher 14', 14'' und eine separate Wärmemaschine 19, 19' vorhanden. Dementsprechend sind auch entsprechende Zuleitungen 15' und 16' analog zu den Leitungen 15, 16 Küh lung des ersten Generators 4' vorhanden.
In Figur 5 ist näher dargestellt, dass für einen Generator 4 zwei Zuleitungen 16, 16' und zwei Ableitungen 15, 15' vorhan den sind, die dazu dienen, verschiedene Teilkomponenten des Generators 4 zu kühlen. Dies kann z.B. eine Ölkühlung sein und/oder eine Kühlung des Rotors. Diese Kühlung von Teilkom ponenten gilt natürlich entsprechend für die vorherigen und nachfolgenden Figuren. Figur 6 zeigt, dass für einen Generator 4 zwei Generatorwär metauscher 14, 14' und ebenfalls zusätzliche Leitungen 15', 16' vorhanden sind, um eine andere oder mehrere Teilkomponen ten des Generators 4 zu kühlen. So kann der Generatorwärme tauscher 14 zur Kühlung des Rotors dienen, wohingegen der zweite Generatorwärmetauscher 14 ' beispielsweise zur Kühlung des Öls im Generator 4 dient.
Die Verwendung von zwei Generatorwärmetauschern 14, 14' er möglicht es, die verschiedenen Teilkomponenten des einen Ge nerators 4 optimal und unabhängig voneinander zu kühlen.
Der zweite Generatorwärmetauscher 14 ' ist über entsprechende Zuleitungen 13' mit der Kältemaschine 19 verbunden. Optional wäre es auch möglich, für den zweiten Generatorwärmetauscher 14' eine separate Kältemaschine 13' zu verwenden.
Ebenso können ältere bestehende Kraftwerke aufgerüstet wer den, bei dem eine separate Kühlung wie oben beschrieben für den oder die Generatoren 4, 4' zusätzlich und erstmalig pa rallel zu dem Kühlwassersystem 7 installiert wird.
Dadurch wird das Kühlwassersystem 7 entlastet und/oder die Leistung des oder der Generatoren 4, 4' verbessert.
Die Kältemaschinen 19, 19' werden vorzugsweise dabei mit dem Strom vom Kraftwerk 1 versorgt.
Die anderen, insbesondere alle anderen Komponenten des Kraft werks 1 werden vorzugsweise nicht durch die Kältemaschine 19 gekühlt, sondern nur durch das Kühlwassersystem 7.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftwerk (1)
mit zumindest einem Generator (4),
insbesondere mit nur einem Generator (4),
der (4) oder die (4', 4'') durch zumindest einen Generator wärmetauscher (14, 14') gekühlt werden,
insbesondere nur durch einen Generatorwärmetauscher (14) ge kühlt werden,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Kraftwerk (1) ein insbesondere geschlossenes Kühlwasser system (7) aufweist,
an das der zumindest eine Generatorwärmetauscher (14, 14') und optional
weitere Wärmetauscher (12) des Kraftwerks (1) angeschlossen sind,
wobei der zumindest eine Generatorwärmetauscher (14, 14')
Bestandteil eines Zusatzkühlwasserkreislaufs (17) ist, der (17) ausschließlich der Kühlung des zumindest einen Ge nerators (4', 4'') oder des zumindest eines Generatorwärme tauschers (14, 14') dient.
2. Kraftwerk nach Anspruch 1,
bei dem der Generatorwärmetauscher (14, 14') mit dem Kühl wassersystem (7) verbunden ist und
über zumindest ein Absperrventil (18, 18') wahlweise von diesem trennbar ist.
3. Kraftwerk nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Pumpe (20) und zumindest eine Kältemaschine (19) zur Kühlung des den Zusatzkühlwasserkreislauf (17) durchströmen den Kühlwassers vorhanden sind.
4. Kraftwerk nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kältemaschine (19) eine Kompressionskältemaschine ist und einen Verdampfer (25) ,
einen Kompressor (26),
einen Kondensator (27) und ein Entspannungsventil (28) auf weist,
die einen geschlossenen Kreislauf bilden,
durch den das Kältemittel der Kältemaschine (19) geleitet werden kann.
5. Kraftwerk nach einem oder beiden der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
es sich bei dem Kältemittel der Kältemaschine (19) um
Tetrafluorethan (R-134a) handelt.
6. Kraftwerk nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kondensator (27) der Kältemaschine (19) mit Kühlwasser des Kühlwassersystems (7) kühlbar ist.
7. Kraftwerk nach einem der Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kompressor (26) der Kältemaschine (19) mit von einem an das Kühlwassersystem (7) angeschlossen Wärmetauscher (32) gekühlter Luft kühlbar ist.
8. Kraftwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
7,
das zumindest eine Dampfturbine,
insbesondere nur eine Dampfturbine,
ganz insbesondere nur zwei Dampfturbinen aufweist.
9. Kraftwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
8,
das zwei Generatoren (4', 4'') aufweist.
10. Kraftwerk nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis
9,
bei dem die Kältemaschine (19) oder die Kältemaschinen (19, 19') mit dem Strom vom Generator (4, 4', 4'') des Kraftwerks (1) versorgt werden.
11. Kraftwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem eine Gebläsekühlung (33) zusätzlich zu einem Genera torwärmetauscher (14) für den zumindest einen Generator (4, 4', 4'') vorhanden ist,
um diesen bei geringerer thermischer Belastung oder geringe ren Außentemperaturen zu kühlen.
12. Kraftwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Kraftwerk (1) zwei Generatoren (4', 4'') auf weist,
die über nur einen Generatorwärmetauscher (14) über jeweils separate Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt werden können.
13. Kraftwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
das zwei Generatoren (4', 4'') aufweist,
die jeweils separat über Generatorwärmetauscher (14', 14'') gekühlt werden,
insbesondere wobei die Generatorwärmetauscher (14', 14'') auch jeweils separat zugeordnete Kältemaschinen (19, 19') aufweisen .
14. Kraftwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Generator (4) oder die Generatoren (4', 4'') je weils Teilkomponenten aufweisen,
die separat über Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt wer den,
wobei die Leitungen (15, 16; 15', 16') für die Zuführung des Kühlmediums von einem Generatorwärmetauscher (14) gekühlt werden .
15. Kraftwerk nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13,
bei dem der zumindest eine Generator (4, 4', 4'') Teilkompo nenten aufweist,
die über separate Generatorwärmetauscher (14, 14') und dem entsprechend separate Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt werden .
16. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der zumindest eine Generator (4) von einem Genera torwärmetauscher (14, 14', 14'') gekühlt wird,
der ausschließlich Bestandteil eines Zusatzkühlwasserkreis laufs (17) ist.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das Kraftwerk (1) zwei Generatoren (4', 4'') auf weist,
die über nur einen Generatorwärmetauscher (14) über jeweils separate Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt werden können.
18. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem das Kraftwerk (1) zwei Generatoren (4', 4'') auf weist,
die jeweils separat über Generatorwärmetauscher (14', 14'') gekühlt werden,
insbesondere wobei die Generatorwärmetauscher (14', 14'') auch als jeweils separat zugeordnete Kältemaschinen (19, 19') aufweisen.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18,
bei dem der zumindest eine Generator (4) Teilkomponenten aufweist,
die separat über Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt wer den,
wobei die Leitungen (16, 16') für die Zuführung des Kühlme diums von einem Generatorwärmetauscher (14) gekühlt werden.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18,
bei dem der zumindest eine Generator (4) Teilkomponenten aufweist,
die über separate Generatorwärmetauscher (14, 14') und dem entsprechend separate Leitungen (15, 16; 15', 16') gekühlt werden .
21. Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks (1) nach An spruch 16,
bei dem bei geringer thermischer Belastung oder bei geringer Außentemperatur der (4) oder die Generatoren (4', 4'') über ein Gebläsesystem (33) gekühlt werden und nicht mittels einer Kältemaschine (19) und
bei ansteigendem Kühlbedarf das Gebläsesystem (33) ausge schaltet wird.
22. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem der Zusatzkühlwasserkreislauf (17) im Normalbetrieb des Kraftwerks (1) durch zumindest ein Absperrventil (18, 18') von dem Kühlwassersystem (7) getrennt ist,
so dass das den Generatorwärmetauscher (14) verlassende Kühlwasser des Zusatzkühlwasserkreislaufs (17) ausschließ lich über die Kältemaschine (19) rückgekühlt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Unterschreiten eines vorab definierten unteren Grenzwer tes der mechanischen Leistung an der Generatorwelle des Generators (4) der Normalbetrieb durch Öffnen des zumindest einen Absperrventils (18, 18') und durch Abstellen des Zu- satzkühlwasserkreislaufs (17) automatisch verlassen wird, so dass die Generatorkühlung nicht mehr über den Zusatzkühl wasserkreislauf (17) sondern über das Kühlwassersystem (7) erfolgt, und
dass bei erneutem Überschreiten des Grenzwertes der Normal betrieb durch Schließen des zumindest einen Absperrventils (18, 18') und Inbetriebnahme des Zusatzkühlwasserkreislaufs (17) wieder aufgenommen wird.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
das zumindest eine Absperrventil (18, 18') des Zusatzkühl wasserkreislaufs (17) im Falle eines Ausfalls der Kälte maschine (19) automatisch geöffnet und der Generatorwärme tauscher (14) mit dem Kühlwassersystem 14 verbunden wird.
25. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
beim Verlassen des Normalbetriebs und bei Wiederaufnahme des Normalbetriebs des zumindest einen Generators (4) wird die ser (4) temporär sowohl von dem Zusatzkühlwasserkreislauf (17) als auch von dem Kühlwassersystem (7) gekühlt.
26. Verfahren nach Anspruch 16,
bei dem der Kompressor (26) der Kältemaschine (19) mit von einem an das Kühlwassersystem (7) angeschlossen Wärmetau scher (32) gekühlter Luft kühlbar ist.
27. Verfahren zum Modifizieren eines Kraftwerks
mit zumindest einem Generator (4) und einem geschlossenen Kühlwassersystem (7) für das Kraftwerk,
an das ein Generatorwärmetauscher (14) und weitere Wärmetau scher (12) des Kraftwerks angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Zusatzkühlwasserkreislauf (17) neu installiert wird, der (17) ausschließlich der Kühlung des zumindest einen Ge nerators (4) oder des oder der Generatorwärmetauscher (14, 14', 14") dient.
28. Verfahren nach Anspruch 27,
bei dem der Zusatzkühlwasserkreislauf (17) mit dem Kühlwas sersystem (7) verbunden ist oder bleibt und
über zumindest ein Absperrventil (18, 18') wahlweise vom Kühlwassersystem (7) trennbar ist.
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