EP4453389B1 - Dampfturbinenanlage - Google Patents

Dampfturbinenanlage

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EP4453389B1
EP4453389B1 EP23701690.2A EP23701690A EP4453389B1 EP 4453389 B1 EP4453389 B1 EP 4453389B1 EP 23701690 A EP23701690 A EP 23701690A EP 4453389 B1 EP4453389 B1 EP 4453389B1
Authority
EP
European Patent Office
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steam
turbine
primary
turbine section
source
Prior art date
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Active
Application number
EP23701690.2A
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English (en)
French (fr)
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EP4453389A1 (de
Inventor
Ingo Assmann
Tobias Florian BURGARD
Jörg Eppendorfer
Andreas Schulze
Ingo Stephan
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Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4453389A1 publication Critical patent/EP4453389A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP4453389B1 publication Critical patent/EP4453389B1/de
Active legal-status Critical Current
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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
    • F01K25/00—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for
    • F01K25/005—Plants or engines characterised by use of special working fluids, not otherwise provided for; Plants operating in closed cycles and not otherwise provided for the working fluid being steam, created by combustion of hydrogen with oxygen
    • 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
    • F01K7/226—Inter-stage steam injection
    • 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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    • F01K7/16—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
    • F01K7/24—Control or safety means specially adapted therefor

Definitions

  • the invention relates to a steam turbine system according to claim 1.
  • An unpublished application by the applicant therefore provides for the generation of secondary steam, if required, by means of a secondary steam source.
  • This secondary steam is then mixed with the primary steam if predefined limits for one or more steam parameters (in particular mass flow, pressure, temperature, and/or moisture content) of the primary steam are exceeded or fallen below.
  • the secondary steam is generated by means of a secondary steam source, which reacts hydrogen and oxygen within a defined area or component, such as a combustion chamber, to produce the steam.
  • High steam parameters (especially high temperature and no or low moisture) are provided. This makes it possible to supply secondary steam very quickly and to mix it with the primary steam as soon as one or more of the primary steam parameters fall below or exceed predefined limits. By selectively adding secondary steam, a total steam supply can be achieved that exhibits optimal steam parameters for operating the steam turbine system.
  • a steam turbine plant comprising a first and a second turbine section, wherein the first turbine section is connectable to the second turbine section via at least one first coupling, and wherein the water-steam cycle further comprises a first primary steam source and a second secondary steam source.
  • the first turbine section can be supplied with primary steam from the primary steam source
  • the second turbine section can be supplied with primary steam from the primary steam source or a portion thereof and/or secondary steam from the secondary steam source.
  • the object of the invention is therefore to provide such a system that can be operated flexibly.
  • the steam turbine system comprises at least one water-steam cycle in which a steam turbine with at least one first and one second sub-turbine is arranged.
  • the first sub-turbine and the second sub-turbine are connectable via at least one coupling.
  • the water-steam cycle comprises a first primary steam source and a second secondary steam source, wherein the first sub-turbine can be supplied with primary steam from the primary steam source, and the second sub-turbine can be supplied with primary steam from the primary steam source or a portion thereof and/or secondary steam (or a portion thereof) from the secondary steam source, and the secondary steam can be generated by means of a steam generator, which is part of the secondary steam source, wherein hydrogen and oxygen are reacted together to generate the steam.
  • the first coupling is designed as a switchable coupling
  • a second switchable coupling is arranged between the first and the second sub-turbine, which can be actuated independently of the first switchable coupling.
  • Between the first and the second switchable clutch is a generator or a machine which, depending on the switching position of the first or second switchable clutch, can be connected to the first and/or the second partial turbine.
  • primary steam is defined as the steam originating from the primary steam source; this may also be partially expanded steam or a portion of the original steam generated by the primary steam source.
  • a partial turbine consists of at least one turbine casing.
  • the combination of at least two partial turbines, which can be connected via a switchable coupling, and a secondary steam source that can generate steam using hydrogen and oxygen results in a highly flexible steam turbine system that can adapt to rapidly changing conditions with regard to both steam supply and output demand. (electrical energy or drive power of a connected consumer) is adaptable.
  • the first turbine section can be operated individually or together with the second turbine section, provided sufficient primary steam with the appropriate steam parameters is available, without additional secondary steam. If the primary steam parameters are insufficient, the second turbine section can be operated with a mixture of primary and secondary steam or with secondary steam only.
  • the steam turbine system according to the invention is therefore flexible, with the individual operating modes being quickly set and varied due to the coupling and the readily available secondary steam.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Dampfturbinenanlage nach Patentanspruch 1.
  • Um eine Dampfturbinenanlage im optimalen Betriebspunkt betreiben zu können, sind bestimmte (optimale) Dampfparameter, insbesondere hinsichtlich des Massenstroms, des Drucks, der Nässe und/oder der Temperatur einzuhalten. Wird zum Betreiben der Dampfturbinenanlage Prozessdampf genutzt oder wird der Dampf zum Betreiben der Dampfturbinenanlage aus regenerativen Energiequellen bereitgestellt, können die Dampfparameter allerdings starken Schwankungen unterliegen. In diesen Fällen müssen die Dampfparameter vor dem Eintritt in die Dampfturbine bzw. entlang der Expansionsstrecke auf die erforderlichen Werte gebracht werden, andernfalls kann es zu einem Wirkungsgradabfall oder zu Schäden an der Dampfturbine kommen.
  • Eine nicht vorveröffentlichte Anmeldung der Anmelderin sieht daher vor, Mittels einer Sekundärdampfquelle im Bedarfsfall einen Sekundärdampf zu erzeugen, welcher bei einem Unter- oder Überschreiten vorgebbarer Grenzwerte für einzelne oder mehrere Dampfparameter(insbesondere Massenstrom, Druck, Temperatur und/oder Nässe) des Primärdampfs, dem Primärdampf beigemischt wird, so dass, ein aus Primärdampf und Sekundärdampf erzeugbarer Gesamtdampf entsteht, welcher Dampfparameter aufweist, die in einem vorgebbaren Bereich bezüglich seiner Dampfparameter liegen. Der Sekundärdampf wird dabei mittels einer Sekundärdampfquelle erzeug, welche zur Dampferzeugung Wasserstoff und Sauerstoff innerhalb eines definierten Bereichs bzw. Komponente, beispielsweise einer Brennkammer, miteinander zur Reaktion bringt.
  • Durch die Verbrennung von Sauerstoff mit Wasserstoff lassen sich innerhalb kürzester Zeit große Mengen Wasserdampf mit hohen Dampfparametern (insbes. hohe Temperatur und keine bzw. geringe Nässe) bereitstellen. Dies ermöglicht es den Sekundärdampf sehr kurzfristig bereitzustellen und dem Primärdampf beizumischen so bald ein oder mehrere Dampfparameter des Primärdampfs vorgebbare Grenzwert unter- oder überschreiten. Durch das gezielte Beimischen von Sekundärdampf kann ein Gesamtdampf erzielt werden, welcher optimale Dampfparameter zum Betreiben der Dampfturbinenanlage aufweist.
  • Aus der US 3 276 203 A ist eine Dampfturbinenanlage bekannt, die eine erste und eine zweite Teilturbine umfasst, wobei die erste Teilturbine mit der zweiten Teilturbine über wenigstens eine erste Kupplung verbindbar ist und bei der der Wasser-Dampfkreislauf des Weiteren eine erste Primärdampfquelle und eine zweite Sekundärdampfquelle aufweist. Die erste Teilturbine ist dabei mit einem Primärdampf der Primärdampfquelle und die zweite Teilturbine mit dem Primärdampf der Primärdampfquelle oder einem Teil davon und/oder einem Sekundärdampf der Sekundärdampfquelle beaufschlagbar.
  • Die Erzeugung des Sekundärdampfs mittels Wasserstoffs und Sauerstoffs ist allerdings kostenintensiv. Es ist daher abzuwägen, die Dampfturbinenanlage mit geringerer Leistung zu betreiben bzw. durch den suboptimalen Betrieb Schäden zu erzeugen oder die höheren Kosten in Kauf zu nehmen. Wünschenswert wäre eine Dampfturbinenanlage, die sehr flexibel zu betreiben und die sich kurzfristig an den Bedarf anpassen lässt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher eine solche, flexibel zu betreibender Anlage bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung, die einzeln oder in Kombination miteinander einsetzbar sind, sind Gegenstand der Ausführungsbeispiele.
  • Die erfindungsgemäße Dampfturbinenanlage, umfasst wenigstens einen Wasser-Dampfkreislauf, in dem eine Dampfturbine mit mindestens einer ersten und einer zweiten Teilturbine angeordnet ist. Die erste Teilturbine und die zweiten Teilturbine sind über wenigstens eine erste Kupplung verbindbar. Des Weiteren umfasst der Wasser-Dampfkreislauf eine erste Primärdampfquelle und eine zweite Sekundärdampfquelle, wobei die erste Teilturbine mit einem Primärdampf der Primärdampfquelle beaufschlagbar ist und die zweite Teilturbine mit dem Primärdampf der Primärdampfquelle oder einem Teil davon und/oder einem Sekundärdampf (oder einem Teil davon) der Sekundärdampfquelle beaufschlagbar ist und der Sekundärdampf mittels eines Dampferzeugers, welcher Bestandteil der Sekundärdampfquelle ist, erzeugbar ist, wobei zur Dampferzeugung Wasserstoff und Sauerstoff miteinander zur Reaktion gebracht wird. Die erste Kupplung ist als schaltbare Kupplung ausgebildet und zwischen der ersten und der zweiten Teilturbine ist eine zweite schaltbare Kupplung angeordnet, die unabhängig von der ersten schaltbaren Kupplung betätigbar ist. Zwischen der ersten und der zweiten schaltbaren Kupplung ist ein Generator oder eine Maschine angeordnet, die je nach Schaltstellung der ersten bzw. zweiten schaltbaren Kupplung mit der ersten und/oder der zweiten Teilturbine verbindbar ist.
  • Als Primärdampf im Sinne dieser Erfindung wird der Dampf bezeichnet, welcher von der Primärdampfquelle stammt, dabei kann es sich auch um bereits teilentspannten Dampf oder um einen Teil des ursprünglichen von der Primärdampfquelle erzeugten Dampf handeln.
  • Eine Teilturbine besteht dabei aus wenigstens einem Turbinengehäuse. Die Kombination von wenigstens zwei Teilturbinen, die über eine schaltbare Kupplung verbindbar sind und einer Sekundärdampfquelle, welche mittels Wasserstoff und Sauerstoff Wasserdampf erzeugen kann ergibt sich eine hoch flexible Dampfturbinenanlage, die an schnell wechselnde Bedingungen sowohl hinsichtlich der Dampfbereitstellung als auch des abtriebsseitigen Bedarfs (elektrische Energie oder Antriebsleistung eines angeschlossenen Verbrauchers) anpassbar ist. So kann beispielsweise die ersten Teilturbine einzeln oder zusammen mit der zweite Teilturbine, genügend Primärdampf mit den entsprechenden Dampfparametern vorausgesetzt, ohne zusätzlichen Sekundärdampf betrieben werden. Bei unzureichenden Dampfparametern des Primärdampfs kann die zweite Teilturbine mit einem Gemisch aus Primärdampf und Sekundärdampf oder nur mit Sekundärdampf betrieben werden. Die erfindungsgemäße Dampfturbinenanlage ist dadurch flexibel, wobei sich die einzelnen Betriebsmodi auf Grund der Kupplung und des kurzfristig verfügbaren Sekundärdampfs schnell einstellen und variieren lassen.
  • Nachfolgend werden die Vorteile der Erfindung noch einmal anhand verschiedener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei zeigt:
    • Fig. 1: Den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer Dampfturbinenanlage mit einer schaltbaren Kupplung.
    • Fig. 2: Einen ersten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 3: Einen zweiten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 4: Einen dritten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 5: Einen vierten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 6: Den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage mit zwei schaltbaren Kupplungen.
    • Fig. 7: Einen ersten Betriebsmodus der in Fig. 6 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 8: Einen zweiten Betriebsmodus der in Fig. 6 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 9: Einen dritten Betriebsmodus der in Fig. 6 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 10: Einen vierten Betriebsmodus der in Fig. 6 gezeigten Dampfturbinenanlage.
    • Fig. 11: Einen fünften Betriebsmodus der in Fig. 6 gezeigten Dampfturbinenanlage.
  • Die Figuren zeigen jeweils eine vereinfachte, schematische Ansicht der Erfindung, bei der im Wesentlichen nur die für die Erfindung notwendigen Bauteile dargestellt sind. Bauteile, die für den Fachmann selbstverständlich und für den Betrieb jeder Dampfturbinenanlage notwendig sind, wie beispielsweise Ventile, Drosseln, etwaige Getriebe, etwaiger Kondensator sind der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Gleiche beziehungsweise funktionsgleiche Bauteile sind figurübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine Dampfturbinenanlage mit einer schaltbaren Kupplung und die dazugehörigen Fg. 2 bis 5 verschiedene Betriebsmode der in Fig. 1 beschriebenen Dampfturbinenanlage.
  • Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Dampfturbinenanlagen, und Fig. 7 bis 11 verschiedene Betriebsmodi der erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage. In den Abbildungen (Fig. 2 bis 5 und 7 bis 11) sind die Bereiche des Wasser-Dampfkreislaufs (z.B. Rohrleitungen) die für den jeweiligen Betriebsmodus nicht benötigt werden bzw. nicht durchströmt werden der besseren Übersicht halber nicht dargestellt.
  • Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Dampfturbinenanlage mit einer schaltbaren Kupplung. Die Dampfturbinenanlage umfasst einen Wasser-Dampfkreislauf 1 in dem eine Dampfturbine 2 angeordnet ist. Die Dampfturbine 2 umfasst eine erste Teilturbine 2'und eine zweite Teilturbine 2". Die beiden Teilturbinen 2', 2" sind in Reihe geschaltet und über eine schaltbare Kupplung 3 verbindbar, so dass sie bei geschlossener Kupplung 3 eine gemeinsame Abtriebswelle 8 antreiben können. Die Dampfturbinenanlage umfasst des Weiteren eine Primärdampfquelle 4. Der von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellte Primärdampf kann schwankende Dampfparameter aufweisen, die einen kontinuierlichen Betrieb der Dampfturbinenanlage, oder zumindest den Betrieb der Dampfturbinenanlage in einem optimalen Betriebspunkt verhindern können. Bei der Primärdampfquelle 4 kann es sich beispielsweise um ein Müllheizkraftwerk oder ein regeneratives Kraftwerk (z.B. solarthermisches Kraftwerk) handeln. Um einen kontinuierlichen Betrieb der Dampfturbinenanlage zu gewähren, oder die Dampfparameter des Dampfes vor und/oder entlang der Expansionsstrecke anzupassen, ist eine Sekundärdampfquelle 5 vorgesehen. Die Sekundärdampfquelle 5 bezieht Ihren Dampf dadurch, dass Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert miteinander zur Reaktion gebracht werden. Dabei lassen sich große Mengen Wasserdampf mit hohen Dampftemperaturen erzielen. Zur Konditionierung des Sekundärdampfs kann dem so entstandenen Dampf zusätzlich Wasser (flüssig oder dampfförmig) zugeführt werden. Die Primär- und Sekundärdampfquelle 4,5 sind so innerhalb des Wasser-Dampfkreislaufs 1 angeordnet, dass die erste Teilturbine 2' mit dem Primärdampf der Primärdampfquelle 4 und die zweite Teilturbine 2" mit dem Primärdampf der Primärdampfquelle 4, dem bereits teilentspanntem Primärdampf (nach Expansion in Teilturbine 2') und/oder einem Teil davon und/oder einem Sekundärmassenstrom der Sekundärdampfquelle 5 beaufschlagt werden kann. Welcher Betriebsmodus jeweils gefahren wird, hängt dabei im Wesentlichen von den Dampfparametern, insbesondere dem Massenstrom, dem Druck, der Nässe und/oder der Temperatur des Primärdampfs ab. Durch eine vorzugsweise kontinuierliche Erhebung der benötigten Messdaten und deren Abgleich mit den Soll-Werten, z.B. anhand entsprechender Kennfelder, kann der optimale Betriebsmodus eingestellt werden. Die hierzu notwenige Mess- und Regeleinrichtung ist nicht dargestellt.
  • Nachfolgend werden in Fig. 2 bis 5 verschiedene Betriebsmodi dargestellt, welche mit der Dampfturbinenanlage nach Fig. 1 gefahren werden können.
  • Fig. 2 zeigt einen ersten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage ausschließlich mit Primärdampf, welcher von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellt wird. Ein typischer Anwendungsfall wäre der, dass genügend Primärdampf mit Dampfparametern zur Verfügung steht, die einen Betrieb der Dampfturbinenanlage in einem optimalen Betriebspunkt ermöglichen. Ein Beimischen von Sekundärdampf kann in einem solchen Fall unterbleiben. Der von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellte Primärdampf wird zunächst dem Dampfeintritt 9 der ersten Teilturbine 2'zugeführt und es erfolgt eine erste Entspannung des Primärdampfs, bevor der teilentspannte Primärdampf über den Dampfaustritt 10 die erste Teilturbine 2' verlässt und über entsprechende Leitungen des Wasser-Dampfkreislaufs 1 dem Dampfeintritt 11 der zweiten Teilturbine 2" zugeführt, dort weiter entspannt und die zweite Teilturbine 2'' über den Dampfaustritt 12 verlässt. Die schaltbare Kupplung 3 ist geschlossen, so dass die gesamte von den Teilturbinen 2', 2" zur Verfügung gestellte Leistung an die gemeinsame Abtriebswelle 8 übertragen werden kann.
  • Fig. 3 zeigt einen zweiten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage ausschließlich mit Sekundärdampf, welcher von der Sekundärdampfquelle 5 zur Verfügung gestellt wird. Ein typischer Anwendungsfall wäre beispielsweise, wenn in einem solarthermischen Kraftwerk die Primärdampfquelle mittels Solarenergie betrieben würde und eine längere Verdunklungs- bzw. Beschattungsphase vorläge, z.B. auf Grund von dichten Wolken. Der von der Sekundärquelle 5 zur Verfügung gestellte Sekundärdampf wird dem Dampfeintritt 11 der zweiten Teilturbine 2" zugeführt, innerhalb der zweiten Teilturbine 2" entspannt und verlässt anschließend die zweite Teilturbine 2" über den Dampfaustritt 12. Die bei der Entspannung verrichtet Arbeit wird an die Abtriebswelle 8 übertragen. Die schaltbare Kupplung 3 ist geöffnet, so dass die erste Teilturbine 2' nicht im Eingriff ist.
  • Fig. 4 zeigt einen dritten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage mit Primärdampf, dem während der Expansionsphase Sekundärdampf beigemischt wird. Ein typischer Anwendungsfall wäre beispielsweise, wenn die Dampfparameter des Primärdampfs zu Beginn der Expansionsphase noch innerhalb der zulässigen Grenzen liegen, aber während der Expansion die Betriebsbereiche unter- und/oder überschreiten, beispielsweise wenn die Temperatur am Dampfaustritt 10 aus der ersten Teilturbine 2' zu gering ist. Der von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellte Primärdampf wird zunächst dem Dampfeintritt 9 der ersten Teilturbine 2'zugeführt und es erfolgt eine erste Entspannung des Primärdampfs. Der teilentspannte Primärdampf verlässt über den Dampfaustritt 10 die erste Teilturbine 2' und wird anschließend über entsprechende Leitungen des Wasser-Dampfkreislaufs 1 dem Dampfeintritt 11 der zweiten Teilturbine 2" zugeführt. Um die Dampfparameter vor dem Eintritt in die zweite Teilturbine 2" anzupassen, wird dem teilentspannten Primärdampf Sekundärdampf beigemischt, welcher von der Sekundärdampfquelle 5 bereitgestellt wird. Die Dampfparameter des beigemischten Sekundärdampfs richten sich dabei nach den Dampfparametern des teilentspannten Primärdampfs stromab des Dampfaustritts 10 (welche sich unter anderem auch mittelbar aus der Leistung und/oder Drehzahl sowie weiteren Dampfparametern entlang der Expansionsstrecke bestimmen lassen). Die benötigten Größen werden hierzu mit Hilfe entsprechender Sensoren gemessen und eine nachgeschaltete Regeleinheit bestimmt anhand der gemessenen Größen die Dampfparameter des beizumischenden Sekundärdampfs, um einen Gesamtdampf zu erzielen, dessen Dampfparameter innerhalb zulässiger und vorgegebener Grenzen liegen. Die Mess- und Regeleinheit ist in allen Figuren nicht explizit dargestellt. Nach dem Vermischen des teilentspannten Primärdampfs mit dem Sekundärdampf wird der aus teilentspanntem Primärdampf und Sekundärdampf gebildete Gesamtdampf über den Dampfeintritt 11 der zweiten Teilturbine 2" zugeführt, entspannt und über den Dampfaustritt 12 aus der zweiten Teilturbine 2" abgeführt. Die Kupplung 3 ist in diesem Betriebsmodus im Eingriff, so dass beide Teilturbinen 2', 2" Arbeit an die Abtriebswelle 8 übertragen können.
  • Fig. 5 zeigt einen vierten Betriebsmodus der in Fig. 1 gezeigten Dampfturbinenanlage. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage mit Primärdampf und Sekundärdampf, wobei die erste Teilturbine 2' nicht mit Dampf beaufschlagt wird und keine Arbeit verrichtet. Der Primärdampf, welcher von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellt wird, wird vor dem Eintritt in die zweite Teilturbine 2" mit Sekundärdampf, welcher von der Sekundärdampfquelle 5 zur Verfügung gestellt wird, vermischt. Im Gegensatz zum Betriebsmodus nach Fig. 4 ist die Kupplung 3 nicht im Eingriff und der aus Primär- und Sekundärdampf gebildete Gesamtdampf wird direkt über den Dampfeintritt 11 in die zweite Teilturbine 2" geleitet, dort entspannt und über den Dampfaustritt 12 aus der zweiten Teilturbine 2" herausgeführt. Die von der zweiten Teilturbine 2'' geleistet Arbeit wird an die Abtriebswelle 8 übertragen.
  • Fig. 6 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage. Der wesentliche Unterschied, zwischen der in Fig. 1 beschriebenen Dampfturbinenanlage besteht darin, dass jede Teilturbine eine eigene Abtriebswelle 8', 8" aufweist die durch schaltbare Kupplungen 3', 3" mit einem Generator bzw. einer anzutreibenden Maschine 7 verbindbar sind. Jede Abtriebswelle 8', 8" steht hierzu mit jeweils einer schaltbare Kupplung 3', 3" in Verbindung, über die die jeweilige Abtriebswelle 8', 8" mit einem zwischen den beiden Abtriebswellen 8', 8" angeordneten Generator oder angeordneten Arbeitsmaschine 7 verbunden werden kann. Zudem können beide Abtriebswellen 8', 8" mit unterschiedlichen Drehzahlen Arbeit verrichten. Der übrige Aufbau und die verwendeten Bauteile der Dampfturbinenanlage sind im Wesentlichen baugleich zum Aufbau nach Fig. 1 auf dessen Beschreibung verwiesen wird. Ebenso sind die zuvor beschriebenen Betriebsmodi 1-4 mit der Dampfturbinenanlage nach Fig. 6 durchführbar, wobei je nach Betriebsmodus entweder die erste, die zweite oder beide Teilturbinen 2',2'' den Generator bzw. die Arbeitsmaschine 7 antreiben. Ohne noch einmal im Detail auf die Betriebsmodi einzugehen, hier sei wiederum auf die vorherigen Erläuterungen zu den einzelnen Betriebsmodi verwiesen, wird nachfolgend kurz die Stellung der einzelnen Kupplungen 3', 3" und die in Folge der Stellung ergebenden Funktionen beschrieben.
  • Fig. 7 zeigt einen ersten Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage nach Fig. 6, analog zum ersten Betriebsmodus der Dampfturbinenanlage nach Fig. 2. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage ausschließlich mit Primärdampf, welcher von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellt und nachfolgend zunächst in der ersten Teilturbine 2'und anschließend in der zweiten Teilturbine 2" entspannt wird. Die beiden Kupplungen 3'und 3" befinden sich dabei im Eingriff, so dass die von den beiden Teilturbinen 2',2" geleistete Arbeit über die jeweilige Abtriebswelle 8',8" an den Generator 7 übertragen werden kann.
  • Fig. 8 zeigt einen zweiten Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage nach Fig. 6, analog zum zweiten Betriebsmodus der Dampfturbinenanlage nach Fig. 3. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage ausschließlich mit Sekundärdampf, welcher von der Sekundärdampfquelle 5 zur Verfügung gestellt wird. Der Sekundärdampf wird mittels der zweiten Teilturbine 2" entspannt und die dabei verrichtete Arbeit wird über die zweite Abtriebswelle 8" an den Generator 7 übertragen. Zu diesem Zweck befindet sich die zweite Kupplung 3" im Eingriff. Die Erste Teilturbine 2' wird in diesem Modus nicht mit Dampf beaufschlagt und verrichtet somit keine Arbeit. Die erste Kupplung 3' befindet sich nicht im Eingriff und entkoppelt damit die erste Teilturbine 2' vom Generator 7 und somit auch von der zweiten Teilturbine 2".
  • Fig. 9 zeigt einen dritten Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage nach Fig. 6, analog zum dritten Betriebsmodus der Dampfturbinenanlage nach Fig. 4. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage mit Primärdampf der Primärdampfquelle 4, dem während der Expansionsphase Sekundärdampf der Sekundärdampfquelle 5 beigemischt wird, um die Dampfparameter anzupassen. Für Einzelheiten wird an dieser Stelle auf die Beschreibung zu Fig 4 verwiesen. In diesem Betriebsmodus befindet sich sowohl die erste als auch die zweite Kupplung 3',3" im Eingriff um die bei der Expansion vom Dampf in den jeweiligen Teilturbinen 2',2" verrichtete Arbeit, über die jeweilige Abtriebswellen 8',8", an den Generator 7 zu übertragen.
  • Fig. 10 zeigt einen vierten Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage nach Fig. 6, analog zum vierten Betriebsmodus der Dampfturbinenanlage nach Fig. 5. Hierbei erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage mit Primärdampf, welcher von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellt und vor dem Eintritt in die zweite Teilturbine 2" mit Sekundärdampf, welcher von der Sekundärdampfquelle 5 zur Verfügung gestellt, vermischt wird. In diesem Betriebsmodus befindet sich die zweite Kupplung 3" im Eingriff um die bei der Expansion des Gesamtdampfmassenstroms in der zweiten Teilturbine 2" verrichtete Arbeit, über die zweite Abtriebswelle 8", an den Generator 7 zu übertragen. Die erste Teilturbine 2' wird nicht mit Primärdampf beaufschlagt und verrichtet in diesem Betriebsmodus keine Arbeit; infolgedessen befindet sich die erste Kupplung 3' nicht im Eingriff. Die erste Abtriebswelle 8' ist dadurch vom Generator 7 entkoppelt.
  • Fig. 11 zeigt einen fünften Betriebsmodus einer erfindungsgemäßen Dampfturbinenanlage nach Fig. 6. In diesem Betriebsmodus erfolgt der Betrieb der Dampfturbinenanlage ausschließlich mit Primärdampf, welcher von der Primärdampfquelle 4 zur Verfügung gestellt wird und ausschließlich in der ersten Teilturbine 2' entspannt wird. Die dabei verrichtete Arbeit wird über die erste Abtriebswelle 8' an den Generator 7 abgegeben. Hierzu wird die erste Kupplung 3' im Eingriff gebracht. Die zweite Teilturbine 2" verrichtet keine Arbeit und infolgedessen befindet sich die zweite Kupplung 3" nicht im Eingriff. Die zweite Abtriebswelle 8" ist dadurch vom Generator 7 entkoppelt. Ein solcher Betriebsmodus ist auf Grund des Aufbaus mit einer Dampfturbinenanlage gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels möglich jedoch nicht zweckmäßig. In diesem Fall würde die zweite Teilturbine 2" auf Grund des Aufbaus ohne zweite schaltbare Kupplung durch die erste Teilturbine 2' mitgeschleppt, was in Folge der Verluste zu einer geringeren Leistung des Generators 7 führen würde; zudem könnte etwaiges Ventilieren der zweiten Teilturbine 2" in Folge des Nicht-Beaufschlagens mit Dampf zu Schäden an der Dampfturbinenanlage führen.

Claims (1)

  1. Dampfturbinenanlage, umfassend wenigstens einen Wasser-Dampfkreislauf (1), wobei der Wasser-Dampfkreislauf (1) wenigstens eine Dampfturbine (2) mit mindestens einer ersten und einer zweiten, Teilturbine (2',2") umfasst, wobei die erste Teilturbine (2') mit der zweiten Teilturbine (2") über wenigstens eine erste Kupplung (3) mittel- oder unmittelbar verbindbar ist,
    wobei der Wasser-Dampfkreislauf (1) des Weiteren eine erste Primärdampfquelle (4) und eine zweite Sekundärdampfquelle (5) aufweist,
    wobei die erste Teilturbine (2') mit einem Primärdampf der Primärdampfquelle (4) beaufschlagbar ist und die zweite Teilturbine (2") mit dem Primärdampf der Primärdampfquelle (4) oder einem Teil davon und/oder einem Sekundärdampf der Sekundärdampfquelle (5) beaufschlagbar ist und
    der Sekundärdampf mittels eines Dampferzeugers erzeugbar ist, welcher Bestandteil der Sekundärdampfquelle (5) ist, welcher zur Dampferzeugung Wasserstoff und Sauerstoff miteinander zur Reaktion bringt
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die erste Kupplung (3) als schaltbare Kupplung ausgebildet ist und zwischen der ersten und der zweiten Teilturbine (2',2'') eine zweite schaltbare Kupplung (3") angeordnet ist, die unabhängig von der ersten schaltbaren Kupplung (3') betätigbar ist und wobei
    zwischen der ersten und der zweiten schaltbaren Kupplung (3',3") ein Generator oder eine Maschine (7) angeordnet ist, die je nach Schaltstellung der ersten bzw. zweiten schaltbaren Kupplung (3',3") mit der ersten und/oder der zweiten Teilturbine (2',2'') verbindbar ist.
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