WO2008104465A2 - Verfahren zum betreiben einer mehrstufigen dampfturbine - Google Patents

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    • F05D2260/232—Heat transfer, e.g. cooling characterized by the cooling medium

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a multi-stage steam turbine and a steam power plant, comprising a multi-stage steam turbine, a boiler and a cooling medium supply.
  • the rotor could be designed as a welded construction, a nickel-based alloy being used in the live steam region and a conventional material being used in the exhaust steam region.
  • a manufactured high-pressure turbine section would was able to withstand occurring loads.
  • the steam temperatures in the exhaust-steam region of the high-pressure turbine during an idling operation or low-load operation are comparatively high, as a result of which the conventional material is thermally stressed too much. This problem occurs in particular during a hot start, since the steam temperatures can not be lowered arbitrarily in order to limit the thermal load of the inflow.
  • the solution is to add the main steam via injectors water, whereby the temperature of the steam decreases.
  • the invention begins, whose object is to provide a method for operating a steam turbine and a steam power plant, wherein the steam turbine can be produced inexpensively.
  • the object directed to the method is achieved by a method for operating a multi-stage steam turbine, the steam turbine being supplied with live steam and after an intermediate stage with a cooling medium.
  • the invention is based on the aspect that a high-pressure turbine section in the exhaust steam area can be made of a conventional material, if the exhaust steam area is suitably cooled in idle or light load operation.
  • the invention is carried out in which after the intermediate stage in the steam turbine, a cooling medium is supplied.
  • the area of the steam turbine is cooled after this intermediate stage.
  • the area of the steam turbine before this intermediate stage Bine can be made of a nickel-based alloy, wherein the material used in the Abdampf Jardin can be made of a conventional material, since the temperatures in the exhaust steam can now be selectively lowered.
  • the cooling medium is formed from a mixture of motive steam and water.
  • the motive steam is removed from the boiler.
  • the boiler which is also referred to as a steam generator, can easily be retrofitted in an existing steam power plant in order to obtain motive steam.
  • the motive steam can be diverted via a bypass line from the live steam supply. This would be in addition to the branch directly from the boiler another simple and inexpensive way to provide a suitable motive steam that can be used by the addition of water as the cooling medium in the steam turbine.
  • the cooling medium is supplied in idle mode or in low load operation.
  • the cooling medium is supplied in particular at the beginning of a hot start.
  • a hot start the temperature of the materials of the high-pressure turbine section is comparatively high, so that when the hot steam starts to steam, the entire high-pressure turbine section is thermally stressed.
  • the high-pressure turbine part is subjected to a particularly high thermal load during a hot start.
  • the cooling medium is supplied during a starting operation until a synchronization and / or a minimum power is reached.
  • This has the advantage that the high-pressure steam temperature can be kept constant by regulating the cooling medium mass flow.
  • the steam turbine is developed in such a way that after a second stage, an additional cooling medium is additionally supplied.
  • the additional cooling medium is in this case preferably diverted from the cooling medium, which is a cost-effective way to convert an existing power plant.
  • the additional cooling medium is emitted from a channel mounted in a guide vane. This makes it possible, so to speak, to let additional cooling medium flow quickly and over a large area into the flow channel of the turbomachine.
  • the mixing of the additional cooling medium with the flow medium is comparatively high, so that the temperature is suddenly reduced.
  • the task directed towards the steam power plant is achieved by a steam power plant comprising a multi-stage steam turbine, a boiler and a cooling medium feed, the cooling medium feed discharging into the steam turbine after an intermediate stage.
  • the cooling medium supply is fluidically connected to the boiler and a water reservoir.
  • the cooling medium supply is fluidically connected to a bypass line from a live steam supply line and a water reservoir.
  • the steam turbine to a second stage, which is fluidly connected to a Budapest mark.
  • FIG. 2 shows a sectional view of a high-pressure turbine part
  • FIG. 1 shows a steam power plant 1.
  • the steam power plant 1 comprises a steam generator 2.
  • Another name for a steam generator 2 is boiler 2.
  • the steam generator 2 comprises a collecting container 3, in which the
  • the steam power plant 1 comprises a high-pressure turbine section 4, a medium-pressure turbine section 5 and a low-pressure turbine section 6.
  • a high-pressure turbine section 4 is defined such that it is present when the steam flowing out of the high-pressure turbine section 4 is heated in a reheater 7 and subsequently flows into a medium-pressure turbine section 5.
  • live steam is generated, which is supplied via a line 8 of the high-pressure turbine section 4.
  • the high-pressure turbine section 4 as an embodiment of a steam turbine, comprises a plurality of stages.
  • steam flows to the reheater 7 and is heated there and then fed to the inflow 10 of the medium-pressure turbine section 5.
  • the medium-pressure turbine part 5 the steam continues to relax, where it flows after exiting the medium-pressure turbine section 5 in the low-pressure turbine section 6.
  • the steam flows into a condenser 11, where it condenses to water.
  • the condensed water is passed via a further line 13 to the steam generator 2.
  • the high-pressure turbine section 4 is operated such that after an intermediate stage 14, a cooling medium is supplied.
  • the steam power plant 1 a cooling medium supply 15, which opens into the high-pressure turbine section 4 after the intermediate stage 14.
  • the cooling medium is formed from a mixture of motive steam and water.
  • the water is removed from a water reservoir 16, which can be added via a valve 17 to the motive steam.
  • the motive steam is taken from a branch line 18, which opens into the sump 3 of the steam generator 2.
  • live steam from the steam generator 2 via the branch line 18 and a valve 19 at the node 20 is mixed with the water from the water reservoir 16 and over the cooling medium supply 15 is guided after the intermediate stage 14 in the high-pressure turbine section 4.
  • the branch line 18 and the valve 19 can be omitted and for the motive steam from the line 8 at the branch node 21 via a bypass line 22 and a valve 23 to the node 20 are supplied.
  • the mass flow of the motive steam and the water can be adjusted via throttles, which are not shown in detail and the valves 17, 19, 23.
  • the throttles and / or the valves 17, 19, 23 can be coupled to a control system that regulates the flow rate.
  • the control can be carried out in such a way that with increasing time after reaching a minimum load, the flow rate is successively reduced and finally switched off completely.
  • the steam turbine 4 is in this case operated in such a way that the cooling medium is supplied to the high-pressure turbine section 4 during idling operation or during low-load operation.
  • the cooling medium is supplied during a start-up operation until a synchronization and / or a minimum power is reached.
  • Synchronization means synchronization with the mains frequency.
  • Under minimum performance is to be understood as a performance at which the high-pressure turbine gives off sufficient power and thus has low evaporation temperatures.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the high-pressure turbine part 4.
  • the high-pressure turbine section 4 comprises an outer housing 24 and an inner housing 25.
  • Several guide vanes 26 are arranged on the inner housing 25, with only one guide vane being provided with the reference numeral 26 for reasons of clarity.
  • a rotor 27 is rotatably mounted within the inner housing 25, a rotor 27 is rotatably mounted.
  • the rotor 27 comprises a plurality of rotor blades 28, for reasons of clarity Only one blade has been provided with the reference numeral 28.
  • the high-pressure turbine part 4 has an inflow 29 into which the live steam is supplied from the steam generator 2.
  • the thus supplied live steam is passed through the guide vanes 26 and blades 28, wherein the live steam relaxes and the temperature drops.
  • a flow channel 30 is formed, which ends in a Ausströmstutzen 31.
  • the high-pressure turbine section 4 is designed such that a cooling medium supply 15 is arranged such that the cooling medium can be guided into the flow channel 30 after the intermediate stage 14.
  • the region up to the intermediate stage 14, in particular the region around the inflow 29, is particularly stressed thermally and should therefore be made of a nickel-based alloy.
  • a cooling of the flow medium in the flow channel 30 takes place, which causes the temperature in the outflow region 32 to be lowered and therefore a more favorable material than the nickel-based alloy can be used .
  • the rotor 27 can therefore be made of two components, wherein the first component 33 of the nickel-based alloy and the second component 34 can be made of a more favorable material.
  • the first component 33 and the second component 34 are connected to each other by means of a weld 35.
  • the steam power plant 1 can be additionally cooled by the supply of an additional cooling medium after a second stage.
  • the second stage is not shown in detail in FIG. 2, but, as seen in the direction of flow, lies after the intermediate stage 14.
  • the additional cooling medium is branched off from the cooling medium.
  • the high-pressure turbine section 4 is designed in such a way that the guide vanes 26 of the second stage have channels. Accordingly, these second-stage vanes 26 are more or less hollow, and the cavity can be filled with the auxiliary cooling medium.
  • the supplemental cooling medium flows from these channels out of the second stage vane 26 and mixes with the flow medium in the flow channel 30. This means that from this point, after the second stage, a further cooling of the flow medium takes place and from this point the thermal load is reduced.
  • High-pressure turbine part 4 are formed in some embodiments with a Dampfanzapststutzen.
  • these steam injection nozzles are used as a tap, with steam being removed from the flow channel 30 via the steam injection nozzle.
  • this Dampfanzapststutzen is quasi transformed to the cooling medium, via which the cooling medium enters the high-pressure turbine section 4.
  • the Dampfanzapststutzen therefore has a dual function. On the one hand for discharging steam from the flow channel 30 in load operation and on the other hand for supplying cooling medium during a light load operation or idle.
  • the high-pressure turbine part 4 comprises the second stage, which is fluidically connected to an additional cooling medium supply.
  • the additional cooling medium supply is fluidically connected to the steam generator 2 and the water reservoir 16, which is not shown in detail in FIG.
  • FIG. 3 shows the temperature profile within the high-pressure turbine section 4 as a function of the number of stages N (ni-n 7 ).
  • the stages ni, n 2 , ..., n 7 represent positive integers corresponding to the number of stages.
  • the exact number of stages is not necessary for a detailed understanding of the invention, therefore the number of stages has been replaced by indices 1 to 7.
  • the curve 36 shows the temperature profile as a function of the stages in normal operation. It can clearly be seen that the temperature of approx. 700 ° C to about 420 0 C after the level n 6 drops. This is done by thermodynamic transformations, whereby the live steam is relaxed and the temperature is lowered.
  • the second curve 37 shows the course of the temperature as a function of the steps N during idling or low-load operation when no measures according to the invention are carried out.
  • the third curve 38 shows the curve of the temperature T as a function of the steps N in the light load or idle mode, if after the stage n 4 , which is to be understood as an intermediate stage 14, that cooling medium of the high-pressure turbine section 4 is supplied.
  • the fourth curve 41 shows the temperature profile T as a function of the stages N when the intermediate stage 14 takes place at the position n 3 and at the location n 4 the additional cooling medium is additionally supplied after the second stage. It can be seen very clearly that after the intermediate stage 14, ie in the illustration of Figure 3 shortly after the stage n 3, the temperature drops abruptly from about 640 0 C to 540 0 C and then after the further supply of additional additional cooling medium, the temperature of about 530 0 C to 490 0 C drops.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mehrstufigen Dampfturbine (4, 5, 6), wobei die Dampfturbine (4, 5, 6) für hohe Temperaturen geeignet ist, wobei der Rotor (27) als Schweißkonstruktion mit einer ersten Komponente (33) und einer zweiten Komponente (34) ausgeführt wird und der Dampfturbine (4, 5, 6) nach einer Zwischenstufe (14) ein Kühlmedium zugeführt wird, wenn die Dampfturbine (4, 5, 6) im Schwachlastbetrieb oder im Leerlaufbetrieb sich befindet. Dadurch werden die thermischen Belastungen im Abströmbereich (32) der Dampfturbine (4, 5, 6) gesenkt.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Betreiben einer mehrstufigen Dampfturbine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer mehrstufigen Dampfturbine sowie eine Dampfkraftanlage, umfassend eine mehrstufige Dampfturbine, einen Kessel und eine Kühlmediumzuführung .
Aus thermodynamischen Gründen ist es erforderlich die Frischdampftemperaturen zu erhöhen, um den Wirkungsgrad von modernen Dampfturbinenanlagen zu verbessern. Derzeit werden Dampfturbinen für Frischdampftemperaturen von ca. 6300C und Frischdampfdrücke von ca. 300 bar konstruiert und gefertigt. Die Auswahl der Materialien für den Rotor und das Gehäuse spielt eine bedeutende Rolle. Der Einsatz von Nickel-Basis- Legierungen als Hochtemperaturwerkstoff für Frischdampftemperaturen von geplanten 7000C scheint möglich. Der Rotor und das Gehäuse einer für 7000C geeigneten Dampfturbine könnte somit aus einer Nickel-Basis-Legierung hergestellt werden, wobei dies eine sehr kostenintensive Lösung darstellen würde.
In Hochdruck-Teilturbinen werden die Materialien in der Umge- bung des Einströmbereiches extrem thermisch belastet. Im Abdampfbereich der Hochdruck-Teilturbine ist die Temperatur und der Druck des Frischdampfes gering im Vergleich zu der Temperatur und dem Druck des Frischdampfes. Der Einsatz der teuren Nickel-Basis-Legierung im Abdampfbereich ist daher nicht zwingend erforderlich.
Es ist daher üblich, Hochdruck-Teilturbinen aus unterschiedlichen Werkstoffen zu fertigen. So könnte beispielsweise der Rotor als Schweißkonstruktion ausgeführt werden, wobei im Frischdampfbereich eine Nickel-Basis-Legierung und im Abdampfbereich ein konventioneller Werkstoff verwendet wird. Dies würde zu insgesamt geringeren Herstellungskosten führen. Eine solch gefertigte Hochdruck-Teilturbine würde den im Be- trieb auftretenden Belastungen standhalten. Allerdings sind die Dampftemperaturen im Abdampfbereich der Hochdruck-Teilturbine während eines Leerlaufbetriebes bzw. Schwachlastbetriebes vergleichsweise hoch, wodurch der konventionelle Werkstoff thermisch zu sehr belastet wird. Dieses Problem tritt insbesondere bei einem Heißstart auf, da die Frischdampftemperaturen nicht beliebig abgesenkt werden können, um die thermische Belastung der Einströmung zu begrenzen.
In der DD 148 367 wird ein Verfahren zum Erniedrigen der
Arbeitsfähigkeit des Dampfes bei einem Lastabwurf beschrieben, wobei die Lösung darin besteht, dem Frischdampf über Einspritzdüsen Wasser beizumengen, wodurch die Temperatur des Dampfes sinkt.
Wünschenswert wäre eine aus unterschiedlichen Materialien ausgebildete Hochdruck-Teilturbine, die für unterschiedliche Lastbedingungen, wie z. B. Schwachlast oder Hochlast geeignet ist .
An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfturbine und eine Dampfkraftanlage anzugeben, wobei die Dampfturbine kostengünstig hergestellt werden kann.
Die auf das Verfahren hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer mehrstufigen Dampfturbine, wobei der Dampfturbine Frischdampf und nach einer Zwischenstufe ein Kühlmedium zugeführt wird.
Die Erfindung geht von dem Aspekt aus, dass eine Hochdruck- Teilturbine im Abdampfbereich aus einem konventionellen Werkstoff ausgeführt werden kann, wenn der Abdampfbereich im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb geeignet gekühlt wird. Die erfolgt erfindungsgemäß, in dem nach der Zwischenstufe in der Dampfturbine ein Kühlmedium zugeführt wird. Somit wird der Bereich der Dampfturbine nach dieser Zwischenstufe abgekühlt. Der vor dieser Zwischenstufe vorhandene Bereich der Dampftur- bine kann aus einer Nickel-Basis-Legierung ausgeführt sein, wobei der im Abdampfbereich eingesetzte Werkstoff aus einem konventionellen Werkstoff ausgeführt werden kann, da die Temperaturen im Abdampfbereich nunmehr gezielt gesenkt werden können.
Somit wird im Gegensatz zur DD 148 367 nicht der gesamte Frischdampf durch das Einspritzen von Wasser abgekühlt, sondern lediglich ein bereits in der Dampfturbine abgekühlter und entspannter Dampf weiter durch das Kühlmedium abgekühlt, wodurch eine sprunghafte Senkung der Temperatur des in der Dampfturbine befindlichen Dampfes erfolgt.
Vorzugsweise wird das Kühlmedium aus einem Gemisch aus Treib- dampf und Wasser gebildet.
Dies ist eine vergleichsweise schnelle und günstige Lösung, ein geeignetes Kühlmedium bereitzustellen, denn durch die hohe Verdampfungswärme des Wassers erfährt die eingeschlos- sene Dampfmenge eine starke Temperatur- und somit auch Druckabsenkung.
Vorzugsweise wird der Treibdampf aus dem Kessel entnommen. Dadurch kann in einer bestehenden Dampfkraftanlage ohne wei- teres der Kessel, der auch als Dampferzeuger bezeichnet wird, leicht umgerüstet werden, um Treibdampf zu erhalten.
Alternativ dazu kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Treibdampf über eine Bypassleitung aus der FrischdampfZuführung abgezweigt werden. Dies wäre neben der Abzweigung direkt aus dem Kessel eine weitere einfache und kostengünstige Möglichkeit, einen geeigneten Treibdampf bereitzustellen, der durch die Zumischung von Wasser als Kühlmedium in der Dampfturbine eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kühlmedium im Leerlaufbetrieb oder im Schwachlastbetrieb zugeführt. Bevorzugterweise wird das Kühlmedium insbesondere zu Beginn eines Heißstarts zugeführt. Während eines Heißstarts ist die Temperatur der Materialien der Hochdruck-Teilturbine vergleichsweise hoch, so dass bei einem Heißstart der Frisch- dampf die gesamte Hochdruck-Teilturbine thermisch belastet. Insbesondere wird, da die Dampfturbine während des Anfahrens mit Schwachlast betrieben und somit der Dampf im Abströmbereich vergleichsweise hohe Temperaturen aufweist, die Hochdruck-Teilturbine während eines Heißstarts besonders ther- misch belastet.
Bevorzugterweise wird das Kühlmedium während eines Anfahrvorgangs bis zur Erreichung einer Synchronisation und/oder einer Mindestleistung zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass die Hochdruckdampftemperatur durch Regeln des Kühlmediummassen- stroms konstant gehalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Dampfturbine derart weitergebildet, dass nach einer zweiten Stufe ein Zusatzkühlmedium zusätzlich zugeführt wird.
Dies hat den Vorteil, dass der Abströmbereich der Hochdruck- Teilturbine weiter abgekühlt wird, wodurch im Abströmbereich geeignete konventionelle Werksstoffe verwendet werden können.
Das Zusatzkühlmedium wird hierbei bevorzugterweise aus dem Kühlmedium abgezweigt, was eine kostengünstige Möglichkeit ist, eine bestehende Kraftwerksanlage umzurüsten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird das Zusatzkühlmedium aus einem in einer Leitschaufel angebrachten Kanal ausgeströmt. Dadurch ist es möglich, Zusatzkühlmedium sozusagen schnell und großflächig in den Strömungskanal der Strömungsmaschine strömen zu lassen. Die Vermischung des Zusatzkühlme- diums mit dem Strömungsmedium ist hierbei vergleichsweise hoch, so dass die Temperatur sprunghaft gesenkt wird. Die auf die Dampfkraftanlage hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Dampfkraftanlage, umfassend eine mehrstufige Dampfturbine, einen Kessel und eine Kühlmediumzuführung, wobei die Kühlmediumzuführung nach einer Zwischenstufe in die Dampfturbine mündet. Die Vorteile entsprechen im Wesentlichen den beim Verfahren erwähnten.
Vorzugsweise ist die Kühlmediumzuführung strömungstechnisch mit dem Kessel und einem Wasserreservoir verbunden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kühlmediumzuführung strömungstechnisch mit einer Bypassleitung aus einer FrischdampfZuführungsleitung und einem Wasserreservoir verbunden.
Bevorzugterweise weist die Dampfturbine eine zweite Stufe auf, die mit einer Zusatzkühlmediumzuführung strömungstechnisch verbunden ist.
Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine Darstellung einer Dampfkraftanlage,
Figur 2 eine Schnittdarstellung einer Hochdruck-Teilturbine,
Figur 3 Temperaturkurven innerhalb der Hochdruck-Teilturbine .
In der Figur 1 ist eine Dampfkraftanlage 1 zu sehen. Die Dampfkraftanlage 1 umfasst einen Dampferzeuger 2. Eine andere Bezeichnung für einen Dampferzeuger 2 lautet Kessel 2. Der Dampferzeuger 2 umfasst einen Sammelbehälter 3, in dem der
Dampf gesammelt werden kann. Des Weiteren umfasst die Dampf- kraftanlage 1 eine Hochdruck-Teilturbine 4, eine Mitteldruck- Teilturbine 5 und eine Niederdruck-Teilturbine 6. In der Fachwelt ist die Einteilung in Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Teilturbine nicht einheitlich definiert. Es existiert eine DIN-Norm, nach welcher eine Hochdruck-Teilturbine 4 derart definiert ist, dass eine solche vorliegt, wenn der aus der Hochdruck-Teilturbine 4 ausströmende Dampf in einem Zwischenüberhitzer 7 erhitzt wird und anschließend in eine Mitteldruck-Teilturbine 5 strömt.
In dem Dampferzeuger 2 wird Frischdampf erzeugt, der über eine Leitung 8 der Hochdruck-Teilturbine 4 zugeführt wird.
Die Hochdruck-Teilturbine 4, als Ausführungsform einer Dampfturbine, umfasst mehrere Stufen. Am Ausströmstutzen 9 strömt Dampf zum Zwischenüberhitzer 7 und wird dort erhitzt und anschließend zum Einströmstutzen 10 der Mitteldruck-Teilturbine 5 geführt. In der Mitteldruck-Teilturbine 5 entspannt sich der Dampf weiter, wobei er nach dem Austritt aus der Mitteldruck-Teilturbine 5 in die Niederdruck-Teilturbine 6 strömt. Nach der Niederdruck-Teilturbine 6 strömt der Dampf in einen Kondensator 11, wo er zu Wasser kondensiert.
Mittels einer Pumpe 12 wird das kondensierte Wasser über eine weitere Leitung 13 zum Dampferzeuger 2 geführt.
Die Hochdruck-Teilturbine 4 wird derart betrieben, dass nach einer Zwischenstufe 14 ein Kühlmedium zugeführt wird. Dazu weist die Dampfkraftanlage 1 eine Kühlmediumzuführung 15 auf, die nach der Zwischenstufe 14 in die Hochdruck-Teilturbine 4 mündet .
Das Kühlmedium wird aus einem Gemisch aus Treibdampf und Wasser gebildet. Das Wasser wird aus einem Wasserreservoir 16 entnommen, das über einem Ventil 17 dem Treibdampf zugemischt werden kann. Der Treibdampf wird aus einer Abzweigleitung 18 entnommen, die in dem Sammelbehälter 3 des Dampferzeugers 2 mündet. Somit wird Frischdampf aus dem Dampferzeuger 2 über die Abzweigleitung 18 und einem Ventil 19 am Knotenpunkt 20 mit dem Wasser aus dem Wasserreservoir 16 vermischt und über die Kühlmediumzuführung 15 nach der Zwischenstufe 14 in die Hochdruck-Teilturbine 4 geführt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Abzweigleitung 18 und das Ventil 19 entfallen und dafür der Treibdampf aus der Leitung 8 am Abzweigknotenpunkt 21 über eine Bypasslei- tung 22 und einem Ventil 23 dem Knotenpunkt 20 zugeführt werden .
Der Massenstrom des Treibdampfes und des Wassers kann über Drosseln, die nicht näher dargestellt sind und den Ventilen 17, 19, 23 eingestellt werden. Die Drosseln und/oder die Ventile 17, 19, 23 können an ein Steuersystem angekoppelt werden, das die Durchflussmenge regelt. Die Regelung kann hier- bei derart ausgeführt werden, dass mit wachsender Zeit nach Erreichen einer Mindestlast die Durchflussmenge sukzessive reduziert wird und schließlich komplett ausgeschaltet wird.
Die Dampfturbine 4 wird hierbei derart betrieben, dass das Kühlmedium im Leerlaufbetrieb oder im Schwachlastbetrieb der Hochdruck-Teilturbine 4 zugeführt wird.
Das Kühlmedium wird während eines Anfahrvorgangs bis zur Erreichung einer Synchronisation und/oder einer Mindestleistung zugeführt. Unter einer Synchronisation ist die Synchronisation mit der Netzfrequenz zu verstehen. Unter Mindestleistung ist eine Leistung zu verstehen, bei der die Hochdruckturbine genügend Leistung abgibt und so niedrige Abdampftemperaturen aufweist .
In der Figur 2 ist eine Querschnittsansicht der Hochdruck- Teilturbine 4 zu sehen. Die Hochdruck-Teilturbine 4 umfasst ein Außengehäuse 24 und ein Innengehäuse 25. Am Innengehäuse 25 sind mehrere Leitschaufeln 26 angeordnet, wobei aus Grün- den der Übersichtlichkeit lediglich eine Leitschaufel mit dem Bezugszeichen 26 versehen wurde. Innerhalb des Innengehäuses 25 ist ein Rotor 27 drehbar gelagert. Der Rotor 27 umfasst mehrere Laufschaufeln 28, wobei aus Gründen der Übersicht- lichkeit lediglich eine Laufschaufel mit dem Bezugszeichen 28 versehen wurde. Die Hochdruck-Teilturbine 4 weist eine Einströmung 29 auf, in die der Frischdampf aus dem Dampferzeuger 2 zugeführt wird. Der somit zugeführte Frischdampf wird durch die Leitschaufeln 26 und Laufschaufeln 28 geführt, wobei sich der Frischdampf entspannt und die Temperatur sinkt. Zwischen dem Rotor 27 und der Innenfläche des Innengehäuses 25 wird ein Strömungskanal 30 gebildet, der in einen Ausströmstutzen 31 endet.
Die Hochdruck-Teilturbine 4 wird derart ausgeführt, dass eine Kühlmediumzuführung 15 derart angeordnet ist, dass das Kühlmedium nach der Zwischenstufe 14 in den Strömungskanal 30 geführt werden kann. Der Bereich bis zur Zwischenstufe 14, ins- besondere der Bereich um die Einströmung 29 ist thermisch besonders belastet und sollte daher aus einer Nickel-Basis-Legierung ausgeführt sein. Durch das Einströmen des Kühlmediums nach der Zwischenstufe 14 über die Kühlmediumzuführung 15 findet eine Abkühlung des Strömungsmediums im Strömungskanal 30 statt, die dazu führt, dass im Abströmbereich 32 die Temperatur gesenkt wird und daher ein günstigeres Material als die Nickel-Basis-Legierung verwendet werden kann. Der Rotor 27 kann daher aus zwei Komponenten hergestellt werden, wobei die erste Komponente 33 aus der Nickel-Basis-Legierung und die zweite Komponente 34 aus einem günstigeren Material ausgeführt werden kann. Die erste Komponente 33 und die zweite Komponente 34 werden mittels einer Schweißung 35 miteinander verbunden .
Die Dampfkraftanlage 1 kann durch die Zuführung von einem Zusatzkühlmedium nach einer zweiten Stufe zusätzlich gekühlt werden. Die zweite Stufe ist in der Figur 2 nicht näher dargestellt, liegt aber in Strömungsrichtung gesehen nach der Zwischenstufe 14. Das Zusatzkühlmedium wird aus dem Kühlme- dium abgezweigt.
Die Hochdruck-Teilturbine 4 wird hierbei derart ausgeführt, dass die Leitschaufeln 26 der zweiten Stufe Kanäle aufweisen. Diese Leitschaufeln 26 der zweiten Stufe werden demnach mehr oder weniger hohl ausgeführt, wobei der Hohlraum mit dem Zusatzkühlmedium gefüllt werden kann. Das Zusatzkühlmedium strömt aus diesen Kanälen aus der Leitschaufel 26 der zweiten Stufe und vermischt sich mit dem im Strömungskanal 30 befindlichen Strömungsmedium. Das bedeutet, dass ab dieser Stelle, nach der zweiten Stufe eine weitere Abkühlung des Strömungsmediums stattfindet und ab dieser Stelle die thermische Belastung verringert wird.
Hochdruck-Teilturbinen 4 werden in manchen Ausführungsformen mit einem Dampfanzapfstutzen ausgebildet. Diese Dampfanzapf- stutzen werden im normalen Lastbetrieb der Hochdruck-Teilturbine 4 als Anzapfung benutzt, wobei über den Dampfanzapfstut- zen Dampf aus dem Strömungskanal 30 abgeführt wird. Im Leerlauf oder im Schwachlastbetrieb wird dieser Dampfanzapfstutzen zu der Kühlmediumzuführung quasi verwandelt, über diese das Kühlmedium in die Hochdruck-Teilturbine 4 gelangt. Der Dampfanzapfstutzen weist daher eine Doppelfunktion auf. Einerseits zum Abführen von Dampf aus dem Strömungskanal 30 im Lastbetrieb und andererseits zum Zuführen von Kühlmedium während eines Schwachlastbetriebes oder im Leerlauf.
Die Hochdruck-Teilturbine 4 umfasst die zweite Stufe, die mit einer Zusatzkühlmediumzuführung strömungstechnisch verbunden ist. Die Zusatzkühlmediumzuführung ist strömungstechnisch mit dem Dampferzeuger 2 und dem Wasserreservoir 16 verbunden, was in der Figur 1 nicht näher dargestellt ist.
In der Figur 3 ist der Temperaturverlauf innerhalb der Hochdruck-Teilturbine 4 in Abhängigkeit der Stufenanzahl N (ni - n7) dargestellt. Die Stufen ni, n2, ..., n7 stehen für positive ganze Zahlen, die der Anzahl an Stufen entsprechen. Die genaue Anzahl an Stufen ist für das genaue Verständnis der Er- findung nicht erforderlich, weswegen die Anzahl an Stufen durch die Indizes 1 bis 7 ersetzt wurden. Die Kurve 36 zeigt den Temperaturverlauf in Abhängigkeit der Stufen im Normalbetrieb. Es ist deutlich zu sehen, dass die Temperatur von ca. 700°C auf ca. 4200C nach der Stufe n6 sinkt. Dies erfolgt durch thermodynamische Umwandlungen, wobei der Frischdampf entspannt wird und die Temperatur gesenkt wird.
Die zweite Kurve 37 zeigt den Verlauf der Temperatur in Abhängigkeit der Stufen N im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb, wenn keine erfindungsgemäßen Maßnahmen durchgeführt werden. Mann sieht deutlich, dass die Temperatur bis zur Stufe n4 kaum sinkt und nach der Stufe n4 sogar ansteigt. Das bedeu- tet, dass die Stufen ab ca. n3 im Abströmbereich thermisch belastet werden, weil die Temperaturen dort durchweg höher als 6000C sind. Die dritte Kurve 38 zeigt den Verlauf der Temperatur T in Abhängigkeit der Stufen N im Schwachlast oder Leerlaufbetrieb, wenn nach der Stufe n4, die als Zwischen- stufe 14 zu verstehen ist, dass Kühlmedium der Hochdruck- Teilturbine 4 zugeführt wird. An der senkrecht gestrichelten Linie erkennt man sehr deutlich, dass die Temperatur an der Stelle einen deutlichen Sprung von ca. 6300C auf 4700C zeigt. Das bedeutet, dass ab dieser Stelle die Hochdruck-Teilturbine 4 weniger thermisch belastet wird, weil die Temperaturen in diesem Bereich nicht über 5000C steigen.
Die vierte Kurve 41 zeigt den Temperaturverlauf T in Abhängigkeit der Stufen N, wenn die Zwischenstufe 14 an der Stelle n3 erfolgt und an der Stelle n4 das Zusatzkühlmedium nach der zweiten Stufe zusätzlich zugeführt wird. Man erkennt ganz deutlich, dass nach der Zwischenstufe 14, d. h. in der Darstellung gemäß Figur 3 kurz nach der Stufe n3 die Temperatur sprunghaft von ca. 6400C auf 5400C sinkt und anschließend nach der weiteren Zuführung von zusätzlichem Zusatzkühlmediums die Temperatur von ca. 5300C auf 4900C sinkt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer mehrstufigen Dampfturbine (4, 5, 6), wobei der Dampfturbine Frischdampf und nach einer Zwischenstufe (14) ein Kühlmedium zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Kühlmedium aus einem Gemisch aus Treibdampf und Wasser gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Treibdampf aus einem Kessel (2) entnommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Treibdampf über eine Bypassleitung (22) aus der FrischdampfZuführung abgezweigt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kühlmedium im Leerlaufbetrieb oder im Schwachlastbetrieb zugeführt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kühlmedium zu Beginn eines Heißstarts zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6, wobei das Kühlmedium während eines Anfahrvorgangs bis zur Erreichung einer Synchronisation und/oder einer Mindestleistung zugeführt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach einer zweiten Stufe ein Zusatzkühlmedium zusätz- lieh zugeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Zusatzkühlmedium aus dem Kühlmedium abgezweigt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die thermodynamischen Größen des Zusatzkühlmediums zum Kühlmedium unterschiedlich sind.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Temperatur und der Druck des Zusatzkühlmediums niedriger sind als die Temperatur und der Druck des Kühlmediums .
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das Zusatzkühlmedium aus an einer Leitschaufel (26) angebrachten Kanälen ausgeströmt wird.
13. Dampfkraftanlage (1), umfassend eine mehrstufige Dampfturbine (4, 5, 6), einen Kessel (2) und eine Kühlmediumzuführung (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlmediumzuführung (15) nach einer Zwischenstufe (14) in die Dampfturbine (4, 5, 6) mündet.
14. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 13, wobei die Kühlmediumzuführung (15) strömungstechnisch mit dem Kanal und einem Wasserreservoir (16) verbunden ist.
15. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 13, wobei die Kühlmediumzuführung (15) strömungstechnisch mit einer Bypassleitung (22) aus einer Frischdampfzuführungs- leitung und einem Wasserreservoir (16) verbunden ist.
16. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Dampfturbine (4, 5, 6) einen Dampfanzapfstutzen aufweist, der im Lastbetrieb als Anzapfung und im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb als Kühlmediumzuführung (15) vorge- sehen ist.
17. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Dampfturbine eine zweite Stufe aufweist, die mit einer Zusatzkühlmediumzuführung strömungstechnisch verbun- den ist.
18. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 17, wobei die Zusatzkühlmediumzuführung strömungstechnisch mit dem Kessel (2) und einem Wasserreservoir (16) verbunden ist.
19. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 17, wobei die Zusatzkühlmediumzuführung strömungstechnisch mit einer Zusatz-Bypassleitung aus der Frischdampfzuführungs- leitung und einem Wasserreservoir (16) verbunden ist.
20. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 13 bis 19, wobei die Kühlmediumzuführung (15) und/oder die Zusatzkühlmediumzuführung in in einer Leitschaufel (26) angeordnetem Kanal mündet bzw. münden.
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