WO2010091942A1 - Method for heating a turbine shaft - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for heating a turbine shaft and a steam turbine comprising a turbine shaft and a device for heating the turbine shaft.
  • a starting method for starting the steam turbine is started.
  • live steam valves are more or less opened.
  • the values for the starting temperature, the starting pressure and the starting quality of the steam are selected such that after startup of the steam turbine an idling operation or a load operation with a low load for the steam turbine can be realized.
  • Machine condition are reached by the application of hot steam regularly high material loads by the thermal expansion stresses occurring. Due to the liberalization of the energy market, it is currently common practice to decommission steam turbine plants over a longer period of time. These include short-term shutdowns or daily start / stop modes and weekend shutdowns.
  • the invention begins, whose task is to provide a method and a steam turbine, which can be heated quickly.
  • This object is achieved by a method for heating a turbine shaft, wherein the turbine shaft is heated by water injection.
  • the task directed towards the steam turbine is achieved by a steam turbine comprising a turbine shaft and a device for injecting water onto the turbine shaft.
  • the turbine shaft is a large component with a high mass and thus a comparatively high heat capacity. This leads to the fact that the turbine shaft is heated comparatively slowly with an energy supply.
  • An essential idea of the invention is to heat the turbine shaft faster by spraying warm water onto the turbine shaft. By this water injection takes place a rapid heat transfer of the warm water to the turbine shaft.
  • the term water is here understood to mean liquid in its state of aggregation.
  • the turbine shaft is sprayed with water until a maximum Anürmformatiere is reached.
  • the maximum heating speed hereby reaches values between 8 Hz and 25 Hz. Since there is a permanent transfer of heat to the turbine shaft via the injection of water, it is advantageous that the water is continuously injected onto the turbine shaft until the turbine shaft reaches the maximum heating speed during the warm-up process has reached. The start-up time is thereby further shortened.
  • the warm water is taken from a preheating or from a feed pump to ensure the required steam purity, z. B. from a parallel vapor source.
  • a steam circuit is generally present in such a way that water is available from the preheating section or from the feed pump.
  • the water from the preheat section is opposite the water from the pump so that it has a higher temperature, the pressure in the turbine is of crucial importance.
  • injection nozzles are arranged within the steam turbine, via which the warm water is sprayed onto the turbine shaft.
  • Figure 1 is a schematic representation of a water injection on a turbine shaft.
  • the turbine shaft 1 shows a schematic representation of a turbine shaft 1, which is designed to be double-flow.
  • the turbine shaft 1 comprises a left-hand flood 2 and a right-hand flood 3.
  • the turbine shaft 1 rotates about the rotation axis 4.
  • live steam flows into the steam turbine via an inflow region (not shown) and relaxes along the left-hand flood 2 and the right-hand side Flood 3.
  • the turbine shaft 1 includes blades not shown in detail.
  • the turbine shaft 1 can heat to above 300 0 C. The temperatures can even reach values up to 630 0 C. After a standstill, the temperature of the turbine shaft 1 may be less than 100 0 C.
  • the warm water 5 may have temperatures between 100 0 C and 350 0 C.
  • the water is passed through a valve 7 to the injection nozzle 6. With the valve 7, the amount of water that leads through a line 8 to the injection nozzle 6, are regulated.
  • the turbine shaft 1 is hereby heated by the water injection before the abutment. This means that the turbine shaft 1 is already sprayed with water during the turn operation, ie an externally supplied rotational movement via a motor. Care must be taken here, however, that the amount of water 5 injected from the injection nozzle 6 is constant over the surface of the turbine nozzle. wave 1, otherwise local tensions may arise. Furthermore, the turbine shaft 1 is sprayed so long by means of the injection nozzles 6 with warm water 5 until a maximum Anürmformatiere is reached. The heating speed assumes values between 8 Hz and 25 Hz.
  • the valve 7 is fluidically coupled to a line 9, wherein the line 9 is fluidly coupled in a manner not shown on a preheating or at a feed pump.
  • the turbine shaft 1 is part of a steam turbine, not shown.
  • This steam turbine comprises a housing, wherein the injection nozzles 6 are arranged for injecting the water 5 within the housing.
  • the position of the injectors 6 and the flow rate of hot water 5 should be selected appropriately so that the heat transfer coefficient is optimal.
  • the steam turbine housing drainages which are designed such that in the housing located water can flow. These drain casings are opened during the heating process so that the water can drain off.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

The invention relates to a method for heating a turbine shaft (1), wherein the turbine shaft (1) is heated by spraying warm water (5) from a supply pump or from a pre-heating section and a steam turbine, comprising a housing, wherein injection nozzles (6) for injecting the water (5) are arranged within the housing.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zur Erwärmung einer TurbinenwelleMethod for heating a turbine shaft
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erwärmung einer Turbinenwelle sowie eine Dampfturbine umfassend eine Turbinenwelle und eine Vorrichtung zur Erwärmung der Turbinenwelle.The invention relates to a method for heating a turbine shaft and a steam turbine comprising a turbine shaft and a device for heating the turbine shaft.
Bei Kraftwerken, die zur Stromerzeugung mit einer Dampfturbinenanlage ausgestattet sind, kann es in Abhängigkeit des aktuellen Strombedarfs erforderlich sein, eine einzelne Dampfturbine oder mehrere Dampfturbinen abzuschalten und bedarfsabhängig wieder zuzuschalten. Ein schnelles Starten der jeweiligen Dampfturbinenanlage ist hierbei von entscheidender Bedeutung. Dies gilt insbesondere für längere Stillstandzeiten, insbesondere nach einem Kaltstart und nach einem Warmstart, z.B. nach einem Wochenendstillstand. Bekannt ist es während des Startvorgangs zunächst einen Dampferzeuger hoch zu fahren bzw. zu erwärmen, um die Dampftemperatur und denFor power plants equipped with a steam turbine plant, it may be necessary to switch off a single steam turbine or several steam turbines and reconnect as needed, depending on the current electricity demand. A quick start of each steam turbine plant is crucial here. This is especially true for longer downtime, especially after a cold start and after a warm start, e.g. after a weekend shutdown. It is known during the boot process first to drive a steam generator or heat up to the steam temperature and the
Dampfdruck zu erhöhen. Sobald für den Dampf eine vorbestimmte Starttemperatur und ein vorbestimmter Startdruck sowie eine vorbestimmte Startqualität vorliegen, wird ein Anfahrverfahren zum Anfahren der Dampfturbine gestartet. Dazu werden unter anderem Frischdampfventile mehr oder weniger stark geöffnet. Dabei sind die Werte für die Starttemperatur, dem Startdruck und die Startqualität des Dampfes so gewählt, dass nach dem Anfahren der Dampfturbine ein Leerlaufbetrieb oder ein Lastbetrieb mit geringer Last für die Dampfturbine reali- sierbar ist.Increase vapor pressure. As soon as there is a predetermined starting temperature and a predetermined starting pressure and a predetermined starting quality for the steam, a starting method for starting the steam turbine is started. Among other things, live steam valves are more or less opened. In this case, the values for the starting temperature, the starting pressure and the starting quality of the steam are selected such that after startup of the steam turbine an idling operation or a load operation with a low load for the steam turbine can be realized.
Bis zum Start des eigentlichen Anfahrverfahrens müssen diese Parameter stabil vorliegen. Je nach Kraftwerkstyp und Kesselbauart oder Kraftwerksgröße können hierbei regelmäßig etwa 1 bis 3 Stunden vergehen. Beim Anfahren aus einem kaltenUntil the start of the actual start-up procedure, these parameters must be stable. Depending on the type of power plant and boiler design or size of the power plant, this can take around 1 to 3 hours regularly. When starting from a cold
Maschinenzustand werden durch die Beaufschlagung mit heißem Dampf regelmäßig hohe Materialbelastungen durch die auftretenden Wärmedehnungsspannungen erreicht. Durch die Liberalisierung des Energiemarktes ist es derzeit üblich, Dampfturbinenanlagen über eine längere Zeitspanne außer Betrieb zu nehmen. Dazu gehören kurzfristige Still- stände oder tägliche Start- bzw. Stoppfahrweisen sowie Wochenendstillstände .Machine condition are reached by the application of hot steam regularly high material loads by the thermal expansion stresses occurring. Due to the liberalization of the energy market, it is currently common practice to decommission steam turbine plants over a longer period of time. These include short-term shutdowns or daily start / stop modes and weekend shutdowns.
Jedoch ist eine hohe Flexibilität gewünscht, die Kraftwerke jederzeit schnell Anfahren zu können. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, ein Verfahren und eine Dampfturbine anzugeben, die schnell erwärmt werden kann.However, a high level of flexibility is desired to be able to start the power plants quickly at any time. At this point, the invention begins, whose task is to provide a method and a steam turbine, which can be heated quickly.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Erwärmung einer Turbinenwelle, wobei die Turbinenwelle durch Wasserein- spritzung erwärmt wird. Die auf die Dampfturbine hin gerichtete Aufgabe wird gelöst durch eine Dampfturbine umfassend eine Turbinenwelle und Vorrichtung zur Einspritzung von Wasser auf die Turbinenwelle.This object is achieved by a method for heating a turbine shaft, wherein the turbine shaft is heated by water injection. The task directed towards the steam turbine is achieved by a steam turbine comprising a turbine shaft and a device for injecting water onto the turbine shaft.
Üblicherweise ist die Turbinenwelle ein großes Bauteil mit einer hohen Masse und dadurch einer vergleichsweise hohen Wärmekapazität. Dies führt dazu, dass die Turbinenwelle bei einer Energiezufuhr vergleichsweise langsam erwärmt wird. Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung liegt darin, die Turbinen- welle dadurch schneller zu erwärmen, indem auf die Turbinenwelle warmes Wasser gespritzt wird. Durch diese Wassereinspritzung erfolgt eine schnelle Wärmeübertragung des warmen Wassers auf die Turbinenwelle. Unter dem Begriff Wasser wird hier Wasser in seinem Aggregatzustand flüssig verstanden.Usually, the turbine shaft is a large component with a high mass and thus a comparatively high heat capacity. This leads to the fact that the turbine shaft is heated comparatively slowly with an energy supply. An essential idea of the invention is to heat the turbine shaft faster by spraying warm water onto the turbine shaft. By this water injection takes place a rapid heat transfer of the warm water to the turbine shaft. The term water is here understood to mean liquid in its state of aggregation.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Für eine ideale Wärmeübertragung des heißen Wassers auf die Turbinenwelle wird heißes Wasser bzw. warmes Wasser mit Temperaturen zwischen 1000C und 3500C verwendet. Das Wasser liegt bei den vorgenannten Temperaturen zwischen 1000C und 3500C gasförmig vor. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Turbinenwelle vor dem Anstoßen durch die Wassereinspritzung erwärmt. Das führt dazu, dass bereits in einem sehr frühen Stadium, die Turbinenwelle in Folge der Wassereinspritzung erwärmt wird. Die Dampfturbine weist üblicher Weise sogenannte Gehäuseentwässerungen auf, die selbstverständlich geöffnet sind, während die Turbinenwelle mit Wasser bespritzt wird. Sofern der Druck in der Dampfturbine unter dem Druck des eingespritzten Wassers liegt, wird das eingespritzte Wasser verdampfen. Bei der anschließenden Kondensation des eingespritzten Wassers an den kalten Bauteilen wird dadurch die gewünschte Erwärmung erreicht. Dadurch erwärmt sich die Turbinenwelle schneller und kann früher die Betriebstemperatur erreichen, um an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossen zu werden.Advantageous developments are specified in the subclaims. For an ideal heat transfer of the hot water to the turbine shaft hot water or warm water with temperatures between 100 0 C and 350 0 C is used. The water is at the aforementioned temperatures between 100 0 C and 350 0 C before gas. In an advantageous development, the turbine shaft is heated by the water injection before it is struck. This means that already at a very early stage, the turbine shaft is heated as a result of water injection. The steam turbine usually has so-called housing drainages, which are of course opened, while the turbine shaft is splashed with water. If the pressure in the steam turbine is below the pressure of the injected water, the injected water will evaporate. In the subsequent condensation of the injected water to the cold components, the desired heating is achieved. As a result, the turbine shaft heats up faster and can reach the operating temperature earlier to be connected to an electrical supply network.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Turbinenwelle so lange mit Wasser bespritzt, bis eine maximale Anwärmdrehzahl erreicht wird. Die maximale Anwärmdrehzahl erreicht hierbei Werte zwischen 8 Hz und 25 Hz. Da über die Wasserein- spritzung ein permanenter Wärmeübertrag auf die Turbinenwelle erfolgt, ist es dadurch vorteilhaft, dass das Wasser ständig auf die Turbinenwelle gespritzt wird, bis die Turbinenwelle im Aufwärmvorgang die maximale Anwärmdrehzahl erreicht hat. Die Anfahrzeit wird dadurch weiter verkürzt.In an advantageous development, the turbine shaft is sprayed with water until a maximum Anwärmdrehzahl is reached. The maximum heating speed hereby reaches values between 8 Hz and 25 Hz. Since there is a permanent transfer of heat to the turbine shaft via the injection of water, it is advantageous that the water is continuously injected onto the turbine shaft until the turbine shaft reaches the maximum heating speed during the warm-up process has reached. The start-up time is thereby further shortened.
Das warme Wasser wird hierbei aus einer Vorwärmstrecke oder aus einer Speisepumpe entnommen, um die geforderte Dampfreinheit sicherzustellen, z. B. aus einer parallelen Dampfquelle. In einer Dampfturbinenanlage ist ein Wasserdampfkreislauf in der Regel derart vorhanden, dass Wasser aus der Vorwärmstrecke bzw. aus der Speisepumpe zur Verfügung steht. Das Wasser aus der Vorwärmstrecke ist gegenüber dem Wasser aus der Pumpe derart, dass es eine höhere Temperatur aufweist, wobei der Druck in der Turbine von entscheidender Bedeutung ist.The warm water is taken from a preheating or from a feed pump to ensure the required steam purity, z. B. from a parallel vapor source. In a steam turbine plant, a steam circuit is generally present in such a way that water is available from the preheating section or from the feed pump. The water from the preheat section is opposite the water from the pump so that it has a higher temperature, the pressure in the turbine is of crucial importance.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden innerhalb der Dampfturbine Einspritzdüsen angeordnet, über die das warme Wasser auf die Turbinenwelle gespritzt wird. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.In an advantageous development, injection nozzles are arranged within the steam turbine, via which the warm water is sprayed onto the turbine shaft. An embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to a drawing.
Darin zeigt:It shows:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Wassereinspritzung auf eine Turbinenwelle.Figure 1 is a schematic representation of a water injection on a turbine shaft.
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Turbinenwelle 1, die zweiflutig ausgeführt ist. Das bedeutet, die Turbinenwelle 1 umfasst eine linke Flut 2 und eine rechte Flut 3. Die Turbinenwelle 1 rotiert um die Rotationsachse 4. Im Betrieb strömt über einen nicht näher dargestellten Einströmbereich Frischdampf in die Dampfturbine und entspannt sich entlang der linken Flut 2 und der rechten Flut 3. Des Weiteren umfasst die Turbinenwelle 1 nicht näher dargestellte Laufschaufeln . Im Betrieb kann sich die Turbinenwelle 1 auf über 3000C erwärmen. Die Temperaturen können sogar Werte bis zu 6300C erreichen. Nach einem Stillstand kann die Temperatur der Turbinenwelle 1 weniger als 1000C betragen.1 shows a schematic representation of a turbine shaft 1, which is designed to be double-flow. This means that the turbine shaft 1 comprises a left-hand flood 2 and a right-hand flood 3. The turbine shaft 1 rotates about the rotation axis 4. During operation, live steam flows into the steam turbine via an inflow region (not shown) and relaxes along the left-hand flood 2 and the right-hand side Flood 3. Furthermore, the turbine shaft 1 includes blades not shown in detail. In operation, the turbine shaft 1 can heat to above 300 0 C. The temperatures can even reach values up to 630 0 C. After a standstill, the temperature of the turbine shaft 1 may be less than 100 0 C.
Zur schnellen Erwärmung der Turbinenwelle 1 wird diese mit warmen Wasser 5 aus Einspritzdüsen 6 bespritzt. Das warme Wasser 5 kann Temperaturen zwischen 1000C und 3500C haben. Während der Aufwärmung wird hierbei das Wasser über ein Ventil 7 zur Einspritzdüse 6 geführt. Mit dem Ventil 7 kann die Menge des Wassers, die durch eine Leitung 8 zur Einspritzdüse 6 führt, geregelt werden.For rapid heating of the turbine shaft 1, this is sprayed with hot water 5 from injection nozzles 6. The warm water 5 may have temperatures between 100 0 C and 350 0 C. During warming, in this case the water is passed through a valve 7 to the injection nozzle 6. With the valve 7, the amount of water that leads through a line 8 to the injection nozzle 6, are regulated.
Die Turbinenwelle 1 wird hierbei vor dem Anstoßen durch die Wassereinspritzung erwärmt. Das bedeutet, dass die Turbinenwelle 1 während des Turnbetriebs, d.h. eine extern zugeführte Rotationsbewegung über einen Motor bereits mit Wasser bespritzt wird. Es ist hierbei allerdings sorgfältig darauf zu achten, dass die Menge des aus der Einspritzdüse 6 spritzenden Wassers 5 konstant über die Oberfläche der Turbinen- welle 1 verteilt wird, da sonst lokale Spannungen entstehen können. Des Weiteren wird die Turbinenwelle 1 so lange mittels der Einspritzdüsen 6 mit warmen Wasser 5 bespritzt, bis eine maximale Anwärmdrehzahl erreicht wird. Die Anwärmdreh- zahl nimmt hierbei Werte zwischen 8 Hz und 25 Hz an.The turbine shaft 1 is hereby heated by the water injection before the abutment. This means that the turbine shaft 1 is already sprayed with water during the turn operation, ie an externally supplied rotational movement via a motor. Care must be taken here, however, that the amount of water 5 injected from the injection nozzle 6 is constant over the surface of the turbine nozzle. wave 1, otherwise local tensions may arise. Furthermore, the turbine shaft 1 is sprayed so long by means of the injection nozzles 6 with warm water 5 until a maximum Anwärmdrehzahl is reached. The heating speed assumes values between 8 Hz and 25 Hz.
Das Ventil 7 ist an eine Leitung 9 strömungstechnisch gekoppelt, wobei die Leitung 9 in nicht näher dargestellter Weise an einer Vorwärmstrecke oder an einer Speisepumpe strömungs- technisch angekoppelt ist. Das bedeutet, dass das warme Wasser 5 aus der Vorwärmstrecke oder aus der Speisepumpe entnommen wird. Die Wahl der Entnahme hängt von der gewünschten Temperatur des warmen Wassers 5 ab. Es sind auch Kombinationen denkbar, wobei das warme Wasser 5 aus der Vorwärmstrecke und der Speisepumpe gemischt wird oder auch aus einer parallelen Dampfquelle, z. B. aus einem zweiten Block kommt.The valve 7 is fluidically coupled to a line 9, wherein the line 9 is fluidly coupled in a manner not shown on a preheating or at a feed pump. This means that the warm water 5 is removed from the preheat section or from the feed pump. The choice of removal depends on the desired temperature of the warm water 5. Combinations are also conceivable, with the warm water 5 being mixed from the preheating section and the feed pump, or else from a parallel steam source, e.g. B. comes from a second block.
Die Turbinenwelle 1 ist Teil einer nicht näher dargestellten Dampfturbine. Diese Dampfturbine umfasst ein Gehäuse, wobei innerhalb des Gehäuses die Einspritzdüsen 6 zum Einspritzen des Wassers 5 angeordnet sind. Die Lage der Einspritzdüsen 6 und die Strömungsmenge an warmen Wasser 5 sollte geeignet gewählt werden, damit der Wärmeübertragungskoeffizient optimal ist. Des Weiteren weist die Dampfturbine Gehäuseentwässerun- gen auf, die derart ausgebildet sind, dass im Gehäuse befindliches Wasser abfließen kann. Diese Gehäuseentwässerungen sind während des Erwärmprozesses geöffnet, damit das Wasser abfließen kann. The turbine shaft 1 is part of a steam turbine, not shown. This steam turbine comprises a housing, wherein the injection nozzles 6 are arranged for injecting the water 5 within the housing. The position of the injectors 6 and the flow rate of hot water 5 should be selected appropriately so that the heat transfer coefficient is optimal. Furthermore, the steam turbine housing drainages, which are designed such that in the housing located water can flow. These drain casings are opened during the heating process so that the water can drain off.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Erwärmung einer Turbinenwelle (1), wobei die Turbinenwelle (1) durch Wassereinspritzung mittels flüssigen Wassers erwärmt wird.A method of heating a turbine shaft (1), wherein the turbine shaft (1) is heated by water injection by means of liquid water.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Turbinenwelle (1) während der Wassereinspritzung um ihre Rotationsachse rotiert.2. The method of claim 1, wherein the turbine shaft rotates (1) during the injection of water about its axis of rotation.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Wasser (5) Temperaturwerte zwischen 1000C und 3500C aufweist.3. The method of claim 2, wherein the water (5) has temperature values between 100 0 C and 350 0 C.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Turbinenwelle (1) vor dem Anstoßen durch die Wassereinspritzung erwärmt wird.4. The method of claim 1, 2 or 3, wherein the turbine shaft (1) is heated prior to the impact by the water injection.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei die Turbinenwelle (1) durch die Wassereinspritzung erwärmt wird, bis eine maximale Anwärmdrehzahl erreicht wird.5. The method of claim 1, 2 or 3, wherein the turbine shaft (1) is heated by the water injection until a maximum Anwärmdrehzahl is reached.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die maximale Anwärmdrehzahl Werte zwischen 8 Hz und 25 Hz annimmt.6. The method of claim 5, wherein the maximum heating speed assumes values between 8 Hz and 25 Hz.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das warme Wasser (5) aus einer Vorwärmstrecke entnommen wird.7. The method according to any one of the preceding claims, wherein the warm water (5) is removed from a preheating.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das warme Wasser (5) aus einer Speisepumpe entnommen wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the warm water (5) is removed from a feed pump.
9. Dampfturbine umfassend eine Turbinenwelle (1) mit einer Turbinenwellenoberflache und Vorrichtung zur Einspritzung von flüssigem Wasser (5) auf die Turbinenwellenoberflache .A steam turbine comprising a turbine shaft (1) having a turbine shaft surface and apparatus for injecting liquid water (5) onto the turbine shaft surface.
10. Dampfturbine nach Anspruch 9, umfassend ein Gehäuse, wobei innerhalb des Gehäuses Einspritzdüsen (6) zum Einspritzen des Wassers (5) angeordnet sind. 10. Steam turbine according to claim 9, comprising a housing, wherein within the housing injection nozzles (6) for injecting the water (5) are arranged.
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