WO2016096336A1 - Hilfsdampferzeugung - Google Patents

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WO2016096336A1
WO2016096336A1 PCT/EP2015/077490 EP2015077490W WO2016096336A1 WO 2016096336 A1 WO2016096336 A1 WO 2016096336A1 EP 2015077490 W EP2015077490 W EP 2015077490W WO 2016096336 A1 WO2016096336 A1 WO 2016096336A1
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WO
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line
steam
pump
arrangement
pressure
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Application number
PCT/EP2015/077490
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Inventor
Stefan Becker
Erich Schmid
Johannes WALZIK
Dennis FREUND
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
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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
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for auxiliary steam generation in a power plant and a power plant.
  • the invention further relates to a method for generating auxiliary steam in a power plant.
  • the competitiveness of fossil-fired Kraftwerksan ⁇ lay is in direct connection with the liberalization of electricity markets, the influence by the energy turnaround in Germany and from this changed market situation in the field of power generation and delivery. The cause of this development in Germany, the state ⁇ Liche promotion by the Renewable Energy Sources Act (EEG) is mentioned.
  • the warming of the power plant or the heat recovery steam generator during a plant standstill is usually ⁇ way a fossil-fired auxiliary steam generator (usually natural gas or fuel oil) or an external auxiliary ⁇ steam supply (eg adjacent industrial plant) to the necessary antifreeze and conservation measures for the heat recovery steam generator to ensure.
  • auxiliary steam generator usually natural gas or fuel oil
  • auxiliary ⁇ steam supply eg adjacent industrial plant
  • auxiliary steam generator also takes over the supply of the building heating as well as the provision of the necessary sealing steam for starting the power plant and the steam turbine. Due to the changing trend in electricity and gas prices, electric auxiliary steam generators are currently being increasingly used.
  • the object of the invention is to further develop said device and said method, so that auxiliary steam can be generated as simply and inexpensively as possible.
  • the invention solves the addressed to the device Aufga ⁇ be by providing that, in an arrangement for auxiliary ⁇ steam generation in a power plant, the arrangement environmentally collectively branches off a pump having an opening into the pump inlet ⁇ line and a branching off from the pump pressure line, a return line from the pressure line and opens at an opening point in the feed line, so that a circuit consisting of the part of the pressure pipe from the pump to is formed to branch off the return line, the return line itself and a part of the feed line from the point of discharge to the pump, and a branch line branches off from the circuit and opens into a relaxation container.
  • a circulation operation of, for example, a feed water pump depending on the mechanical seal used, there may be a limitation of the operating temperature, eg 160 ° C or 200 ° C
  • the electrical drive energy introduced in the case of larger systems, this can be on the order of 1 MW e i) are delivered in the form of heat to the water flowing through, and thus, depending on the volume of the circulating water, this heated more or less quickly.
  • This water is then introduced into a flash tank (hot water expander).
  • a flash tank hot water expander
  • the pressure reduction of the hot water leads to a flash evaporation, whereby a portion of the amount of water in the flash tank evaporates.
  • the branch line branches off between the discharge point of the return line and the pump from the supply line.
  • a fitting for adjusting a quantity of fluid in the pressure line and the return line is provided at the branch of the return line from the pressure line.
  • the circulated water volume can be kept low and a rapid heating can be achieved.
  • a minimum quantity line be designed such that the entire minimum ⁇ amount is returned to the inlet line of the pump.
  • Liche pumps are used principally for heating the water. Due to the performance, however, it is advantageous if the pump is a feedwater pump.
  • the object directed to a power plant is achieved in that in a power plant with a water-steam cycle, in addition to the arrangement also connected a low-pressure steam drum, one of the expansion tank of the arrangement branches off condensate line in the low-pressure steam drum, which is an advantageous Alternati ⁇ ve for the return of the condensate in the cycle represents ⁇ .
  • a condensate line branching off from the expansion tank opens into a starting expansion tank and the condensate is discarded.
  • Such start-up expansion tanks must be installed in steamer generating plants always be provided to allow around the start of steam consumers (z. B. steam turbine) or the switching on of a boiler to an in-service steam ⁇ rail safely.
  • Zuschalt-, Anfahr- or Hochfahrphasen as they occur especially in power plants to cover the daily peak demand frequently, if necessary, excess hot steam
  • the abzwei ⁇ constricting from the flash tank vapor line opens into an auxiliary steam line.
  • the steam generated by the expansion process can then be used to supply the steam turbine in the event of startup of the system with sealing steam. It can also be used during the plant shutdown as steam for the heat retention or pressure maintenance of the heat recovery steam generator, so that the heat losses during a plant standstill replaced and the temperature in the interior to, for example, above 130 ° C ge ⁇ kept.
  • the object directed to a method is achieved by a method for generating auxiliary steam in a power plant, wherein water is heated by circulating a pump and the heated water is subsequently expanded, whereby steam is formed.
  • a method for generating auxiliary steam in a power plant wherein water is heated by circulating a pump and the heated water is subsequently expanded, whereby steam is formed.
  • remaining in the relaxation of condensate pump is fed back.
  • the water is feed water and condensate remaining in the expansion is then fed to a low-pressure steam drum.
  • the water is feed water and condensate remaining in the relaxation a Anfahrentwoods employer a heat recovery steam generator is supplied.
  • the generated steam is used as a sealing steam in a steam turbine.
  • the steam is used for keeping warm or pressure holding a heat recovery steam generator.
  • the temperature and / or amount of the steam are regulated. If necessary, the feed pumps ⁇ performance can also be increased accordingly, if the circuit is chosen so that a flow amount is increased supplied by an additional circulation pipe. If speed-controlled feedwater pumps are available in the power plant, there is the possibility of the required heat input for the auxiliary steam generation or hot keeping of the
  • Heat recovery steam generator according to the required heat requirement to vary.
  • neither method nor the device are limited to a single pump and it can be activated if required further before ⁇ handene pumps.
  • many systems in power plants are redundantly designed without ⁇ , so that the connection of other pumps should be possible if needed.
  • either the auxiliary steam generator can be dispensed with, the capacity of the installed auxiliary steam generator and thus the investment costs can be reduced or the auxiliary steam capacity can be additionally increased.
  • the generated auxiliary steam can be used for the heat retention of the heat recovery steam generator during the plant standstill, for a more flexible or faster restart of the power plant, whereby fuel costs can be saved and, in particular, during the keeping of the hot water
  • Heat recovery steam generator the fatigue of the thick-walled components of the waste heat steam generator are reduced.
  • the number of operating hours of the installed feed water pumps can be increased and thus in particular a continuous pump operation as well as the functionality and availability can be increased.
  • Reheat heat recovery steam generator in times of favorable flow (economic optimization of the hot-keeping).
  • Figure 1 shows a first embodiment of an arrangement for
  • Figure 2 shows a power plant with an arrangement for
  • FIG. 3 shows an alternative power plant with a Anord ⁇ tion for auxiliary steam generation
  • Figure 4 shows a method for generating auxiliary steam in a power plant.
  • the arrangement 1 shows schematically and by way of example a first embodiment of an arrangement 1 for auxiliary steam generation.
  • the arrangement 1 comprises a pump 3, for example a feedwater pump 3, or, as in the present case of FIG. 1, two feedwater pumps 3 connected in parallel.
  • a feed line 4 opens
  • Pressure line 5 branches off from the pump 3. For several pumps 3 corresponding branches are provided.
  • a return line 6 branches off from the pressure line 5 and opens at an outlet point 7 in the feed line 4, so that a circuit 8, consisting of the part of the pressure line 5 from the pump 3 to a branch 9 of the return line 6, the Return line 6 itself and a part of the feed line 4 from the mouth point 7 to the pump 3, is formed.
  • a branch line 10 branches off from the circuit 8 and opens into a flash tank 11.
  • branch line 10 branches off the branch line 10 between the discharge point 7 of the return line 6 and the pump 3 from the supply line 4, ie the branch is on the pump suction side, where a comparatively clotting ⁇ ger system pressure is present, so that the throttle member 21 can be designed in the branch line 10 for a comparatively low pressure loss, which saves costs.
  • the condensate line 14 opens into the supply line 4.
  • the steam generated can be used via the steam line 14 during a plant standstill for keeping warm system components or in the case of restarting the system from cold state as sealing steam for a steam turbine be ⁇ reitrat ,
  • FIG. 2 shows schematically and greatly simplified an exemplary embodiment of a power plant 2 with an arrangement 1 for generating auxiliary steam.
  • the power plant 2 of Figure 2 is a gas and steam turbine plant.
  • a gas turbine (not shown) is connected to the heat recovery steam generator 19, which is provided for generating the operating steam of the steam turbine 20 from Ab ⁇ heat of the gas turbine.
  • the still about 550 to 650 ° C hot exhaust gases of the gas turbine are fed to the heat recovery steam generator 19, flow through this from the exhaust gas inlet to the exhaust outlet and leave the heat recovery steam generator 19 in the direction of a fireplace, not shown.
  • the hot exhaust gases of the gas turbine supply their heat to a high pressure superheater 22, a high pressure evaporator 23, a high pressure preheater 24, then a medium pressure superheater 25, a medium pressure evaporator 26, a medium pressure preheater 27, then a low pressure superheater 28, a low-pressure evaporator 29 and finally a condensate preheater 30th
  • Superheated steam in the waste heat steam generator 19 is supplied to the steam turbine 20 and is released there by performing mechanical work.
  • the relaxed in the steam turbine 20 steam is then condensed in the condenser 31, and the resulting condensate is a condensate pump 32 after heating in the condensate preheater 30 directly to the low pressure steam system or via a feedwater pump 3 - and provided by the ⁇ ser with appropriate pressure - the medium pressure steam - fed to the system or the high-pressure steam system, where the condensate is evaporated.
  • a steam generation and overheating ⁇ wetting the steam is again supplied to the steam turbine 20 for expansion and performance of mechanical work, so that a water-steam circuit 15 is formed.
  • the high-pressure evaporator 23 is in the example of Figure 2 a
  • the medium pressure evaporator 26 opens into a medium pressure steam drum 34 and the low ⁇ pressure evaporator 29 opens into a low pressure steam drum 16.
  • the medium pressure evaporator 26 opens into a medium pressure steam drum 34 and the low ⁇ pressure evaporator 29 opens into a low pressure steam drum 16.
  • In the embodiment of Figure 2 opens from the expansion tank 11 of the arrangement 1 branching condensate line 15 in just this low-pressure steam drum 16th
  • the condensate line 15 branching off from the expansion tank 11 opens into a starting relaxation tank 17, which otherwise starts steam consumers or also connects a steam generator
  • Heat recovery steam generator on an operating steam rail safely allows and in which the resulting vapor is discharged and blown off into the atmosphere.
  • the steam line 14 branching off from the expansion tank 11 in FIGS. 2 and 3 opens into an auxiliary steam rail 18.
  • FIG. 4 shows the process for generating auxiliary steam in a stationary power plant installation, in which, in a first Step 35 is heated by circulating a pump 3 and in a second step 36, the heated water is released, whereby steam is formed.
  • a third step 37 of a first variant the condensate remaining in the expansion of the pump 3 is supplied to ⁇ .
  • a third step 38 a second variant, the residual in the condensate of a low-relaxation ⁇ -pressure steam drum 16 is supplied.
  • a third variant of the residual in the condensate is a relaxation start-expansion vessel 17 of a heat recovery steam generator 19 fed ⁇ leads.
  • the steam is used either as sealing steam in a steam turbine 20 40, or for the heat retention or pressure maintenance 41 of a heat recovery steam generator 19.
  • the temperature and / or amount of the steam are regulated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur Hilfsdampferzeugung in einer Kraftwerksanlage (2), die Anordnung (1) umfassend eine Pumpe (3) mit einer in die Pumpe (3) mündenden Zulaufleitung (4) und einer von der Pumpe (3) abzweigenden Druckleitung (5), wobei eine Rückführungsleitung (6) von der Druckleitung (5) abzweigt und an einer Mündungsstelle (7) in die Zulaufleitung (4) mündet, so dass ein Kreislauf (8), bestehend aus dem Teil der Druckleitung (5) von der Pumpe (3) bis zur Abzweigung (9) der Rückführungsleitung (6), der Rückführungsleitung (6) selbst und einem Teil der Zulaufleitung (4) von der Mündungsstelle (7) bis zur Pumpe (3), gebildet wird und eine Zweigleitung (10) vom Kreislauf (8) abzweigt und in einen Entspannungsbehälter (11) mündet. Die Erfindung betrifft ferner eine Kraftwerksanlage (2), sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer Kraftwerksanlage (2).

Description

Beschreibung
Hilfsdampferzeugung Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Hilfsdampferzeugung in einer Kraftwerksanlage sowie eine Kraftwerksanlage. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer Kraftwerksanlage. Die Wettbewerbsfähigkeit von fossil befeuerten Kraftwerksan¬ lagen steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der Liberalisierung der Strommärkte, dem Einfluss durch die Energiewende in Deutschland und der hieraus veränderten Marktsituation im Bereich der Stromerzeugung und -bereitstellung . Als Ursache für diese Entwicklung ist in Deutschland vor allem die staat¬ liche Förderung durch das Erneuerbare-Energie-Gesetz (EEG) zu nennen .
Der damit verbundene verstärkte Ausbau von regenerativen Energien, sowie die steigende Einspeisekapazität der regene¬ rativen Energien in Deutschland führen dazu, dass GUD-Kraft- werke im Hinblick auf die Stromgestehungskosten und ihren wirtschaftlichen Betrieb immer weiter zurückgedrängt werden. Folglich reduziert sich die Marktbeteiligung von fossil be- feuerten Kraftwerken an der Stromerzeugung in Deutschland und Europa zunehmend. Insbesondere die Energieerzeugungsunterneh¬ men und die Kraftwerksbetreiber von GUD-Kraftwerken werden mit den sich veränderten Randbedingungen im Strommarkt konfrontiert und reagieren entsprechend unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen Aspekte, mit dem verminderten Einsatz ihrer hocheffizienten GUD-Anlagen. Viele dieser fossil befeuerten Kraftwerke werden folglich häufig nur noch in Teil- Last, als Reservekraftwerke, für wenige hundert Stunden im Jahr betrieben oder aber vollständig außer Betrieb genommen und von den Betreibern für die Stromerzeugung abgemeldet.
Resultierend aus den deutlich längeren Stillstandzeit dieser Kraftwerke gewinnen Anforderungen wie hohe Betriebs- und An- lagenflexibilität , d.h. schnelles Abfahren oder Hochfahren bis auf volle Blockleistung, zunehmend an Bedeutung, um beispielsweise kurzfristig die benötigte Leistungsreserve zum Ausgleich von Einspeiseschwankungen und Netzstabilisierung bereitzustellen.
Um fossil befeuerte Kraftwerke im Hinblick auf die veränder¬ ten Marktanforderungen wieder stärker an der Energieerzeugung zu beteiligen, müssen diese Kraftwerksanlagen dazu befähigt werden, beispielsweise die erzeugten Stromüberschüsse aus den regenerativen Energien aufnehmen zu können. Durch die Speicherung bzw. Umwandlung der vorhandenen Stromüberschüsse in Form von Wärmenergie z.B. für die Warmhaltung der Kraftwerksanlagen, kann die bereits erzeugte Energie sinnvoll weiter verwendet werden (=> Stichwort „Power to Heat") . Die zusätz¬ liche Wärmespeicher- bzw. Stromaufnahmefähigkeit führt folg¬ lich dazu, dass die bestehenden Kraftwerksanlagen die o.g. Flexibilitätsanforderungen besser erfüllen und sich gleichzeig die Wettbewerbsfähigkeit erhöhen lässt. Die Speicherung der elektrischen Stromüberschüsse in Form von Wärme bzw. der Einsatz von elektrischer Energie (=> Nutzung negativer Strompreiseffekte) zur Warmhaltung von Kraftwerksanlagen oder zur Hilfsdampferzeugung kann als eine „virtuelle Methanisierung" verstanden werden. Hierdurch kann eine deutliche Brennstoff- reduktion und eine damit verbundene Effizienzsteigerung der fossilbefeuerten Kraftwerksanlagen erreicht werden.
Um besser auf die beschriebenen Marktanforderungen zu reagieren und die Schnellstartfähigkeit von Kraftwerksanlagen aus dem kalten Anlagenstillstandes zu gewährleisten, müssen entsprechende Vorkehrungen und Maßnahmen ergriffen werden.
Damit soll ein weitgehendes Auskühlen der wesentlichen Kraft¬ werkskomponenten (Abhitzedampferzeuger, Frischdampfleitungen, Dampfturbine) verhindert werden, da sonst die Block-Anfahr- zeiten lang und damit auch die Anfahrverluste ansteigen sowie ein Anfahren für eine kurze Betriebszeit unrentabel wird. Dies erfordert in der Regel einen zusätzlichen anlagentechnischen Aufwand, der sich auch in beträchtlichem Maße in einem erhöhten Kostenaufwand niederschlägt, was letztendlich eben¬ falls zu einer größeren Anlagenkomplexität führt. Daher soll- te nach Lösungen mit minimalem Aufwand, unter Verwendung bereits vorhandener Komponenten sowie einfachem Betrieb der Systeme gesucht werden. Im Fokus steht dabei insbesondere der Aspekt der Nachrüstbarkeit für bestehende Kraftwerksanlagen. Die Warmhaltung der Kraftwerksanlage bzw. des Abhitzedampferzeugers während eines Anlagenstillstandes erfolgt üblicher¬ weise über einen fossil befeuerten Hilfsdampferzeuger (üblicherweise Erdgas oder Heizöl) bzw. über eine externe Hilfs¬ dampfVersorgung (z.B. benachbarte Industrieanlage), um die erforderlichen Frostschutz- und Konservierungsmaßnahmen für den Abhitzedampferzeuger zu gewährleisten.
Neben dieser Aufgabe übernimmt der Hilfsdampferzeuger ebenfalls die Versorgung der Gebäudeheizung sowie die Bereitstel- lung des erforderlichen Sperrdampfs zum Anfahren der Kraftwerksanlage und der Dampfturbine. Aufgrund der sich veränder¬ ten Strom -und Gaspreisentwicklung werden aktuell verstärkt auch elektrische Hilfsdampferzeuger eingesetzt. Aufgabe der Erfindung ist es, die genannte Vorrichtung und das genannte Verfahren weiterzuentwickeln, so dass möglichst einfach und kostengünstig Hilfsdampf erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäß wird die auf die Vorrichtung gerichtete Auf- gäbe gelöst durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe wird durch das Verfahren ge¬ mäß Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen definiert .
Die Erfindung löst die auf die Vorrichtung gerichtete Aufga¬ be, indem sie vorsieht, dass bei einer Anordnung zur Hilfs¬ dampferzeugung in einer Kraftwerksanlage, die Anordnung um- fassend eine Pumpe mit einer in die Pumpe mündenden Zulauf¬ leitung und einer von der Pumpe abzweigenden Druckleitung, eine Rückführungsleitung von der Druckleitung abzweigt und an einer Mündungsstelle in die Zulaufleitung mündet, so dass ein Kreislauf, bestehend aus dem Teil der Druckleitung von der Pumpe bis zur Abzweigung der Rückführungsleitung, der Rückführungsleitung selbst und einem Teil der Zulaufleitung von der Mündungsstelle bis zur Pumpe, gebildet wird und eine Zweigleitung vom Kreislauf abzweigt und in einen Entspan- nungsbehälter mündet.
Damit kann nun während des Anlagenstillstandes durch einen Zirkulationsbetrieb einer oder mehrerer Pumpen Wasser erhitzt werden. Während des Zirkulationsbetriebes beispielsweise ei- ner Speisewasserpumpe (je nach verwendeter Gleitringdichtung kann es eine Begrenzung der Betriebstemperatur geben, z.B. 160°C oder 200°C) wird die eingebrachte elektrische Antriebs- Energie (bei größeren Anlagen kann das in der Größenordnung von 1 MWei liegen) in Form von Wärme an das durchströmende Wasser abgegeben und somit wird je nach Volumen des umgewälzten Wassers, dieses mehr oder weniger schnell erhitzt.
Dieses Wasser wird anschließend in einen Entspannungsbehälter (Heißwasser-Entspanner) eingeleitet. Die Druckabsenkung des heißen Wassers führt zu einer Entspannungsverdampfung, wodurch ein Teil der im Entspannungsbehälter befindlichen Wassermenge verdampft.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zweigt die Zweigleitung zwischen der Mündungsstelle der Rückführungsleitung und der Pumpe von der Zulaufleitung ab.
Dadurch kann eine Teilmenge des erwärmten Wassers von der Pumpensaugseite abgezweigt werden, was insbesondere eine Kos- tenersparnis darstellt, da hier ein geringerer Systemdruck vorliegt und somit das für die Abzweigung benötigte Drossel¬ organ für nicht so hohen Druckabbau ausgelegt werden muss. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist eine Armatur zur Einstellung einer Fluidmenge in Druckleitung und Rückführungsleitung am Abzweig der Rückführungsleitung von der Druckleitung vorgesehen. Damit kann das umgewälzte Was- servolumen gering gehalten und eine zügige Aufheizung erreicht werden. Es kann beispielsweise aber auch eine Mindest- mengenleitung so gestaltet werden, dass die gesamte Mindest¬ menge zur Zulaufleitung der Pumpe zurückgeführt wird. Jeden¬ falls wird über eine solche Mindestmengenleitung und/oder ei- ne entsprechende Regelung durch die Armatur, z.B. ein Drei- Wege-Ventil, im Kreislaufbetrieb der Pumpe das betreffende Wasservolumen schnell erhitzt.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn vom Entspannungsbehälter eine Dampfleitung und eine Kondensatleitung abzweigen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Kondensatleitung in die Zulauf¬ leitung mündet, da Kondensat dem Kreislauf wieder zugeführt werden kann.
Prinzipiell können für die Erwärmung des Wassers unterschied¬ liche Pumpen verwendet werden. Aufgrund der Leistung ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Pumpe eine Speisewasserpumpe ist .
Die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Kraftwerksanlage mit einem Wasser- Dampf-Kreislauf, in den neben der Anordnung ferner eine Niederdruckdampftrommel geschaltet ist, eine vom Entspannungsbe- hälter der Anordnung abzweigende Kondensatleitung in die Niederdruckdampftrommel mündet, was eine vorteilhafte Alternati¬ ve für die Rückführung des Kondensats in den Kreislauf dar¬ stellt . In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform mündet eine vom Entspannungsbehälter abzweigende Kondensatleitung in einen Anfahrentspannungsbehälter und das Kondensat wird verworfen. Derartige Anfahrentspannungsbehälter müssen in Dampfer- zeugungsanlagen stets vorgesehen sein, um etwa das Anfahren von DampfVerbrauchern (z. B. Dampfturbine) oder auch das Zuschalten eines Kessels auf eine in Betrieb befindliche Dampf¬ schiene sicher zu ermöglichen. Während solcher Zuschalt-, An- fahr- oder Hochfahrphasen, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen zur Deckung des täglichen Spitzenbedarfs häufig auftreten, kann im Bedarfsfall überschüssiger Heißdampf
(überhitzter Dampf) abgeleitet werden. Hierzu ist es üblich, den unter oftmals hohem Druck stehenden Heißdampf in Entspan- nungsbehälter einzuleiten und von dort in die Atmosphäre abzublasen .
Zweckmäßigerweise mündet die vom Entspannungsbehälter abzwei¬ gende Dampfleitung in eine Hilfsdampfschiene . Der durch den Entspannungsvorgang erzeugte Dampf kann dann dazu verwendet werden, die Dampfturbine im Falle eines Anfahrens der Anlage mit Sperrdampf zu versorgen. Er kann während des Anlagenstillstands auch als Dampf für die Warmhaltung bzw. Druckhaltung des Abhitzedampferzeugers verwendetet werden, sodass die Wärmeverluste während eines Anlagenstillstandes ersetzt und die Temperatur im Innenraum auf beispielsweise über 130°C ge¬ halten werden könnten.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer Kraftwerksanlage, wobei Wasser durch Kreislaufbetrieb einer Pumpe erwärmt wird und das erwärmte Wasser anschließend entspannt wird, wodurch Dampf entsteht. Vorteilhafter Weise wird bei der Entspannung zurückbleibendes Kondensat der Pumpe wieder zugeführt.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn das Wasser Speisewasser ist und bei der Entspannung zurückbleibendes Kondensat an- schließend einer Niederdruckdampftrommel zugeführt wird.
Alternativ kann es vorteilhaft sein, wenn das Wasser Speisewasser ist und bei der Entspannung zurückbleibendes Kondensat einem Anfahrentspannungsbehälter eines Abhitzedampferzeugers zugeführt wird.
Zweckmäßigerweise wird der erzeugte Dampf als Sperrdampf in einer Dampfturbine verwendet.
Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, wenn der Dampf für die Warmhaltung bzw. Druckhaltung eines Abhitzedampferzeugers verwendet wird.
Es ist vorteilhaft, wenn Temperatur und/oder Menge des Dampfes geregelt werden. Falls notwendig, kann die Speisepumpen¬ leistung auch entsprechend erhöht werden, wenn die Schaltung so gewählt wird, dass eine Durchströmungsmenge durch eine zu- sätzliche Kreislaufleitung vergrößert wird. Stehen in der Kraftwerksanlage drehzahlgeregelte Speisewasserpumpen zur Verfügung, besteht die Möglichkeit den erforderlichen Wärmeintrag zur Hilfsdampferzeugung bzw. Warmhaltung des
Abhitzedampferzeugers entsprechend dem erforderlichen Wärme- bedarf zu variieren.
Schließlich ist es zweckmäßig, wenn das Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf durchgeführt wird, insbesondere wenn die Kraftwerksanlage still steht.
Natürlich sind weder Verfahren noch Vorrichtung auf eine einzige Pumpe beschränkt und es können bei Bedarf weitere vor¬ handene Pumpen zugeschaltet werden. Typischerweise sind ohne¬ hin viele Systeme in Kraftwerksanlagen redundant ausgelegt, so dass die Zuschaltung weiterer Pumpen bei Bedarf möglich sein sollte.
Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. die Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann entweder der Hilfsdampfer- zeuger entfallen, die Kapazität des installierten Hilfsdampferzeugers und damit die Investitionskosten reduziert oder aber die Hilfsdampfkapazität zusätzlich erhöht werden. Ferner kann der erzeugte Hilfsdampf für die Warmhaltung des Abhitzedampferzeugers während des Anlagenstillstandes, zum flexibleren bzw. schnelleren Wiederanfahren der Kraftwerksanlage verwendet werden, wodurch sich Brennstoffkosten einspa- ren lassen und insbesondere während der Warmhaltung des
Abhitzedampferzeugers die Ermüdung der dickwandigen Bauteile des Abhitze-Dampferzeugers vermindert werden.
Zusätzlich kann die beschriebene alternative Hilfsdampferzeu- gung mittels Kreislaufverfahren als Frostschutz- und Konservierungsmaßnahme angewandt werden.
Bei häufigen und längeren Anlagenstillständen kann die Betriebsstundenzahl der installierten Speisewasserpumpen erhöht werden und dadurch insbesondere ein kontinuierlicher Pumpenbetrieb sowie die Funktionalität bzw. Verfügbarkeit erhöht werden .
In Abhängigkeit des Strompreises und zur Nutzung eventueller negativer Strompreise, kann die Pumpenleistung (Pumpe mit
Drehzahlregelung) entsprechend angepasst bzw. ein intermit¬ tierender Pumpenbetrieb durchgeführt werden, um den
Abhitzedampferzeuger in Zeiten günstigen Stromes aufzuheizen (wirtschaftliche Optimierung der Warmhaltung) .
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
Figur 1 eine erste Ausführungsform einer Anordnung zur
Hilfsdampferzeugung,
Figur 2 eine Kraftwerksanlage mit einer Anordnung zur
Hilfsdampferzeugung, Figur 3 eine alternative Kraftwerksanlage mit einer Anord¬ nung zur Hilfsdampferzeugung und Figur 4 ein Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer Kraftwerksanlage .
Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine erste Ausführungsform einer Anordnung 1 zur Hilfsdampferzeugung . Die Anordnung 1 umfasst eine Pumpe 3, beispielsweise eine Speisewasserpumpe 3, oder wie im vorliegenden Fall der Figur 1 zwei parallel geschaltete Speisewasserpumpen 3. In eine solche Pumpe 3 mündet eine Zulaufleitung 4, eine
Druckleitung 5 zweigt von der Pumpe 3 ab. Bei mehreren Pumpen 3 sind entsprechende Verzweigungen vorgesehen.
Nach der Erfindung zweigt eine Rückführungsleitung 6 von der Druckleitung 5 ab und mündet an einer Mündungsstelle 7 in die Zulaufleitung 4, so dass ein Kreislauf 8, bestehend aus dem Teil der Druckleitung 5 von der Pumpe 3 bis zu einer Abzweigung 9 der Rückführungsleitung 6, der Rückführungsleitung 6 selbst und einem Teil der Zulaufleitung 4 von der Mündungs- stelle 7 bis zur Pumpe 3, gebildet wird.
Eine Zweigleitung 10 zweigt vom Kreislauf 8 ab und mündet in einen Entspannungsbehälter 11. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 zweigt die Zweigleitung 10 zwischen der Mündungsstelle 7 der Rückführungsleitung 6 und der Pumpe 3 von der Zulaufleitung 4 ab, d.h. der Abzweig liegt auf der Pumpensaugseite, wo ein vergleichsweise gerin¬ ger Systemdruck vorliegt, so dass das Drosselorgan 21 in der Zweigleitung 10 für einen vergleichsweise niedrigen Druckabbau ausgelegt werden kann, was Kosten spart.
Mit den Armaturen 12 am Abzweig 9 der Rückführungsleitungen 6 von den Druckleitungen 5 kann die zirkulierte Fluidmenge ein- gestellt werden. Damit kann auch bei Kaltstart-Bedingungen der Anlage möglichst schnell Sperrdampf zum Start der Dampf¬ turbine bereitgestellt werden, indem das aufzuheizende Spei¬ sewasser volumenmäßig vergleichsweise klein gehalten wird. Durch die Abzweigung eines Teilmassenstroms des erwärmten Speisewassers aus dem Kreislaufbetrieb sowie die anschließen¬ de Einleitung in einen Entspannungsbehälter 11 kann eine unmittelbare Dampferzeugung erreicht werden.
Vom Entspannungsbehälter 11 zweigen eine Dampfleitung 13 und eine Kondensatleitung 14 ab. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 mündet die Kondensatleitung 14 in die Zulaufleitung 4. Der erzeugte Dampf kann über die Dampfleitung 14 während eines Anlagenstillstands zur Warmhaltung von Anlagenkomponenten verwendet oder aber im Falle eines Wiederanfahrens der Anlage aus kaltem Zustand als Sperrdampf für eine Dampfturbine be¬ reitgestellt werden.
Die Figur 2 zeigt schematisch und stark vereinfacht ein Aus¬ führungsbeispiel einer Kraftwerksanlage 2 mit einer Anordnung 1 zur Hilfsdampferzeugung . Die Kraftwerksanlage 2 der Figur 2 ist eine Gas- und Dampfturbinenanlage . Eine Gasturbine (nicht gezeigt) ist mit dem Abhitzedampferzeuger 19 verbunden, der zur Erzeugung des Betriebsdampfs der Dampfturbine 20 aus Ab¬ wärme der Gasturbine vorgesehen ist.
Die noch etwa 550 bis 650°C heißen Abgase der Gasturbine wer- den dem Abhitzedampferzeuger 19 zugeführt, durchströmen diesen vom Abgaseingang bis zum Abgasausgang und verlassen den Abhitzedampferzeuger 19 in Richtung auf einen nicht näher dargestellten Kamin. Auf ihrem Weg durch den Abhitzedampferzeuger 19 führen die heißen Abgase der Gasturbine ihre Wärme einem Hochdrucküberhitzer 22 zu, des weiteren einem Hochdruckverdampfer 23, einem Hochdruckvorwärmer 24, dann einem Mitteldrucküberhitzer 25, einem Mitteldruckverdampfer 26, einem Mitteldruckvorwär- mer 27, dann einem Niederdrucküberhitzer 28, einem Niederdruckverdampfer 29 und schließlich einem Kondensatvorwärmer 30. Im Abhitzedampferzeuger 19 überhitzter Dampf wird der Dampfturbine 20 zugeführt und dort unter Verrichtung mechanischer Arbeit entspannt. Der in der Dampfturbine 20 entspannte Dampf wird anschließend im Kondensator 31 kondensiert, und das so entstehende Kondensat wird über eine Kondensatpumpe 32 nach Erwärmung im Kondensatvorwärmer 30 direkt dem Niederdruckdampfsystem oder über eine Speisewasserpumpe 3 - und von die¬ ser mit entsprechendem Druck versehen - dem Mitteldruckdampf- System oder dem HochdruckdampfSystem zugeführt, wo das Kon- densat verdampft wird. Nach einer Dampferzeugung und Überhit¬ zung wird der Dampf wieder der Dampfturbine 20 zur Entspannung und Verrichtung mechanischer Arbeit zugeführt, so dass ein Wasser-Dampf-Kreislauf 15 gebildet wird. Dem Hochdruckverdampfer 23 ist im Beispiel der Figur 2 ein
Wasserabscheider 33 nachgeschaltet. Der Mitteldruckverdampfer 26 mündet in eine Mitteldruckdampftrommel 34 bzw. der Nieder¬ druckverdampfer 29 mündet in eine Niederdruckdampftrommel 16. In der Ausführungsform der Figur 2 mündet die vom Entspannungsbehälter 11 der Anordnung 1 abzweigende Kondensatleitung 15 in eben diese Niederdruckdampftrommel 16.
Im Unterschied zur Ausführungsform der Figur 2 mündet beim Ausführungsbeispiel der Figur 3 die vom Entspannungsbehälter 11 abzweigende Kondensatleitung 15 in einen Anfahrentspan- nungsbehälter 17, welcher ansonsten das Anfahren von Dampfverbrauchern oder auch das Zuschalten eines
Abhitzedampferzeugers auf eine in Betrieb befindliche Dampf- schiene sicher ermöglicht und in den der dann anfallende Dampf eingeleitet und in die Atmosphäre abgeblasen wird.
Die in den Figuren 2 und 3 vom Entspannungsbehälter 11 abzweigende Dampfleitung 14 mündet in eine Hilfsdampfschiene 18.
Figur 4 zeigt das Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer stillstehenden Kraftwerksanlage, bei dem in einem ers- ten Schritt 35 Wasser durch Kreislaufbetrieb einer Pumpe 3 erwärmt wird und in einem zweiten Schritt 36 das erwärmte Wasser entspannt wird, wobei Dampf entsteht. In einem dritten Schritt 37 einer ersten Variante wird das bei der Entspannung zurückbleibende Kondensat der Pumpe 3 zu¬ geführt .
In einem dritten Schritt 38 einer zweiten Variante wird das bei der Entspannung zurückbleibende Kondensat einer Nieder¬ druckdampftrommel 16 zugeführt.
In einem dritten Schritt 39 einer dritten Variante wird das bei der Entspannung zurückbleibende Kondensat einem Anfahr- entspannungsbehälter 17 eines Abhitzedampferzeugers 19 zuge¬ führt .
In einem vierten Schritt wird der Dampf entweder als Sperrdampf in einer Dampfturbine 20 verwendet 40, oder für die Warmhaltung bzw. Druckhaltung 41 eines Abhitzedampferzeugers 19.
Parallel zu diesen Schritten werden Temperatur und/oder Menge des Dampfes geregelt.

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung (1) zur Hilfsdampferzeugung in einer Kraftwerksanlage
(2), die Anordnung (1) umfassend eine Pumpe
(3) mit einer in die Pumpe (3) mündenden Zulaufleitung
(4) und einer von der Pumpe (3) abzweigenden Druckleitung
(5) , dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückführungslei¬ tung
(6) von der Druckleitung (5) abzweigt und an einer Mündungsstelle
(7) in die Zulaufleitung (4) mündet, so dass ein Kreislauf
(8), bestehend aus dem Teil der Druck¬ leitung (5) von der Pumpe (3) bis zur Abzweigung
(9) der Rückführungsleitung (6), der Rückführungsleitung (6) selbst und einem Teil der Zulaufleitung (4) von der Mündungsstelle (7) bis zur Pumpe (3), gebildet wird und eine Zweigleitung (10) vom Kreislauf (8) abzweigt und in einen Entspannungsbehälter (11) mündet.
2. Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei die Zweigleitung
(10) zwischen der Mündungsstelle (7) der Rückführungslei¬ tung (6) und der Pumpe (3) von der Zulaufleitung (4) abzweigt .
3. Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine Armatur
(12) zur Einstellung einer Fluidmenge in Druckleitung (5) und Rückführungsleitung (6) an der Abzweigung (9) der Rückführungsleitung (6) von der Druckleitung (5) vorgesehen ist.
4. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vom Entspannungsbehälter (11) eine Dampfleitung
(13) und eine Kondensatleitung (14) abzweigen.
5. Anordnung (1) nach Anspruch 4, wobei die Kondensatleitung
(14) in die Zulaufleitung (4) mündet.
6. Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (3) eine Speisewasserpumpe (3) ist.
7. Kraftwerksanlage (2) mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf (15), in den neben der Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ferner eine Niederdruckdampftrommel (16) geschaltet ist, wobei eine vom Entspannungsbehälter (11) der Anordnung (1) abzweigende Kondensatleitung (14) in die Niederdruckdampftrommel (16) mündet.
8. Kraftwerksanlage (2) mit einer Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine vom Entspannungsbehäl¬ ter (11) abzweigende Kondensatleitung (14) in einen An- fahrentspannungsbehälter (17) mündet.
9. Kraftwerksanlage (2) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die vom Entspannungsbehälter (11) abzweigende
Dampfleitung (13) in eine Hilfsdampfschiene (18) mündet.
10. Verfahren zur Erzeugung von Hilfsdampf in einer Kraftwerksanlage (2), dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch Kreislaufbetrieb einer Pumpe (3) erwärmt wird und das erwärmte Wasser entspannt wird, wobei Dampf entsteht.
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei bei der Entspannung
Kondensat zurückbleibt, welches der Pumpe (3) zugeführt wird .
12. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Wasser Speisewasser ist und bei der Entspannung zurückbleibendes Kondensat einer Niederdruckdampftrommel (16) zugeführt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Wasser Speisewasser ist und bei der Entspannung zurückbleibendes Kondensat einem Anfahrentspannungsbehälter (17) eines
Abhitzedampferzeugers (19) zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Dampf als Sperrdampf in einer Dampfturbine (20) verwende wird .
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Dampf für die Warmhaltung bzw. Druckhaltung eines
Abhitzedampferzeugers (19) verwendet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei Temperatur und/oder Menge des Dampfes geregelt werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die Kraftwerksanlage (2) still steht.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100281877A1 (en) * 2009-05-08 2010-11-11 Kabushiki Kaisha Toshiba Single shaft combined cycle power plant start-up method an single shaft combined cycle power plant
WO2013107557A2 (de) * 2012-01-19 2013-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Hilfsdampferzeugersystem für ein kraftwerk

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