WO2021160367A1 - Erneuerung von dampfturbinenanlagen und anlage - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to the retrofitting ("repowering") of existing steam turbine systems and the newly created system as such.
- the existing steam turbine sections are used as combined components that all drive the same generator.
- the existing steam turbine is supplied with steam in the various pressure stages by new HRSG'n. Typically three pressure levels are used in combination. Accordingly, one or more high-pressure steam lines, one or more hot and cold medium-pressure intermediate overheating steam lines and one or more low-pressure steam lines are laid between the HRSG and the existing steam turbine.
- the retrofitting of an existing steam turbine energy generation system includes the separation of high-pressure and optionally medium-pressure and low-pressure parts and the connection of a gas turbine, preferably with an HRSG, so that a combined cycle power plant is available with the new high-pressure steam turbines, which, however, is not in the same shaft as the low-pressure part .
- Hybrid Single Shaft for Steam Turbine Repowering uses the low pressure section of an existing steam turbine and the original steam turbine generator at their existing local location.
- the high pressure part with or without medium pressure part is separated from the low pressure part.
- the high-pressure steam turbine with or without a medium-pressure steam turbine, is located close to the HRSG. It is or are on the same shaft as that of the gas turbine and gas turbine generator and thus forms or forms a separate drive train with the gas turbine and turbine generator of the gas turbine.
- An increased output is achieved when the plant is started up when the separate LP steam turbine (LP low pressure) is already generating electricity while the HP / IP turbine is still being bypassed for preheating purposes.
- the concentrated arrangement of the HRSG and HP / IP steam turbine close together reduces the length of high-alloy pipelines and efficiency losses due to pressure drops.
- the separation of the HP / IP area from the LP steam turbine improves plant flexibility.
- the HP / IP section of the steam turbine can be located near the HRSG and separate from the LP steam turbine, but with its own generator.
- FIG. 1 schematically a system in the starting situation (Fig. 1) and systems according to the invention in Figure 2,
- Figure 1 shows schematically the initial situation.
- a system 1 ' with a steam turbine or a steam turbine set, which has at least one older high-pressure turbine 10', optionally at least one older medium-pressure turbine 13 'connected to it, and an older low-pressure turbine unit (s) 4.
- Such a pure steam turbine set 4, 10 ', 13' is only fired with coal, for example.
- This steam turbine set 4, 10 ', 13' also has an older generator 7, which is operated by the steam turbine set 4, 10 ',
- the older generator 7 has a shaft with the turbines 4,
- the high-pressure turbine 10 'and optionally medium-pressure turbine 13' are replaced by more modern or highly modernized and they are connected to a new gas turbine 16, which then has a combined cycle unit 12 with an HRSG 19 and a further, new or at least newly installed generator 22, that is to say a CCGT according to the prior art.
- This newly created combined cycle unit 12 from gas turbine 16, further generator 22, new high-pressure turbine 10 and optionally new medium-pressure turbine 13, generator 22 are attached to a drive train, with the previous mechanical connection between high-pressure and medium-pressure and low-pressure turbine unit 4 not there is more.
- the older low-pressure part 4 used with its own generator 7 and separate shaft is still used.
- the low-pressure part 4 can also be or be revised (refurbished).
- the low-pressure part 4 is "steam-technically" also connected to the new high-pressure turbine 10 and new medium-pressure turbine 13 and optionally the HRSG 19 of the combined cycle unit 12.
- the invention also relates to a) systems according to Figure 1 without medium pressure turbine or b) a system according to Figure 1 only from medium pressure and low pressure turbine), ie a system 1 'from at least two ver different, in particular three steam turbine types is converted so that one or two steam turbines, which work at higher pressure, are connected to a gas turbine and two or one steam turbine, which works at lower pressure, remain at the original location. Accordingly, only the high-pressure turbine 10 is then moved in case a).
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Abstract
Das Umrüsten einer bestehenden Dampfturbinenenergieerzeugungsanlage beinhaltet die Trennung von Hochdruck- und Niederdruckteil und das Anschließen einer Gasturbine an einem HRSG, so dass mit den neuen Hochdruckdampfturbinen ein GuD-Kraftwerk vorhanden ist, das allerdings nicht in demselben Wellenstrang hängt wie der Niederdruckteil. Das Konzept von "Hybrid Single Shaft for Steam Turbine Repowering" nutzt den Niederdruck-Abschnitt der bestehenden Dampfturbine und des ursprünglichen Dampfturbinengenerators an ihrem gegebenen Standort. Der Hochdruckteil (mit oder ohne Zwischenteil) ist vom Niederdruckteil getrennt. Die Hochdruck-Dampfturbine befindet sich in der Nähe des HRSG. Sie ist auf der gleichen Welle wie die von Gasturbine und Gasturbinen-Generator. Es bildet einen separaten Antriebsstrang mit Gasturbine und Turbinen-Generator der Gasturbine.
Description
Beschreibung
Erneuerung von Dampfturbinenanlagen und Anlage
Die Erfindung betrifft das Umrüsten („Repowering") bestehen der Dampfturbinenanlagen sowie die dadurch neu geschaffene Anlage als solche.
Beim „Repowering" bestehender Dampfturbinenanlagen von einem rein konventionellen Dampfkreislauf zu einer kombinierten Kreislaufanlage (GuD) wird der vorhandene Dampferzeuger durch eine oder mehrere Gasturbinen-Wärme-Rückgewinnungs-Dampfer- zeuger (HRSG) ersetzt. Der in dem HRSG erzeugte Dampf wird der bestehenden Dampfturbine zugeführt. Typischerweise müssen die neuen HRSG aufgrund von Platzmangel weit entfernt von den bestehenden Dampfturbinen liegen. Dementsprechend gibt es lange Dampfleitungen zwischen den einzelnen, neuen HRSG'n und der bestehenden Dampfturbine. Die Hochdruck- und Hochtempe raturleitungen für die Bereiche Hauptdampf und Heißdampf wei sen eine signifikante thermische Ausdehnung auf, sind schwer räumlich anzuordnen, kostspielig und reduzieren das dynami sche Verhalten der Anlage.
Im Stand der Technik des Dampfturbinen-Repowering nutzt man die vorhandenen Dampfturbinenabschnitte als kombinierte Kom ponenten, die alle den gleichen Generator antreiben. Die be stehende Dampfturbine wird von neuen HRSG'n mit Dampf in den verschiedenen Druckstufen versorgt. Typischerweise werden drei Druckstufen in Kombination angewendet. Dementsprechend werden eine oder mehrere Hochdruck-Dampfleitung(en), eine oder mehrere heiße und kalte Mitteldruck-Zwischenüberhit zungsdampfleitungen und eine oder mehrere Niederdruckdampf leitungen zwischen HRSG und der bestehenden Dampfturbine ver legt.
Es sei Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorgehensweise nach An spruch 1 und einer Anlage gemäß Anspruch 3.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden kön nen, um Vorteile zu erzielen.
Das Umrüsten einer bestehenden Dampfturbinenenergieerzeu gungsanlage beinhaltet die Trennung von Hochdruck- sowie optional Mitteldruck und Niederdruckteil und das Anschließen einer Gasturbine vorzugsweise mit einem HRSG, so dass mit den neuen Hochdruckdampfturbinen ein GuD-Kraftwerk vorhanden ist, das allerdings nicht in demselben Wellenstrang hängt wie der Niederdruckteil .
Das Konzept von "Hybrid Single Shaft for Steam Turbine Re- powering" nutzt den Niederdruck-Abschnitt einer bestehenden Dampfturbine und des ursprünglichen Dampfturbinengenerators an ihrem bereits gegebenen lokalen Standort.
Der Hochdruckteil mit oder ohne Mitteldruckteil, wird vom Niederdruckteil getrennt.
Die Hochdruck-Dampfturbine, mit oder ohne Mitteldruck-Dampf turbine wird in der Nähe zum HRSG angeordnet. Sie ist oder sind auf der gleichen Welle wie die von Gasturbine und Gas- turbinen-Generator und bildet oder bilden somit einen separa ten Antriebsstrang mit Gasturbine und Turbinen-Generator der Gasturbine .
Das neue Konzept der "Hybrid-Einzelwelle für das Repowering von Dampfturbinen" reduziert den Abstand zwischen dem HRSG- und HP/IP-Abschnitt (HP = Hochdruck; IP = Mitteldruck) der Dampfturbine und der Länge der Verbindung hochlegierter Rohr leitungen. Dies reduziert die relevanten Materialkosten und die Montagezeit. Es reduziert Druckverluste und verbessert die Anlageneffizienz. Eine erhöhte Leistungsabgabe wird beim Anfahren der Anlage erreicht, wenn die separate ND-Dampftur- bine (ND- Niederdruck) bereits Strom erzeugt, während die HP/IP-Turbine noch für Vorwärmzwecke umgangen wird.
Die konzentrierte Anordnung von HRSG und HP/IP Dampfturbine dicht beieinander reduziert die Länge von hochlegierten Rohr leitungen und Effizienzverluste durch Druckabfall. Die Tren nung des HP/IP-Bereichs von LP-Dampfturbine verbessert die Anlagenflexibilität .
Der HP/IP-Abschnitt der Dampfturbine kann in der Nähe des HRSG und getrennt von der ND-Dampfturbine angeordnet sein, jedoch mit eigenständigem Generator.
Es zeigt die Figur 1 schematisch eine Anlage in der Ausgangs situation (Fig. 1) und erfindungsgemäße Anlagen in Figuren 2,
3.
Die Figur 1 zeigt schematisch die Ausgangssituation.
Es ist eine Anlage 1' mit einer Dampfturbine oder einem Dampfturbinensatz vorhanden, der zumindest eine ältere Hoch druckturbine 10', optional zumindest eine daran angeschlosse ne ältere Mitteldruckturbine 13' sowie eine ältere Nieder druck-Turbineneinheit (en) 4 aufweist.
Solch ein reiner Dampfturbinensatz 4, 10', 13' wird z.B. nur mit Kohle befeuert.
Ebenso weist dieser Dampfturbinensatz 4, 10', 13' einen älte ren Generator 7 auf, der von dem Dampfturbinensatz 4, 10',
13' angetrieben wird und Elektrizität erzeugt.
Der ältere Generator 7 hat eine Welle mit den Turbinen 4,
10', 13' gemeinsam. Die Reihenfolge und Anordnung von Dampf turbinen 4, 10', 13' und Generator 7 ist nur exemplarisch.
Zur Umrüstung auf eine neue Anlage 1 gemäß schematischer Figur 2 werden die Hochdruckturbine 10' und optional Mittel druckturbine 13' durch modernere ersetzt oder hochgradig modernisiert und sie werden an eine neue Gasturbine 16 ange schlossen, die dann eine GuD-Einheit 12 mit einem HRSG 19 und
einem weiteren, neuen oder zumindest neu installiertem Ge nerator 22, also eine GuD nach dem Stand der Technik bilden.
Diese neu geschaffene GuD-Einheit 12 aus Gasturbine 16, wei terem Generator 22, neuer Hochdruckturbine 10 und optional neuer Mitteldruckturbine 13, Generator 22 hängen an einem An triebsstrang, wobei die frühere mechanische Verbindung zwi schen Hochdruck- und Mitteldruck- und Niederdruckturbinen einheit 4 nicht mehr vorhanden ist.
Der ältere benutzte Niederdruckteil 4 mit seinem eigenen Generator 7 und separater Welle wird aber weiterhin genutzt. Der Niederdruckteil 4 kann auch überarbeitet sein oder werden (refurbished).
Der Niederdruckteil 4 wird „dampftechnisch" auch mit neuer Hochdruckturbine 10 und neuer Mitteldruckturbine 13 sowie op tional dem HRSG 19 der GuD-Einheit 12 verbunden.
Ebenso ist es möglich, eine zweite neue Einheit 12' separat zu der ersteren GuD-Einheit 12 anzuschließen (Fig. 3) mit weiterer neuer Gasturbine 16', weiterem neuen Generator 22', weitere neue Hochdruckdampfturbine 11 und/oder weitere neue Mitteldruckturbine 14.
Dampftechnisch sind diese auch an die ältere Niederdrucktur bine 4 angeschlossen, also GuD-Einheiten 12, 12' und Nieder druckturbine 4 bilden eine miteinander verbundene Einheit.
Die Erfindung bezieht sich auch auf a) Anlagen gemäß Figur 1 ohne Mitteldruckturbine oder b) eine Anlage gemäß Figur 1 nur aus Mitteldruck und Nieder druckturbinein), d.h. eine Anlage 1' aus zumindest zwei ver schiedenen, insbesondere drei Dampfturbinentypen wird so umgebaut, dass eine oder zwei Dampfturbinen, die mit höherem Druck arbeiten, an eine Gasturbine angeschlossen werden und zwei oder eine Dampfturbine, die mit niedrigem Druck arbei ten, am ursprünglichen Ort verbleiben.
Demensprechend wird dann im Fall a) nur die Hochdruckturbine 10 versetzt.
Demensprechend wird dann im Fall b) nur die Mitteldruckturbi- ne versetzt.
Ebenso kann ausgehend von Figur 1 nur die Hochdruckturbine versetzt werden und Mitteldruck- und Niederdruckturbine(n) verbleiben am älteren Generator 7 und damit an einem Wel- lenstrang.
Claims
1. Verfahren zum Umrüsten einer Anlage (1') mit Dampfturbinen (4, 10',
13') und/oder zumindest mit einem Dampfturbinensatz, wobei die Anlage (1') mit Dampfturbinen (4, 10', 13') und/oder der zumindest eine Dampfturbinensatz zumindest auf weisen: zumindest eine Hochdruckturbine (10') und/oder zumindest eine Mitteldruck-Dampfturbine (13') sowie zumindest einen Niederdruck-Dampfturbinensatz (4), ein Generator (7), wobei der Generator (7) mit den Turbinen (4, 10', 13') über eine gemeinsame Welle verbunden ist, wobei die Hochdruck- (10') und optional vorhandene Mittel druckturbine (13') modernisiert oder vollkommen ersetzt wer den und von dem Wellenstrang des Niederdruck-Turbinensatzes (4) und damit von dem ursprünglichen Generator (7) getrennt werden, und eine neue Hochdruckturbine (10, 11) und optional eine neue Mitteldruck-Dampfturbine (13, 14) an einen neuen Generator (22, 22') zumindest einer GuD-Ein- heit (12, 12') mit neuen Gasturbinen (16, 16'), insbesondere mit HRSG (19, 19'), einer Anlage (1, 1'') angeschlossen werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine weitere Gasturbineneinheit (12') mit: weiterer, neuer Gasturbine (16') weiterer, neuer Hochdruckturbine (11), optional weiterer, neuer Mitteldruck-Dampfturbine (14) sowie weiteren, neuen Generator (22') angeschlossen wird.
3. Anlage, insbesondere hergestellt nach Anspruch 1 oder 2, die aufweist:
zumindest eine modernisierte oder zumindest eine neue Hochdruckturbine (10, 11), optional zumindest eine modernisierte oder zumindest eine neue Mitteldruck-Dampfturbine (13, 14) sowie einen älteren, gebrauchten Niederdruck-Dampfturbinensatz (4), einen älteren Generator (7), der zumindest mit einem älteren, gebrauchten Niederdruck- Dampfturbinensatz (4) über eine gemeinsame Welle verbunden ist, wobei die Hochdruck- (10, 11) und/oder Mitteldruckturbine (13, 14) nicht verbunden sind mit dem Wellenstrang der Nie derdruckturbine (4) und damit nicht mit dessen älteren Generator (7), wobei die neue Hochdruckturbine (10, 11) und/oder die neue Mitteldruck-Turbine (13, 14) mit einem neuen Generator (22, 22') und neuer Gasturbinen (16, 16') zu einer GuD-Einheit (12, 12'), insbesondere mit HRSG (19, 19'), verbunden sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder Anlage nach An spruch 3, bei dem die GuD-Einheit (12, 12') zumindest eine Gasturbine (16, 16'), einen Generator (22, 22') sowie zumindest einen HRSG (19, 19') aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 4 oder Anlage nach An spruch 3 oder 4, wobei der Niederdruck-Dampfturbinensatz (4) angeschlossen wird oder ist an zumindest einen HRSG (19, 19') der GuD- Einheiten (12, 12').
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