Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur schnellen Bereitstellung von
Leistungsreserven bei kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlagen.
Stand der Technik
[0002] Die Konkurrenzfähigkeit einzelner Stromanbieter im Bereich der elektrischen Energieversorgung,
insbesondere in den durch wachsendem Wettbewerb gekennzeichneten Märkten, hängt nicht
zuletzt davon ab, wie schnell die stromerzeugenden Anlagen in der Lage sind, elektrische
Leistung zur Einspeisung in die Verbrauchernetze zu generieren. Häufig wird demjenigen
Stromanbieter der Vorzug gegeben, der innerhalb weniger Sekunden die für die Deckung
des Energiebedarfs erforderliche elektrische Leistung, insbesondere zu Zeiten hohen
Stromverbrauches, zur Verfügung stellen kann. Darüber hinaus spielt zur Beurteilung
der Qualität von stromerzeugenden Anlagen ebenso die Frequenzstabilität des erzeugten
elektrischen Stromes eine wichtige Rolle. Treten Frequenzschwankungen in dem von Kraftwerken
erzeugten elektrischen Strom auf, die typischerweise von der gängigen Netzfrequenz
von 50 bzw. 60 Hz abweichen, so sind dies Anzeichen dafür, daß das Kraftwerk regelungstechnisch
bzw. leistungsmäßig an seinen Grenzen angelangt ist und der Energiebedarf im Netz
einer größeren Änderung unterliegt.
[0003] Von besonderem Interesse ist dabei ein stark steigender Leistungsbedarf, welcher
mit einem Absinken der Frequenz einhergeht. Die Ursachen können dabei sowohl steigender
Verbrauch als auch Ausfall von Erzeugereinheiten sein.
[0004] Um derartigen Situationen entgegenzutreten, müssen kurzfristig Leistungsreserven
mobilisiert werden, um die erhöhten Energiebedarfsspitzen zu decken.
[0005] Zur Vereinheitlichung der an die Kraftwerke zu stellenden Forderungen hinsichtlich
der kurzfristigen Bereitstellung von zusätzlich aktivierbaren Leistungsreserven haben
sich nach dem sogenannten "Grid-Code" folgende Kategoriebegriffe etabliert:
[0006] "Primary Response" bedeutet die Bereitstellung zusätzlicher Leistungsreserven innerhalb
von 10 Sekunden für eine Zeitdauer von etwa 20 Sekunden.
[0007] "Secondary Response" bedeutet, daß Leistungsreserven innerhalb 30 Sekunden für eine
Zeitdauer von weiteren 30 Minuten zur Verfügung gestellt werden müssen.
[0008] "Five Minute Reserve" bedeutet, daß Leistungsreserven innerhalb von 5 Minuten für
wenigstens vier Stunden zur Verfügung stehen.
[0009] a) In herkömmlichen Dampfkraftwerken werden unter Normalbetriebsbedingungen im Falle
der Bereitstellung einer derartigen vom Netz vorgeschriebenen Sofortreserve die Einlaßventile,
durch die der Dampf zur Versorgung der Dampfturbine hindurchströmt, angedrosselt,
d.h. in einer nicht vollständig geöffneten Position gefahren, um im Falle eines kurzfristigen
Bedarfs an zusätzlicher Leistung die Möglichkeit zu haben, durch schnelles vollständiges
Öffnen der Einlaßventile der Dampfturbine eine zeitlich begrenzten positiven Leistungsgradienten
fahren zu können.
[0010] Die Androsselung der Dampfturbineneinlaßventile bewirkt neben dem Drosseleffekt am
Expansionsbeginn eine Verkürzung der Expansion (Enthalpiegefälle) am Expansionsende
und damit einen Leistungsverlust. Andererseits wird durch das vollständige Öffnen
der Einlaßventile das Gefälle in der Dampfturbine verlängert und damit auch zusätzlich
Leistung erzeugt.
[0011] Durch diesen Vorgang, d.h. durch kurzzeitiges, vollständiges Öffnen der Einlaßventile
kann es zusätzlich zu einer Druckentlastung innerhalb des WasserDampfkreislaufes kommen.
Die Auslegung des Dampferzeugers bzw. der Betriebspunkt der Anlage sollten dabei so
gewählt werden, daß diese mögliche Druckentlastung nicht zu einer Abnahme des Dampfmassenstromes
führt.
[0012] Durch das vollständige Öffnen und Offenhalten der Einlaßventile an der Dampfturbine
wird zur Gleitdruckfahrweise übergegangen, d.h. der Ausgleich zwischen den dampferzeugerseitig
bestimmten Parametern Dampfmassenstrom und Temperatur infolge Wärmeeintrag und dem
dampfturbinenseitig bestimmten Druck wird vom System selbst übernommen.
[0013] b) Alternativ oder in Kombination zu der vorstehend genannten Maßnahme des vollständigen
Öffnen vorhandener angedrosselter Einlaßventile, können jegliche Anzapfungen oder
Entnahmen innerhalb des Wasser-Dampfkreislaufes geschlossen werden. Unter Anzapfungen
oder Entnahmen werden hierbei all jene Orte an der Dampfturbine verstanden, an denen
Dampf gezielt entnommen wird. Im Falle einer Anzapfung wird der Druck des entnommenen
Dampfes nicht geregelt, sondern hängt vielmehr von der aktuellen Dampfturbinenbelastung
ab. Im Gegensatz dazu spricht man von Entnahme, wenn der Dampf mit geregeltem der
Druck entnommen wird, d.h. es ist ein spezielles Regelorgan vorgesehen.
[0014] c) Auch ist es zur kurzfristigen Leistungssteigerung bei industriellen Anlagen der
Kraft-Wärme-Kopplung mit Gegendruck- oder Entnahme-Gegendruckturbinen bekannt, mittels
Hilfskondensation bzw. Abblasen über Dach Leistungsreserven zu mobilisieren.
[0015] Diese und alle vorstehenden Maßnahmen weisen jedoch den Nachteil auf daß das konventionell
betriebene Dampfkraftwerk zumindest während der erläuterten speziellen Fahrweise stark
verlustbehaftet und daher mit geringerem Wirkungsgrad betrieben werden muß.
[0016] Die vorstehend angedeuteten Maßnahmen zur Leistungssteigerung werden bei reinen Dampfturbinenkraftwerken
vorgenommen. Im Unterschied zum reinen Dampfturbinenkraftwerk werden kombinierte Gas-
und Dampfkraftwerke dampfturbinenseitig in der Regel im sogenannten Festdruck-Gleitdruckbetrieb
gefahren. Hierbei wird im untersten Lastbereich der Kombianlage im Wasser-Dampfkreislauf
ein konstanter Dampfdruck eingestellt, indem die Einlaßventile an der Dampfturbine
geregelt gefahren werden. Im oberen Lastbereich hingegen sind die Dampfturbinen-Einlaßventile
voll geöffnet, so daß der Druck als Ergebnis des Dampfturbinen- und Dampferzeugerverhaltens
entsprechend den gefahrenen Betriebsbedingungen gleiten kann.
[0017] Bei einer derartigen Betriebsweise einer Kombianlage können Leistungsreserven für
die Kategorie "Primary Response" und "Secondary Response" nur mit der Gasturbine aufgebracht
werden. Da zur Bildung der Leistungsreserven die Dampfproduktion im Abhitzedampferzeuger
im Vergleich zur Gasturbinenleistung verzögert erfolgt, kann der Dampfturbinenteil
der Kombianlage Leistungsreserven erst für die Kategorie "Five Minute Reserve" zur
Verfügung stellen.
[0018] Im Vergleich zu einem konventionellem Dampferzeuger ist die in einem Abhitzedampferzeuger
zur Verfügung stehende Abgaswärme auf die Abgastemperatur der Gasturbine beschränkt.
Abhitzedampferzeuger besitzen daher insbesondere bei größeren Anlagen nicht nur eine
Druckstufe. Zur optimalen Abwärmenutzung kommen Dampferzeuger mit ein, zwei oder drei
Druckstufen zum Einsatz. Jede Druckstufe besteht aus dem Verdampfer und entsprechend
der Schaltung bzw. Anwendung aus zugehörigen Economizer und Uberhitzer. Bis heute
sind nahezu alle Abhitzedampferzeuger als Trommel-Umlaufverdampfer ausgeführt. In
modernen Anlagen kommen auch vermehrt Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger zum Einsatz, siehe
auch DE 195 44 225 A1.
[0019] Ein weiterer Unterschied zum konventionellen Dampfkraftwerk besteht darin, daß die
Leistung der Dampfturbine nur 30...35% der Gesamtleistung beträgt. Der größere Leistungsanteil
kommt von der Gasturbine.
Darstellung der Erfindung
[0020] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur
schnellen Bereitstellung von Leistungsreserven für kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlagen
mit möglichst geringen Verlusten und weitgehend unverändert hohem Wirkungsgrad anzugeben.
Insbesondere sollen die Leistungsreserven vom Dampfturbinenteil der Kombianlage innerhalb
kürzester Zeit zur Verfügung gestellt werden können.
[0021] Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und
3 angegeben, die eine erfindungsgemäße Vorrichtung beschreiben. Gegenstand des Anspruchs
9 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren. In den Unteransprüchen sind die Erfindung vorteilhaft
weiterbildende Merkmale enthalten.
[0022] Erfindungsgemäß weist eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem Wasser-Dampfkreislauf,
der zum Antrieb der Dampfturbine über wenigstens ein Einlaßventil mit dieser verbunden
ist, zusätzlich zum Abhitzedampferzeuger wenigstens einen Wärmespeicher auf der an
den Abhitzedampferzeuger angekoppelt ist und aus dem bedarfsweise Sattwasser oder
Dampf für den Abhitzedampferzeuger zur schnellen Bereitstellung von Leistungsreserven
einspeisbar ist.
[0023] Typische Abhitzedampferzeuger und Wasser-Dampfkreisläufe von kombinierten Gas-Dampfturbinenanlagen
gehen beispielsweise aus dem Buch von R. Kehlhofer, "Combined-Cycle Gas & Steam Turbine
Power Plants", The Fairmont Press, Inc. hervor. Die Abhitzedampferzeuger weisen mindestens
ein Verdampfersystem, in der Regel als Trommel-Umlaufverdampfer ausgeführt, mit zugehörigem
Economizer und Überhitzer auf Im Falle von Mehrdrucksystemen sind zahlreiche Economizer-Schaltungen
möglich. Das Vorhandensein von Überhitzern hängt vom Wasser-Dampf-Kreislauf und den
Parametern ab.
[0024] Die Menge der Dampfproduktion innerhalb des Abhitzedampferzeugers hängt unter dynamischen
Bedingungen nicht zuletzt auch von dem Fassungsvolumen der Trommel sowie der darin
herrschende Druckverhältnisse ab. Zwar würde eine bloße Vergrößerung des Fassungsvermögens
der Trommel bei speziellen Fahrweisen im Bedarfsfalle zu einer ungleich größeren Dampferzeugungsrate
führen, doch würde das Anfahrverhalten der Dampfturbine durch allzu groß gestaltete
Dampferzeuger-Trommeln insbesondere beim Kaltstart nachteilhaft beeinträchtigt werden.
[0025] Der Erfindung liegt vielmehr die Idee zugrunde, an einem optimal für die Leistungsdaten
eines Kombikraftwerkes ausgelegten Abhitzedampferzeuger einen zusätzlichen Wärmespeicher
anzukoppeln.
[0026] Der als "stille Reserve" dienende erfindungsgemäß zusätzliche Wärmespeicher ist vorteilhafterweise
als Druckkessel ausgebildet, in dem Sattwasserbedingungen herrschen. Das Aufladen
eines derartigen zusätzlichen Sattwasserreservoirs kann vorzugsweise während des Normalbetriebes
einer Kombianlage durch gezielte Anspeisung von mit im Dampferzeuger vorhandenem,
überschüssigem Sattwasser bzw. Dampf oder durch Entnahme- bzw. Anzapfdampf aus der
Dampfturbine erfolgen. Durch das nachträgliche Aufladen des zusätzlichen Wärmespeichers
nach der Anfahrphase der Kombianlage können all jene mit dem Erhitzen größerer Wassermengen
verbundene Nachteile während eines Anfahrvorganges vermieden werden.
[0027] Zum einen ist es möglich ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kombikraftwerk in der
sogenannten Festdruckfahrweise zu betreiben, indem wenigstens ein Einlaßventil der
Dampfturbine zur Einstellung eines festen Arbeitsdruckes unabhängig von der Leistung
der Dampfturbine geregelt wird. Der Wärmespeicher ist vorteilhafterweise an das Hochdrucksystem
des Abhitzedampferzeugers angekoppelt. Im Falle von aufzubringenden Leistungsreserven
wird Sattwasser aus dem Wärmespeicher in den Abhitzedampferzeuger vorzugsweise mittels
einer Pumpe gefördert, wodurch die Speisung über den Economiser für diese Druckstufe
vermindert werden kann. Den im Rauchgasweg nachgeschalteten Verdampfersystemen steht
auf diese Weise zusätzliche Abwärme zur Verfügung, zumal durch Erhöhung der Speisung
dieser nachgeschalteten Systeme die Gesamtdampferzeugung deutlich zunimmt.
[0028] Auch ist es möglich, ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Kombikraftwerk in der Gleitdruckfahrweise
zu betreiben, indem wenigstens ein Einlaßventil der Dampfturbine vollständig geöffnet
oder ganz geschlossen ist.
[0029] Im Falle von möglichst kurzfristig aufzubringenden Leistungsreserven sind die für
die Ankopplung des zusätzlichen Wärmespeichers vorgesehenen Regelventile zu öffnen,
wodurch das unter Sattwasserbedingungen stehende Reservoirvolumen eine Druckentlastung
erfährt und eine zusätzliche Dampfbildung einsetzt, die zur Leistungssteigerung der
gesamten Dampfturbinenanlage beiträgt.
[0030] Gleichwohl ist es zum Aufrechterhalten einer ständigen Bereitschaft Leistungsreserven
auch über den Wasser-Dampf-Kreislauf zu mobilisieren möglich, das Kombikraftwerk dampfturbinenseitig
ständig angedrosselt zu betreiben. Hierzu sind die Einlaßventile an der Dampfturbine
in einer angedrosselten Stellung zu halten, die jedoch bei auftretenden Lastspitzen
in den elektrischen Netzen möglichst sprungartig geöffnet werden können, wobei zugleich
auch die für das Zuschalten der zusätzlichen Wärmespeichereinheit vorgesehenen Regelventile
geöffnet werden. Auf diese Weise können große Leistungsreserven, wie bereits vorstehend
angedeutet, mobilisiert werden.
[0031] Für gewöhnlich sind die Zeiten, zu denen der Energiebedarf im elektrischen Netz ansteigt,
bekannt und daher sehr genau vorhersehbar. In Kenntnis dieser zeitlich vorausbestimmbaren
Lastspitzen können die Kombikraftwerke beispielsweise für einen begrenzten Zeitraum
durch Zurückfahren der Dampfturbinenleistung, entsprechend des zu erwartenden nachfolgenden
möglichen Leistungssprunges, durch verstärkte Androsselung der Dampfturbine sowie
durch Einstellung eines Hochwasserstandes in den Dampferzeuger-Trommeln sowie den
weiteren Wärmespeichereinheiten gezielt in einen Zustand für das Fahren größerer positiver
Leistungsgradienten gehalten werden.
[0032] Insbesondere ist es von Vorteil, den Dampfturbinenteil eines Kombikraftwerkes im
oberen Lastbereich im Rahmen eines durch die Einlaßventile geregelten Dampfdruckes
(Festdruckbetrieb) zu betreiben, sofern sehr schnell aufzubringende Leistungsreserven
für die Kategorie "Primary" oder "Secundary Response" zu erwarten sind. Im Normalbetrieb,
also zu Zeiten, in denen keine sofort zu erbringende Leistungsreserve erwartet wird,
ist dem Gleitdruckbetrieb Vorrang zu geben.
[0033] In der Festdruckbetriebsweise wird das mögliche Enthalpiegefälle der Dampfturbine
nicht vollständig ausgenützt, so daß eine Leistungsreserve durch schnelles Öffnen
der Einlaßventile verfügbar ist. Die Größe der aufzubringenden Leistungsreserve hängt
von dem Abstand der momentan gefahrenen Leistung bei angedrosseltem Einlaßventil zum
Leistungsniveau unter voll geöffnetem Einlaßventil ab. Wird ein Leistungsanstieg gemäß
"Primary oder Secondary Response" gefordert, so wird die Anlage auf Gleitdruckfahrweise
umgeschaltet, d.h. die Dampfturbinen-Einlaßventile werden voll geöffnet. Damit kann
sofort das gesamte Enthaloiegefälle der Dampfturbine leitsungswirksam werden. Es kommt
zu einer Leistungserhöhung der Dampfturbine. Die mit dem Öffnen der Einlaßventile
einhergehende Druckabsenkung ermöglicht das in der Dampferzeugertrommel und zusätzlich
in dem an diesem Druckniveau angekoppelten, zusätzlichen Wärmespeicher vorhandene
Sattwasser auszudampfen. Dieser Dampf wird der Dampfturbine zugeführt und ermöglicht
eine weitere kurzzeitige Leistungserhöhung.
[0034] Für den Festdruckbetrieb der Kombianlage eignet sich als Wärmespeicher ein sogenannter
Gleichdruckspeicher, der vorzugsweise als Druckgefäß über Zu- und Ablaufleitungen
mit der Dampferzeugertrommel verbunden ist. Eine Pumpe innerhalb der Ablaufleitung
fördert bedarfsweise Sattwasser aus dem Gleichdruckspeicher z.B. in die Dampferzeugertrommel.
[0035] Im Falle des Gleitdruckbetriebes eignet sich als Wärmespeicher ein Gefällespeicher,
der im Unterschied zum Gleichdruckspeicher in unterschiedlicher Weise mit den unterschiedlichen
Druckstufen des Abhitzedampferzeugers bzw. auch der Dampfturbine verbunden sein kann.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[0036] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens
anhand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch
beschrieben. Es zeigen:
- Fig. 1
- schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit Trommeldampferzeuger
und Gleichdruckspeicher,
- Fig. 2
- zweites Ausführungsbeispiel mit Zwangsdurchlaufdampferzeuger und einem Gefällespeicher
sowie
- Fig. 3a, b
- Kombinationen aus Gleichdruckspeicher und Gefällespeicher zum Wechselseitigen Betrieb
zwischen Fest- und Gleitdruckbetrieb.
Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
[0037] In Fig. 1 ist schematisiert und auf das Wesentliche reduziert der Bereich Abhitzedampferzeuger
20 mit Trommel-Umlaufverdampfer und Dampfturbine 6 des Wasserdampfkreislaufes einer
kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage dargestellt. Mittels einer Speisewasserpumpe
1 gelangt Speisewasser über einen Economizer 2 in die Dampferzeugertrommel 3 des Umlaufdampferzeugers,
in der unter Sattwasserbedingungen Speisewasser bevorratet ist und die an einen Verdampfer
4 angekoppelt ist. Über einen Überhitzer 5 gelangt der aus der Trommel 3 austretende
Dampf durch die Dampfleitung 11 und das Einlaßventil 12 in die Dampfturbine 6. Zusätzlich
an der Trommel 3 ist erfindungsgemäß ein als Gleichdruckspeicher ausgebildeter Wärmespeicher
7 angekoppelt.
[0038] Über die Aufladeleitung 13 wird der Gleichdruckspeicher 7 bei Überschreiten eines
bestimmten Wasserstandes innerhalb der Trommel 3 durch Wasserablauf aufgrund der geodätischen
Höhendifferenz automatisch gefüllt bzw. mit Sattwasser aufgeladen.
[0039] Zum Entladen des Gleichdruckspeichers 7 fördert die Pumpe 8 Sattwasser vom Gleichdruckspeicher
7 vorzugsweise in die Dampferzeugertrommel 3. Durch das Entladen des Speichers 7 wird
die Speisewasservorwärmung für diese Druckstufe entlastet, im Extremfall zwischenzeitlich
abgestellt. Damit steht den im Rauchgasweg nachgeschalteten Heizflächen bzw. Dampferzeugersystemen
(nicht dargestellt) zusätzliche Wärme zur Verfügung, was in diesen nachgeschalteten
Systemen zur Erhöhung der Dampfproduktion führt. Im Ergebnis der Entladung des Speichers
7 kommt es damit zur Leistungssteigerung der Dampfturbine 6. Die Pumpe 8 dient gleichzeitig
zum Entleeren des kalten Wasserinhaltes nach einem Start bzw. des Sattwassers zum
Zwecke der Stillsetzung.
[0040] Das erfindungsgemäß ausgestaltete Kombikraftwerk kann auf diese Weise mittels eines
Einlaßventiles 12 der Dampfturbine 6 in Festdruckfahrweise betrieben werden.
Im Falle von aufzubringenden Leistungsreserven wird Sattwasser aus dem Wärmespeicher
7 über die Trommel 3 in den Dampferzeuger 20 gefördert, wodurch die Speisung über
den Economizer 2 vermindert werden kann.
[0041] Den im Rauchgasweg nachgeschalteten Verdampfersystemen steht somit zusätzliche Abwärme
zur Verfügung. Durch Erhöhung der Speisung der nachgeschalteten Systeme steigt die
Dampferzeugung dieser Systeme. Voraussetzung für diese Betriebsweise ist ein Abhitzedampferzeuger
bestehend aus einem Zwei-Druck-System, d.h. zwei rauchgasseitig hintereinander geschaltetet
Verdampfersysteme.
[0042] Alternativ zur Anschlußmöglichkeit des Wärmespeichers 7 gemäß der in Fig. 1 gezeigten
Ausführungsform kann der Wärmespeicher 7' direkt zwischen die Economizerstufe 2 und
dem Verdampfer 4 geschaltet werden. Diese alternative Koppelvariante ist in Fig. 1
gestrichelt dargestellt. Die Aufladeleitung 13' ist mit dem Austritt des Economizers
2 verbunden und über eine Ablaufleitung, in der die Pumpe 8' vorgesehen ist, mit dem
Eintritt des Verdampfers 4 gekoppelt. Zum Aufladen bzw. Befüllen des Gleichdruckspeichers
7' wird ein in der Aufladeleitung 13' vorgesehenes Ventil 14 geöffnet.
[0043] Zum Entladen des Gleichdruckspeichers 7' fördert die Pumpe 8' Sattwasser vom Gleichdruckspeicher
7' zum Eintritt des Verdampfers 4, dessen Dampferzeugungsrate je nach Förderleistung
der Pumpe 8' gesteigert werden kann.
[0044] In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das in Fig. 2 dargestellt ist und einen Zwangdurchlauf-Dampferzeuger
zeigt, tritt anstelle der Dampferzeuger-Trommel 3 ein Separator 9. Um Wiederholungen
zu vermeiden, wird hinsichtlich gleichnummerierter Baugruppen auf Fig. 1 verwiesen.
Als zusätzlicher Wärmespeicher dient in dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Gefällespeicher
10.
[0045] Der in Fig. 2 dargestellte Gefällespeicher 10 kann für den Lade- bzw. Befüllvorgang
über alternative Zuleitungen mit Sattdampf (I) oder Heißdampf (II) sowie Sattwasser
(III) von den verschiedensten Stellen des Systems befüllt werden. So ist zum Laden
des Gefällespeichers 10 mit Dampf eine Zuleitung I mit einem entsprechenden Ventil
vorgesehen, über die ein Teil des zum Überhitzer 5 zuführbaren Dampfes zum Einspeisen
in den Gefällespeicher 10 abgezweigt wird. Ferner kann eine Leitung II vorgesehen
werden, die die Dampfleitung 11, durch die Frischdampf der Dampfturbine 6 zugeführt
wird, mit dem Gefällespeicher 10 über ein Ventil verbindet. Auf diese Weise gelangt
überhitzter Dampf direkt in den Gefällespeicher 10. Schließlich sorgt eine Verbindungsleitung
III, die den Ausgang des Economizers 2 mit dem Gefällespeicher 10 über ein entsprechendes
Ventil verbindet, für ein Befüllen des Gefällespeichers 10 mit Sattwasser. Ebenso
können in der Fig. 2 nicht dargestellte Verbindungsleitungen zwischen dem Separator
9 und dem Gefällespeicher 10 für eine Zuleitung von Dampf- bzw. Sattwasser dienen.
[0046] Der Beladevorgang des Gefällespeichers 10 ist vorzugsweise unter Voll-Lastbedingungen
durchzuführen, d.h. das in den Gefällespeicher 10 eintretende Heißwasser oder der
eintretende Dampf unterliegt einem möglichst hohen Druckniveau.
[0047] Zum Entladen des Gefällespeichers 10 kann der innerhalb des Gefällespeichers 10 erzeugte
Sattdampf in unterschiedlicher Weise dem Abhitzedampferzeuger oder der Dampfturbine
übergeben werden. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist zum Entladen eine Verbindungsleitung
zwischen dem Gefällespeicher 10 und dem Eintritt des Überhitzers 5 bzw. der Dampfturbine
vorgesehen.
[0048] Ferner kann der Gefällespeicher 10 auch mit dem Dampfraum des Separators 9 verbunden
werden, was jedoch nicht unmittelbar in Fig. 2 eingetragen ist.
[0049] Fig. 3a zeigt an Hand des ersten Ausführungsbeispieles eines Trommel-UmlaufDampferzeugers
bestehend aus Gleichdruckspeicher 7 als auch Gefällespeicher 10. Der Gleichdruckspeicher
7 ist unverändert zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit der Trommel 3 verbunden.
Zum Befüllen des zusätzlich vorgesehenen Gefällespeichers 10 sind folgende Zuleitungen
vorgesehen:
[0050] Eine Zuleitung Z1 verbindet den Gefällespeicher 10 mit der Dampfleitung 11, über
die Frischdampf in den Gefällespeicher 10 eingespeist werden kann. Eine weitere Zuleitung
Z2 verbindet den Gefällespeicher 10 mit der Trommel 3 in der Weise, daß aus der Trommel
3 Sattdampf in den Gefällespeicher 10 eingebracht werden kann. Eine weitere Zuleitung
Z3 verbindet den Gefällespeicher 10 mit dem Sattwasserbereich der Trommel 3, so daß
Sattwasser in den Gefällespeicher eingeführt werden kann. Alle Zuleitungen enthalten
Regelventile, durch die der Befüllvorgang geregelt ablaufen kann. Die in Fig. 1 und
3a dargestellten Ausführungsformen eines Abhitzedampferzeugers entsprechen dem sogenannten
Trommel-Umlauf-Dampferzeugerprinzip.
[0051] Im Gegensatz hierzu ist in Fig. 3b eine sogenannte Zwangsdurchlauf-Dampferzeugeranordnung
dargestellt, bei der, wie in Fig. 2, der Gefällespeicher 10 entsprechend angeordnet
ist. Zusätzlich sieht die Anordnung gemäß Fig. 3b einen Gleichdruckspeicher 7 vor,
der zum Beladen über eine Zuleitung mit Vetil zur Regelung des Beladevorganges verfügt.
Das zum Beladen benötigte Sattwasser wird an geeigneter Stelle zwischen Economizer
und Verdampfer entnommen.
[0052] Der Gleichdruckspeicher 7 ist zum Entladen über eine Entladeleitung mit dem Verdampfer
4 am Verdampfereintritt verbunden, wobei innerhalb der Entladeleitung eine Pumpe 8
vorgesehen ist.
[0053] Der Entladevorgang des Gefällespeichers erfolgt über den Druckabfall innerhalb des
Wasser-Dampfkreislaufes durch Öffnen wenigstens eines Dampfturbinen-Einlaßventils
12, wodurch das unter Sattwasserbedingungen stehende Speisewasser innerhalb des Gefällespeichers
sofort verdampft und der Dampfturbine zusätzlich zugeführt wird.
[0054] Die zur Leistungssteigerung gewünschten Kapazitätsreserven können selbstverständlich
auch durch entsprechende Dimensionierung , beispielsweise der Dampferzeuger-Trommel
erzielt werden. Selbstverständlich ist es möglich, die Leistungsreserven auch auf
die verschiedenen Druckstufen des Abhitzedampferzeugers zu verteilen.
Bezugszeichenliste
[0055]
- 1
- Speisewasserpumpe
- 2
- Economizer (Speisewasservorwärmer)
- 3
- Dampferzeuger-Trommel
- 4
- Verdampfer
- 5
- Überhitzer
- 6
- Dampfturbine
- 7
- Wärmespeicher - Gleichdruckspeicher
- 7'
- Wärmespeicher - Gleichdruckspeicher
- 8
- Pumpe
- 8'
- Pumpe
- 9
- Separator
- 10
- Wärmespeicher- Gefällespeicher
- 11
- Dampfleitung
- 12
- Einlaßventil
- 13
- Auflade-/Druckausgleichsleitung
- 14
- Ventil
- 15
- Abhitzedampferzeuger
- Z1
- Zuleitung (Frischdampf- überhitzter Dampf)
- Z2
- Zuleitung (Sattdampf aus Trommel)
- Z3
- Zuleitung (Sattwasser aus Trommel)
- Z4
- Zuleitung (Sattwasser aus Economizer Austritt - leicht überhitzt)
- I
- Zuleitung (Dampf)
- II
- Zuleitung (Frischdampf- überhitzter Dampf)
- III
- Zuleitung (Sattwasser)
1. Vorrichtung zur schnellen Bereitstellung von Leistungsreserven bei kombinierten Gas-
und Dampfturbinenanlagen mit einem Dampferzeuger (20), der zum Antrieb der Dampfturbine
(6) über wenigstens ein Einlaßventil (12) mit dieser verbunden ist und an dem zusätzlich
wenigstens ein Wärmespeicher (7, 10) angekoppelt ist, aus dem bedarfsweise über eine
Pumpe Sattwasser in den Dampferzeuger (20) zusätzlich einspeisbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (7) ein Gleichdruckspeicher ist.
3. Vorrichtung zur schnellen Bereitstellung von Leistungsreserven bei kombinierten Gas-
und Dampfturbinenanlagen mit einem Dampferzeuger (20), der zum Antrieb der Dampfturbine
(6) über wenigstens ein Einlaßventil (12) mit dieser verbunden ist und an dem zusätzlich
wenigstens ein Wärmespeicher (7, 10) angekoppelt ist, der beim Öffnen des Einlaßventils
(12) eine Druckabnahme erfährt, wodurch Dampf gebildet wird, der in den Dampferzeuger
(20) einspeisbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher ein Gefällespeicher (10) ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmespeicher (7) ein Gleichdruck- oder ein Gefällespeicher
(10) ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichereinheit (7) mit dem Dampferzeuger (3)
verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß daß die Wärmespeichereinheit (7) mit der Dampfturbine
(6) verbunden ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Regelventil (12) das Einlaßventil für den zur Dampfturbine
(6) im Zuleitungskanal geführten Dampf ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß in der Dampferzeuger-Trommel (3) Sattwasserbedingungen
herrschen.
10. Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage zur schnellen
Bereitstellung von Leistungsreserven unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem
der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß durch gezielten Druckabfall innerhalb des WasserDampfkreislaufes
zusätzlicher Dampf aus der Wärmespeichereinheit (7, 10) in den Wasser-Dampfkreislauf
getrieben wird, der bei vollständig geöffneten Regelventilen (12) der Dampfturbine
(6) zugeführt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlage zur Leistungserhöhung
in Gleitdruckfahrweise betrieben wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichereinheit (10) mit beim Normalbetrieb überschüssigem
Dampf oder Sattwasser aufgeladen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, daß der Druckabfall durch schnelles Öffnen des Einlaßventils
(12) erfolgt.
14. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Frequenzstabilisierung
des von der kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage erzeugten elektrischen Stromes.