Kraftwerksanlage mit integrierter Dampfturbine mit Anfahrstrahler und Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage mit Dampfturbine

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Kraftwerksanlage (1) umfassend eine Dampfturbine, einen Dampferzeuger, ein zwischen Dampferzeuger und Dampfturbine angeordnetes Dampfsystem (2), ein Hilfsdampfsystem (4), das mit dem Dampfsystem (2) verbunden ist, und einen Dampfturbinenkondensator (6), wobei eine Strahlpumpe (5) zum Evakuieren des Dampfturbinenkondensators (6) saugseitig mit dem Dampfturbinenkondensator (6) und antriebsseitig mit dem Hilfsdampfsystem (4) oder mit dem Dampfsystem (2) verbunden ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage (1).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage und ein Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage, bei dem mit Hilfe eines Anfahrstrahlers der Dampfturbinenkondensator schneller evakuiert wird.

[0002] Zum Anfahren von Kraftwerken, in welche eine Dampfturbine integriert ist, wird in den meisten Fällen Hilfsdampf benötigt. Dieser Hilfsdampf dient der Bereitstellung von Dichtdampf für die Wellendichtungen der Dampfturbine, zur Bedampfung des Speisewassertanks bzw. Bypass-Entgasers, etc.

[0003] Dieser zum Anfahren notwendige Hilfsdampf wird oft mittels eines separaten gas- oder ölbefeuerten Hilfsdampferzeugers (HIDE) erzeugt. Dieser Dampferzeuger (inkl. Nebensysteme, wie z.B. Lagerung und Aufbereitung des Brennstoffes, Wasserversorgung, etc.) erfordert neben den Investitionsausgaben und den Aufwendungen für den operativen Geschäftsbetrieb, wie beispielsweise Brennstoff, etc. auch regelmäßige Instandhaltung und verursacht dem Anlagenbetreiber entsprechende Kosten in Millionenhöhe.

[0004] Alternativ kann auch mittels sogenannter Anfahrventile der Anfahrvorgang ohne Hilfsdampferzeuger erfolgen. Dabei wird der erzeugte Dampf des Hochdruck-Kessels in das Hilfsdampfsystem eingespeist und damit die Bedampfung der Wellendichtungen der Dampfturbine, des Speisewassertankes, etc. sichergestellt. Der nicht dazu benötigte Dampf wird solange mittels der Anfahrventile über Dach geblasen, bis im Kondensator ein entsprechendes Vakuum gezogen wurde, welches das Einleiten des Dampfes über die Umleitstationen ermöglicht. Diese Lösung ist von den Investitionsausgaben her wesentlich günstiger als die Lösung mit Hilfsdampferzeuger, hat aber den Nachteil, dass die Startzeiten und der Wasserverbrauch des Kraftwerkes und die damit zusammenhängenden Kosten für Brennstoff, Chemikalien, Rohwasser, etc. stark ansteigen und auch die Einsatzmöglichkeiten in einem liberalisierten Markt (wegen Erfordernis kurzer Startzeiten) grundsätzlich stark eingeschränkt sind. Diese Lösung kommt somit nur unter bestimmten Randbedingungen zum Einsatz, wie z.B. bei Vorhandensein einer alternativen Versorgung aus einem durch andere Anlagen gespeisten Prozess-/ Hilfsdampfnetzes und einer damit einhergehenden geringen Einsatzwahrscheinlichkeit der Anfahrventile. Der immer stärkere Trend hin zu umweltverträglichen Lösungen mit geringem Wasserverbrauch ist ein weiterer Punkt der den Einsatz dieser Lösung oft nicht erlaubt.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftwerksanlage mit integrierter Dampfturbine bereitzustellen, die ein vergleichsweise schnelles Anfahren ermöglicht und die zugleich möglichst einfach und kostengünstig ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage mit integrierter Dampfturbine bereitzustellen.

[0006] Die Erfindung löst die auf die Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe, indem sie bei einer Kraftwerksanlage, umfassend eine Dampfturbine, einen Dampferzeuger, d.h. einen Kessel oder Abhitzedampferzeuger, ein zwischen Kessel oder Abhitzedampferzeuger und Dampfturbine angeordnetes Dampfsystem, ein Hilfsdampfsystem, das mit dem Dampfsystem verbunden ist, und einen Dampfturbinenkondensator, vorsieht, dass eine Strahlpumpe zum Evakuieren des Dampfturbinenkondensators saugseitig mit dem Dampfturbinenkondensator und antriebsseitig mit dem Hilfsdampfsystem oder direkt mit dem Dampfsystem verbunden ist.

[0007] Der erste beim Anfahrvorgang erzeugte Dampf im Kessel / Abhitzedampferzeuger wird über eine entsprechende Umleitstation (welche ihn entsprechend konditioniert, d.h. ggf. notwendige Druck- und Temperaturanpassung durch Drosselung und Wassereinspritzung) direkt aus dem Hochdruck-Dampfsystem (bei Kesseln ohne Zwischenüberhitzung) oder aus dem Zwischenüberhitzungssystem (bei Kesseln mit Zwischenüberhitzung, welches den entspannten Hochdruckdampf bei mittleren Drücken zwischen-überhitzt) in das Hilfsdampfsystem eingespeist und stellt den Dampf zur Bedampfung der Wellendichtungen, etc. zur Verfügung. Falls die Temperatur des Dampfes zur Bedampfung der Wellendichtungen am Anfang nicht ausreichend hoch sein sollte, wird die Temperatur dieses Teilmassenstromes innerhalb des Hilfsdampfsystems mittels elektrischer Überhitzer entsprechend erhöht.

[0008] Gemäß der Erfindung wird nun der für die Bedampfung der Wellendichtungen, etc. nicht benötigte Dampf über das Dampfsystem oder das Hilfsdampfsystem als Treibdampf für einen zusätzlichen Anfahrstrahler, d.h. eine dampfbetriebene Strahlpumpe, welche nur während des Anfahrvorganges in Betrieb ist, zur Verfügung gestellt, mit deren Hilfe das notwendige Kondensatorvakuum für das Öffnen der Dampfumleitstationen viel schneller erreicht wird.

[0009] Zweckmäßiger Weise ist die Strahlpumpe zusätzlich zu der für den Normalbetrieb erforderlichen Evakuierungseinrichtung installiert und die für den Normalbetrieb notwendigen Evakuierungseinrichtungen (z.B. Wasserringpumpen) sind sinnvollerweise für die schnelle Evakuierung des Dampfturbinenkondensators zusätzlich in Betrieb.

[0010] Vorteilhafter Weise ist der Anfahrstrahler dabei speziell auf das Erreichen des für das Öffnen der Umleitstationen notwendigen Vakuums (d.h. Erreichen der minimal notwendigen Druckabsenkung) auszulegen und nicht für das im Normalbetrieb erforderliche Hochvakuum, um eine möglichste schnelle Evakuierung hin zu diesem Punkt zu ermöglichen.

[0011] Vorteilhafter Weise ist der Anfahrstrahler so bemessen, dass er den gesamten überschüssigen Dampf (unter Berücksichtigung der Einspritzwassermengen) solange verwenden/ableiten kann bis die Umleitstation zum Dampfturbinenkondensator öffnet, ohne dass der Druck im Kessel unzulässig ansteigt und weiterhin die notwendige Durchströmung der Überhitzerheizflächen im Kessel sichergestellt ist.

[0012] Zur maximalen Verkürzung der Anfahrzeit des Kraftwerkes ist es zweckmäßig, wenn der Anfahrstrahler so ausgelegt ist, dass ein ungehindertes Hochfahren der Dampfleistung des Hochdruckteils des Kessels möglich ist. Wie groß der verwendbare Dampfüberschuss ist, hängt neben dem Wellendichtdampfverbrauch auch von weiteren ggf. vorhandenen Hilfsdampfverbrauchern ab (z.B. Speisewassertank), wobei diese erst versorgt werden sollten, nachdem der Auslegungstreibdampfmassenstrom für den Anfahrstrahler erreicht wurde.

[0013] Das Luft-/Dampfgemisch, welches den Anfahrstrahler verlässt, wird entweder in die Umgebung abgegeben, was einen entsprechenden Wasserverlust bedeutet, nur dass dieser wesentlich geringer ausfällt als bei der Anfahrventillösung wegen der geringeren Dauer bis das notwendige Vakuum im Dampfturbinenkondensator hergestellt ist und die Umleitstationen öffnen können, oder es wird vorteilhafter Weise über einen weiteren Kondensator an die Umgebung abgegeben, was den Wasserverlust weiter verringert. Dabei ist der weitere Kondensator der Strahlpumpe nachgeschaltet. Der dem Anfahrstrahler ggf. nachgeschaltete Kondensator kann als Oberflächenkondensator oder als Einspritzkondensator ausgeführt werden. Die Ausführung als Einspritzkondensator hätte dabei den Vorteil eines besonders einfachen und kostengünstigen Aufbaus, insbesondere dann, wenn nur das Rohr für die Ableitung des Luft-/Dampfgemischs etwas größer dimensioniert wird und das Einspritzwasser dort entsprechend verteilt wird.

[0014] In einer vorteilhaften Ausführungsform ist dabei der weitere Kondensator mit einem Kondensatsammelbehälter des Dampfturbinenkondensators zum Kühlen des weiteren Kondensators durch Kondensat aus dem Dampfturbinenkondensatorsammelbehälter verbunden. Gleichzeitig wird das Kondensat im Kondensatsammelbehälter (Hotwell) erwärmt und damit eine bessere Entgasung im Dampfturbinenkondensator und somit auch ein schnelleres Anfahren ermöglicht, weil Dampfreinheitsbedingungen schneller erreicht werden.

[0015] In einer alternativen oder ergänzenden Ausgestaltung der Erfindung ist der weitere Kondensator mit einer Kreislaufzusatzwasserleitung zum Kühlen des weiteren Kondensators mit Kreislaufzusatzwasser verbunden. Als Vorteile ergeben sich ebenfalls eine bessere Entgasung im Kondensator und ein schnelleres Anfahren.

[0016] Zweckmäßiger Weise ist ein Regelventil im Dampfsystem vor der Strahlpumpe zum Regeln des Treibdampfes angeordnet.

[0017] Vorteilhafter Weise ist ein Absperrventil mit Dichtwasseranschluss auf der Saugseite der Strahlpumpe angeordnet. Es übernimmt dabei auch die Funktion einer Druckentlastung für den Dampfturbinenkondensator, falls die Entwässerungen aus dem Wasserdampfkreislauf direkt auf den Dampfturbinenkondensator geleitet werden und verhindert somit das unkontrollierte Austreten von Dampf im Bereich der Dampfturbine.

[0018] Bei Dampferzeugern ohne Zwischenüberhitzung ist es zweckmäßig, wenn Dampf aus dem Hochdruckdampfsystem des Kraftwerks zur Einspeisung in das Hilfsdampfsystem entnehmbar ist.

[0019] Bei Dampferzeugern mit Zwischenüberhitzung ist es zweckmäßig, wenn Dampf zur Einspeisung in das Hilfsdampfsystem aus dem Zwischenüberhitzungssystem des Kraftwerks entnehmbar ist.

[0020] Vorteilhafter Weise ist dieser Dampf über eine Umleitstation, welche ihn entsprechend konditioniert, in das Hilfsdampfsystem einspeisbar. Konditionierung bedeutet ggf. eine notwendige Druck- und Temperaturanpassung durch Drosselung und Wassereinspritzung.

[0021] Im erfinderischen Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage mit integrierter Dampfturbine, einem Dampferzeuger, einem Dampfturbinenkondensator und betrieblichen Evakuierungseinrichtungen für den Dampfturbinenkondensator im Normalbetrieb sowie einer Umleitstation zum Leiten von Frischdampf vom Dampferzeuger um die Dampfturbine, wird im Hochdruckteil des Dampferzeugers erzeugter Dampf in ein Dampfsystem oder ein Hilfsdampfsystem eingespeist und als Treibdampf für eine Strahlpumpe verwendet, wobei mit Hilfe der Strahlpumpe ein für ein Öffnen der Umleitstation erforderliches Vakuum im Dampfturbinenkondensator erzeugt wird, indem diese Strahlpumpe parallel zu den betrieblichen Evakuierungseinrichtungen betrieben wird.

[0022] Dabei ist es vorteilhaft, wenn ein die Strahlpumpe verlassendes Luft-/Dampfgemisch über einen weiteren Kondensator in die Umgebung abgegeben wird.

[0023] Es ist zweckmäßig, wenn das Luft-/Dampfgemisch im weiteren Kondensator ein Kondensat aus einem Dampfturbinenkondensatorsammelbehälter (Hotwell) erwärmt.

[0024] Alternativ kann es zweckmäßig sein, wenn das Luft-/Dampfgemisch im weiteren Kondensator ein Kreislaufzusatzwasser erwärmt.

[0025] Vorteilhafter Weise wird die Strahlpumpe nur während des Anfahrvorganges der Kraftwerksanlage betrieben.

[0026] Diese Erfindung erübrigt den Einsatz des Hilfskessels und die damit zusammenhängenden hohen Invest- und Betriebskosten. Der Vorteil im Invest gilt auch bei Einsatz des optionalen Kondensators; der Wasserverbrauch liegt dann in der gleichen Größenordnung (Restdampfverluste aus dem Kondensator vs. HIDE-Abschlämmung), ohne Kondensator ist von einem Wassermehrverbrauch auszugehen. Falls das Vakuum im Dampfturbinenkondensator gebrochen wurde, ist auch die Anfahrzeit in jedem Fall kürzer, falls nicht, ist im Regelfall von einer Verlängerung auszugehen. Der Einsatz des einfach aufgebauten, wartungsfreien Anfahrstrahlers verbessert im Vergleich zur komplexen Hilfskessellösung auch die Verfügbarkeit der Gesamtanlage, da bei nicht Vorhandensein einer alternativen Hilfsdampfquelle eine Nichtverfügbarkeit des HIDE in der Regel auch eine Nichtverfügbarkeit der Gesamtanlage zur Folge hat.

[0027] Gegenüber der Anfahrventillösung ist der Einsatz des Anfahrstrahlers die Alternative mit verkürzter Startzeit, geringerem Wasserverbrauch und verbessertem Umweltprofil. Bezogen auf den Invest ergeben sich nur geringe Nachteile, solange auf den nachgeschalteten Kondensator verzichtet wird (Verzicht auf die kesselbezogenen Anfahrventile kompensiert zum Teil die kesselbezogenen Umleitstationen hin zum Hilfsdampfsystem, größere Dimensionierung des Hilfsdampfsystems, etc.). Bezieht man allerdings die Verringerung des Invests durch eine ggf. kleinere Wasseraufbereitungsanlage/ kleineren Deionattank in die Rechnung ein, ergibt sich neben der Verringerung der Betriebskosten auch mindestens ein Ausgleich der zuvor genannten Investkostennachteile. Die Verwendung des nachgeschalteten Kondensators kann, trotz dann erhöhtem Invest, durchaus von Vorteil sein, da die Kosten für die Wasseraufbereitung und deren Betrieb noch weiter verringert werden und gleichzeitig Umweltgesetze leichter eingehalten werden können. Außerdem lässt sich mit dem nachgeschalteten Kondensator eine weitere Startzeitverkürzung der Gesamtanlage mit entsprechender Brennstoffeinsparung erreichen, da neben dem verkürzten Evakuierungszeitraum auch das Kondensat bzw. das Kreislaufzusatzwasser erwärmt wird und damit die Entgasung im Dampfturbinenkondensatorhotwell verbessert wird und somit die Reinheitsbedingungen für den Dampfturbinenbetrieb schneller erreicht werden.

[0028] Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:

Figur 1

einen Ausschnitt aus einer Dampfturbinenanlage und

Figur 2

das Prinzip einer Strahlpumpe.

[0029] Die Figur 1 zeigt schematisch und beispielhaft einen Ausschnitt aus einer Kraftwerksanlage 1 nach der Erfindung. Im Hochdruckdampfkessel/Hochdruckteil des Abhitzedampferzeugers (nicht gezeigt) erzeugter Dampf wird über ein entsprechendes Dampfsystem 2 und eine Umleitstation 3 in das Hilfsdampfsystem 4 eingespeist. Dieser Dampf wird als Treibdampf für den Anfahrstrahler 5, d.h. eine dampfbetriebene Strahlpumpe, zur Verfügung gestellt, die saugseitig mit dem Dampfturbinenkondensator 6 und antriebsseitig mit dem Hilfsdampfsystem 4 verbunden ist. Die für den Normalbetrieb des Dampfturbinenkondensators 6 notwendigen Evakuierungseinrichtungen 7, z.B. Wasserringpumpen 7, sind zusätzlich in Betrieb. Im Ausführungsbeispiel wird das Luft-/Dampfgemisch, welches den Anfahrstrahler 5 verlässt, über einen weiteren Kondensator 8 an die Umgebung abgegeben. Der weitere Kondensator 8 kann als Einspritzkondensator ausgeführt sein und wird durch Kondensat aus dem Kondensatsammelbehälter des Dampfturbinenkondensators 6, welches über eine Kondensatpumpe 9 und eine Einspritzwasserversorgungsleitung 10 bereitgestellt wird, gekühlt. Alternativ oder ergänzend kann die Kühlung des weiteren Kondensators 8 auch mit Wasser aus der Kreislaufzusatzwasserleitung 11 erfolgen. Der Anfahrstrahler 5 weist ein Regelventil 12 für den Treibdampf und ein Absperrventil 13 mit Dichtwasseranschluss auf. Der Anfahrstrahler 5 ist beim Anfahren der Kraftwerksanlage 1 solange in Betrieb, bis ein für das Öffnen der Umleitstation 21 notwendiges Vakuum im Dampfturbinenkondensator 6 erreicht ist.

[0030] Das Grundprinzip der Strahlpumpe 5 ist in Figur 2 erläutert. Die Strahlpumpe 5 umfasst eine Antriebsseite 14, eine Saugseite 15 und eine Druckseite 16. Die Strahlpumpe 5 ist mit ihrer Antriebsseite 14 in das Hilfsdampfsystem 4 geschaltet, so dass Dampf 18 mit hoher Geschwindigkeit aus der Treibdüse 17 austritt und Luft 19 aus dem Dampfturbinenkondensator 6, der an der Saugseite 15 angeschlossen ist, mitreißt, wobei sich ein Luft-/Dampfgemisch 20 bildet, das über die Druckseite 16 abgegeben wird.

Ansprüche

1. Kraftwerksanlage (1) umfassend eine Dampfturbine, einen Dampferzeuger, ein zwischen Dampferzeuger und Dampfturbine angeordnetes Dampfsystem (2), ein Hilfsdampfsystem (4), das mit dem Dampfsystem (2) verbunden ist, und einen Dampfturbinenkondensator (6), dadurch gekennzeichnet, dass eine Strahlpumpe (5) zum Evakuieren des Dampfturbinenkondensators (6) saugseitig mit dem Dampfturbinenkondensator (6) und antriebsseitig mit dem Hilfsdampfsystem (4) oder mit dem Dampfsystem (2) verbunden ist.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, wobei die Strahlpumpe (5) zusätzlich zu einer für den Normalbetrieb erforderlichen Evakuierungseinrichtung (7) installiert ist.

3. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Strahlpumpe (5) auf das für das Öffnen einer Umleitstation (21) zum Umleiten von Frischdampf aus dem Dampferzeuger um die Dampfturbine notwendige Vakuum ausgelegt ist.

4. Kraftwerksanlage nach Anspruch 3, wobei die Strahlpumpe (5) so ausgelegt ist, dass sie den überschüssigen Dampf solange vollständig ableiten kann, bis die Umleitstation (21) zum Dampfturbinenkondensator (6) öffnet, ohne dass der Druck im Dampferzeuger unzulässig ansteigt und weiterhin die notwendige Durchströmung von Überhitzerheizflächen im Dampferzeuger sichergestellt ist.

5. Kraftwerksanlage nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Strahlpumpe (5) so ausgelegt ist, dass ein ungehindertes Hochfahren der Dampfleistung des Hochdruckteils des Dampferzeugers möglich ist.

6. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein weiterer Kondensator (8) der Strahlpumpe (5) nachgeschaltet ist.

7. Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 6, wobei der weitere Kondensator (8) mit einem Kondensatsammelbehälter des Dampfturbinenkondensators (6) zum Kühlen des weiteren Kondensators (8) verbunden ist.

8. Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der weitere Kondensator (8) mit einer Kreislaufzusatzwasserleitung (11) zum Kühlen des weiteren Kondensators (8) verbunden ist.

9. Kraftwerksanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Dampf über eine Umleitstation (3) in das Hilfsdampfsystem (4) einspeisbar ist.

10. Verfahren zum Anfahren einer Kraftwerksanlage (1) mit integrierter Dampfturbine, einem Dampferzeuger, einem Dampfturbinenkondensator (6) und betrieblichen Evakuierungseinrichtungen (7) für den Dampfturbinenkondensator (6) im Normalbetrieb sowie einer Umleitstation (21) zum Leiten von Frischdampf vom Dampferzeuger um die Dampfturbine, dadurch gekennzeichnet, dass im Hochdruckteil des Dampferzeugers erzeugter Dampf in ein Dampfsystem (2) oder Hilfsdampfsystem (4) eingespeist wird und als Treibdampf für eine Strahlpumpe (5) verwendet wird, wobei mit Hilfe der Strahlpumpe (5) ein für ein Öffnen der Umleitstation (21) erforderliches Vakuum im Dampfturbinenkondensator (6) erzeugt wird, indem diese Strahlpumpe (5) parallel zu den betrieblichen Evakuierungseinrichtungen (7) betrieben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei ein die Strahlpumpe (5) verlassendes Luft-/Dampfgemisch über einen weiteren Kondensator (8) in die Umgebung abgegeben wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Luft-/Dampfgemisch im weiteren Kondensator (8) ein Kondensat aus einem Dampfturbinenkondensatorsammelbehälter erwärmt.

13. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Luft-/Dampfgemisch im weiteren Kondensator (8) ein Kreislaufzusatzwasser erwärmt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Strahlpumpe (5) nur während des Anfahrvorganges der Kraftwerksanlage (1) betrieben wird.

Zeichnung