Dampfkraftwerk mit einem flüssigkeitsgekühlten Generator

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit einen Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 mit einem Dampferzeuger 1 zum Umwandeln einer Flüssigkeit in einen Dampf, einer Dampfturbine 2 und einem Kondensator 6 zum Umwandeln des Dampfes in die Flüssigkeit, einen Generator 7 und eine Flüssigkeitskühlung des Generators 15, wobei die Flüssigkeitskühlung 15 eine Verbindung mit dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 über einen Bypass-förmigen Strömungsweg 9 aufweist, durch den die Flüssigkeit vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 abzweigend zur Flüssigkeitskühlung 15 hin und von der Flüssigkeitskühlung 15 zuleitend zum Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 hin strömbar ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit einem flüssigkeitsgekühlten Generator.

[0002] In einem Dampfkraftwerk zur Erzeugung elektrischer Energie wird ein Fluid, insbesondere Wasser, in einem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf zirkuliert. Der Flüssigkeits-/Dampfkreislauf weist einen Dampferzeuger, eine Dampfturbine und einen Kondensator auf, wobei in dem Dampferzeuger flüssiges Wasser in Wasserdampf umgewandelt wird. Der Wasserdampf wird anschließend in der Dampfturbine entspannt, wobei die Dampfturbine einen elektrischen Generator des Dampfkraftwerks antreibt. Der Begriff Dampfturbine wird hier synonym für Turbinenanlage verwendet, die gewöhnlich mehrere Turbinen aufweist, wobei die erste, zweite etc. Turbinen entsprechend dem Druckgefälle des Dampfes als Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbine bezeichnet werden. Nach dem Austritt des Wasserdampfes aus der Dampfturbine wird der Wasserdampf in dem Kondensator verflüssigt, das dabei entstehende Wasser in einem Kondensatsammelbehälter aufgefangen und wieder dem Kessel zugeführt. Dabei strömt das Fluid durch Rohrleitungen zwischen den einzelnen Bestandteilen des Flüssigkeits-/Dampfkreislaufs.

[0003] Dampfkraftwerke mit wassergekühlten Generatoren können neben dem oben beschriebenen Flüssigkeits-/Dampfkreislauf mehrere separate Kreisläufe zur Zirkulation eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit und ganz besonders von Wasser, aufweisen. Dabei dient ein Kühlflüssigkeitskreislauf im Generator zur Bereitstellung von Kühlflüssigkeit mit niedriger Temperatur, Übertragung von Wärme in einem Kühler und Abführung der Kühlflüssigkeit. Neben vollständig wassergekühlten Generatoren weisen auch gasgekühlte Generatoren einen separaten Wasserkreislauf zur Kühlung auf. Für das Betreiben des Flüssigkeitskreislaufs zum Kühlen des Generators muss extern Kühlflüssigkeit und Energie bereitgestellt werden, wodurch sich der Wirkungsgrad des Dampfkraftwerks verringert.

[0004] Auf dem Weg vom Kondensator zum Dampferzeuger die Temperatur des Wassers bzw. der Flüssigkeit durch Vorwärmer kontinuierlich erhöht. Der Abschnitt des Flüssigkeits-/Dampfkreislaufs, der die Vorwärmer aufweist, wird auch als Vorwärmstrecke bezeichnet. Ein Vorteil des Vorwärmens ist Energieersparnis und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrads, weil nicht zu kaltes Wasser im Dampferzeuger erhitzt werden muss. Weiterhin wird das Material des Dampferzeugers bei Speisung mit heißem Wasser nicht zu starken Temperaturveränderungen ausgesetzt. Zum Vorwärmen der Flüssigkeit wird beispielsweise Dampfenergie genutzt, indem aus der Dampfturbine, besonders aus Mittel- und / oder Niederdruckturbine, Dampf abgezapft und in entsprechenden Wärmetauschern kondensiert wird. Durch die Dampfentnahme verringert sich jedoch die Kraftwerksleistung, da weniger Dampf zum Antreiben der Turbine zur Verfügung steht.

[0005] Aufgabe der Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerks weiter zu erhöhen.

[0006] Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.

[0007] Das erfindungsgemäße Dampfkraftwerk weist einen Flüssigkeits-/Dampfkreislauf mit einem Dampferzeuger zum Umwandeln einer Flüssigkeit in einen Dampf, einer Dampfturbine und einem Kondensator zum Umwandeln des Dampfes in die Flüssigkeit, einen Generator und eine Flüssigkeitskühlung des Generators auf, wobei die Flüssigkeitskühlung eine Verbindung mit dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf über einen Bypass-förmigen Strömungsweg aufweist, durch den die Flüssigkeit vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf abzweigend zur Flüssigkeitskühlung hin und von der Flüssigkeitskühlung zuleitend zum Flüssigkeits-/Dampfkreislauf hin strömbar ist.

[0008] Unter Flüssigkeit wird insbesondere Wasser verstanden. Mit anderen Worten wird ein Teil des Wassers im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf abgezweigt und zur direkten Kühlung des Generators verwendet, wobei darunter besonders die Kühlung der feststehenden Teile des Generators und ganz besonders der Generatorständerstäbe zu verstehen ist. Vom Generator aus wird es an geeigneter Stelle der Vorwärmstrecke wieder in den Kreislauf zurückgepumpt. Dem Fachmann ist bekannt, dass das Wasser zur Korrosionsbeständigkeit des Generators entsprechend behandelt sein muss.

[0009] Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Dampfkraftwerk im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf weiterhin einen oder mehrere Vorwärmer auf, in denen die Flüssigkeit vorgewärmt wird, einen Überhitzer, in denen der erzeugte Dampf vor Eintritt in die Hochdruckturbine überhitzt wird, einen oder mehrere Zwischenerhitzer, in denen der teilentspannte Dampf vor Eintritt in die Mitteldruck- bzw. Niederdruckturbine wieder überhitzt wird, und stromaufwärts vor dem Dampferzeuger mindestens eine Speiseflüssigkeitspumpe, welche die Flüssigkeit vor Eintritt in den Dampferzeuger auf hohen Druck bringt. Weiterhin bevorzugt weist das erfindungsgemäße Dampfkraftwerk im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf einen Entgaser zum Austreiben und Abführen nicht kondensierbarer Gase wie Stickstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff aus dem Kondensat auf.

[0010] Die Erfindung ist vorteilhaft, weil durch den Bypass-förmigen Strömungsweg ein separat zu betreibender Kühlwasserkreislauf für die Kühlung des Generators eingespart wird. Die Erfindung ist weiterhin vorteilhaft, weil die Wärme, die das Wasser bei der Kühlung des Generators aufnimmt, für die Vorwärmung des Wassers vor Eintritt in den Dampferzeuger genutzt werden kann. Damit kann die Vorwärmung durch eine Energiequelle erfolgen, deren Wärmeenergie sonst ungenutzt als Abwärme an die Umgebung abgegeben würde. Somit wird für die Vorwärmung nicht die herkömmliche Menge an Dampf benötigt, die aus der Dampfturbine abgezapft werden muss. Damit steht mehr Dampf für die Energiegewinnung zur Verfügung. Mit anderen Worten führt die Nutzung der Abwärme des Generators zur Temperaturerhöhung des Wassers vor dem Dampferzeuger im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf zu Energieeinsparung, Materialersparnis und einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrads des Kraftwerks.

[0011] Im Folgenden wird anhand der beigefügten schematischen Zeichnung die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1

eine schematische Darstellung eines Dampfkraftwerks mit einem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf und einem Generator, wobei der Flüssigkeits-/Dampfkreislauf über einen Bypass-förmigen Strömungsweg mit der Kühlung des Generators verbunden ist, durch den flüssiges Wasser strömbar ist.

[0012] Dabei wird durch den Bypass-förmigen Strömungsweg 9 Flüssigkeit für die Kühlung des Generators 7 bereitgestellt, wobei Wasser vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 für die Kühlung genutzt werden kann. Die Wärme, die das Wasser bei der Kühlung des Generators 7 aufnimmt, wird für die Vorwärmung des Wassers vor Eintritt in den Dampferzeuger 1 genutzt. Entsprechend der dadurch erreichten Wärmezufuhr muss aus der Mitteldruckturbine 4 und / oder der Niederdruckturbine 5 der Dampfturbine 2 muss somit entsprechend weniger Dampf abgezapft und zu dem Vorwärmer 11 und / oder dem Vorwärmer 12 über die Dampfleitungen 14 geleitet werden.

[0013] Es ist bevorzugt, wenn der Bypass-förmige Strömungsweg 9 eine stromabwärts nach dem Kondensator 6 und vor dem Dampferzeuger 1 vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 angeordneten abzweigende Flüssigkeitsleitung 9a aufweist, über welche die Flüssigkeit vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 zur Flüssigkeitskühlung des Generators 15 hin strömbar ist. Mit anderen Worten weist der abzweigende Teil des Bypass-förmigen Strömungswegs 9a einen stromabwärts nach dem Kondensator 6 und stromaufwärts vor dem Dampferzeuger 1 angeordneten Abzweig 18 vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 auf. Bevorzugt ist die abzweigende Flüssigkeitsleitung 9a so angeordnet, dass sie stromaufwärts vor den Vorwärmern 11, 12 abzweigt. An der Stelle der Abzweigung 18 kann bevorzugt ein Ventil angeordnet sein. Dies kann ein Regelventil sein, um den Massenstrom des Wassers zu steuern, und/oder ein Rückschlagventil, um ein Zurückströmen des zur Kühlung vorgesehenen Wassers in den Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 zu verhindern. Es können auch mehrere Ventile an der Stelle der Abzweigung 18 und auch in der Flüssigkeitsleitung 9a angeordnet sein.

[0014] Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 stromabwärts nach dem Kondensator 6 und stromaufwärts vor dem Abzweig des Bypass-förmigen Strömungsweges 18 mindestens eine Kondensatpumpe 10 aufweist. Die Anordnung der Kondensatpumpe 10 an dieser Stelle ist vorteilhaft, weil dadurch dem Kondensat bzw. dem flüssigen Wasser genügend Strömungskraft verliehen wird, um in ausreichender Menge in den Bypass-förmigen Strömungsweg 9 hineinzuströmen.

[0015] Bevorzugtermaßen weist der Bypass-förmige Strömungsweg 9 eine zum Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 hin zuleitenden Teil, auch als zuleitende Flüssigkeitsleitung 9b bezeichnet, auf, über welche die Flüssigkeit von der Flüssigkeitskühlung 15 zum Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 hin transportierbar ist. Dabei weist die zuleitende Flüssigkeitsleitung 9b des Bypass-förmigen Strömungswegs 9 eine stromaufwärts nach dem Abzweig des Bypass-förmigen Strömungswegs über 18 und stromaufwärts vor dem Dampferzeuger 1 angeordnete Einmündung 19 in den Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 auf. Es ist vorteilhaft, wenn der Bypass-förmige Strömungsweg 9 vor Vorwärmern 11 und / oder 12 mit dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 zuleitend verbunden ist, weil so erfasst werden kann, mit welcher Temperatur das Wasser strömt und ob bzw. zu welchem Grad es noch durch Dampf aus der Dampfturbine 2 weiter erwärmt werden muss. Die zuleitende Flüssigkeitsleitung 9b kann jedoch auch an einer anderen geeigneten Stelle der Vorwärmstrecke mit dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 verbunden sein, beispielsweise zwischen den Vorwärmern 11 und 12, oder auch zwischen den Vorwärmern und der Speiseflüssigkeitspumpe 17.

[0016] Es ist bevorzugt, wenn der Bypass-förmige Strömungsweg 9 mindestens eine Bypass-Pumpe 16 aufweist. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil dadurch dem flüssigen Wasser die nötige Strömungskraft verliehen wird, um in ausreichender Menge in den Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 hineinzuströmen. Es ist deshalb besonders bevorzugt, wenn die mindestens eine Bypass-Pumpe 16 zwischen Generatorkühlung 15 und Flüssigkeits/Dampfkreislauf 8 angeordnet ist. Es ist ebenfalls bevorzugt, wenn die mindestens eine Pumpe 10 stromabwärts zwischen dem Abzweig von dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 18 und der Generatorkühlung 15 angeordnet ist. Es ist auch möglich, dass mehrere Bypass-Pumpen 16 in dem Bypass-förmigen Strömungsweg 9 angeordnet sind.

[0017] Bevorzugtermaßen ist an der Einmündung 19 der zuleitenden Verbindung 9b des Bypass-förmigen Strömungswegs in den Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 ein Ventil angeordnet. Dies kann ein Regelventil sein, um die Strömung des Wassers zu steuern, und/oder ein Rückschlagventil, um ein Zurückströmen des Wassers in den Bypass-förmigen Strömungsweg 9 zu verhindern. Bevorzugtermaßen können auch Ventile innerhalb der zuleitenden Flüssigkeitsleitung 9b angeordnet sein.

[0018] Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Bypass-förmige Strömungsweg 9 eine Vorrichtung zum Entmineralisieren des flüssigen Wassers aufweist. Die Vorrichtung zum Entmineralisieren ist vorteilhaft, da gelöste Mineralien die elektrische Leitfähigkeit des Wassers begünstigen bzw. sie ermöglichen. Dies kann sich am Elektrizität generierenden Generator nachteilig auswirken. Die Vorrichtung zum Entmineralisieren ist weiterhin vorteilhaft, weil entmineralisiertes Wasser weniger korrosiv wirkt und dadurch die Korrosion des Materials möglichst gering gehalten wird. Um besonders die elektrische Leitfähigkeit des Wassers möglichst niedrig zu halten, sollte ein stärkeres Entmineralisieren des Wassers vor Eintritt in den Generator bzw. den Generatorbereich mit entsprechenden Flüssigkeitsleitungen stattfinden. In diesem Sinne ist es besonders vorteilhaft und deshalb bevorzugt, wenn die Vorrichtung zum Entmineralisieren des flüssigen Wassers vor dem Generator 7, also in der Flüssigkeitsleitung 9a, angeordnet ist. Prinzipiell ist es aber auch möglich, dass die Vorrichtung zum Entmineralisieren im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 angeordnet ist. Um die Leitfähigkeit von vornherein einzuschränken, sollte jedoch vorteilhafterweise generell entsalzenes Wasser im Flüssigkeits-/Dampfkreislauf 8 verwendet werden.

[0019] Wie eingangs erwähnt werden auch gasgekühlte Generatoren über einen separaten Wasserkreislauf gekühlt. Daher ist die beschriebene Erfindung auch mit gasgekühlten Generatoren prinzipiell realisierbar und verwendbar.

[0020] Obwohl die Erfindung durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt. Andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne der Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Dampfkraftwerk, aufweisend einen Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (8) mit einem Dampferzeuger (1) zum Umwandeln einer Flüssigkeit in einen Dampf, einer Dampfturbine (2) und einem Kondensator (6) zum Umwandeln des Dampfes in die Flüssigkeit, einen Generator (7) und eine Flüssigkeitskühlung des Generators (15),
wobei die Flüssigkeitskühlung (15) eine Verbindung mit dem Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (8) über einen Bypass-förmigen Strömungsweg (9) aufweist, durch den die Flüssigkeit vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (8) abzweigend zur Flüssigkeitskühlung (15) hin und von der Flüssigkeitskühlung (15) zuleitend zum Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (8) hin strömbar ist.

2. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 1,
wobei der abzweigende Teil des Bypass-förmigen Strömungswegs (9a) einen stromabwärts nach dem Kondensator (6) und stromaufwärts vor dem Dampferzeuger (1) angeordneten Abzweig vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (18) aufweist.

3. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 2,
wobei der Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (8) eine stromabwärts nach dem Kondensator (6) und stromaufwärts vor dem Abzweig des Bypass-förmigen Strömungsweges vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (18) mindestens eine Kondensatpumpe (10) aufweist.

4. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 2 oder 3,
wobei der zuleitende Teil des Bypass-förmigen Strömungswegs (9b) eine stromabwärts nach dem Abzweig des Bypass-förmigen Strömungswegs (18) und stromaufwärts vor dem Dampferzeuger (1) angeordnete Einmündung in den Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (19) aufweist.

5. Dampfkraftwerk gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bypass-förmige Strömungsweg (9) mindestens eine Bypass-Pumpe (16) aufweist.

6. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 5,
wobei die mindestens eine Bypass-Pumpe (16) stromabwärts des Abzweigs des Bypass-förmigen Strömungswegs vom Flüssigkeits-/Dampfkreislauf (18) und stromaufwärts der Generatorkühlung (15) angeordnet ist.

7. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 5,
wobei die mindestens eine Bypass-Pumpe (16) stromabwärts der Generatorkühlung (15) und stromaufwärts der Einmündung des Bypass-förmigen Strömungswegs in den Flüssigkeits/Dampfkreislauf (19) angeordnet ist.

8. Dampfkraftwerk gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Bypass-förmige Strömungsweg (9) eine Vorrichtung zum Entmineralisieren der Flüssigkeit aufweist.

9. Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 8,
wobei die Vorrichtung zum Entmineralisieren der Flüssigkeit stromaufwärts vor dem Generator (7) angeordnet ist.

Zeichnung