Dampfkraftanlage mit Spindelleckdampfleitung

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage (1) umfassend eine Dampfturbine (2) und eine Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20), wobei in der Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) eine Armatur (14a, 14b) angeordnet ist, um den Spindelleckdampf dadurch in einen geeigneten Spindelleckdampfsammler (16) wie z.B. in einen Kondensator (8) führen zu können.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage umfassend eine Dampfturbine, eine Dampfleitung, die mit der Dampfturbine strömungstechnisch verbunden ist und zum Leiten von Dampf ausgebildet ist, ein Ventil, das in der Dampfleitung angeordnet ist und zum Ändern einer Dampfdurchflussmenge des Dampfes durch die Dampfleitung ausgebildet ist, wobei im Betrieb in dem Ventil ein Spindelleckdampf entsteht und dieser mit einer Spindelleckdampfleitung strömungstechnisch verbunden ist, einen Spindelleckdampfsammler, der strömungstechnisch mit der Spindelleckdampfleitung verbunden ist.

[0002] Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftanlage.

[0003] Dampfkraftanlagen umfassen üblicherweise eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger, wobei eine Dampfleitung derart ausgebildet und angeordnet ist, dass ein im Dampferzeuger erzeugter Dampf zur Dampfturbine strömen kann. In dem Dampferzeuger kann Dampf mit einer Temperatur von über 600°C und einem Druck von über 300 bar entstehen. Solch hohe Temperaturen und Drücke des Dampfes stellen eine Herausforderung an die in den Dampfleitungen angeordneten Ventile dar. In der Regel werden in einer Dampfleitung, in der ein Dampf zu einer Dampfturbine geführt wird, zwei Ventile angeordnet und zwar ein Schnellschlussventil und ein Stellventil. Das Schnellschlussventil ist zum schnellen Schließen in einem Störfall vorgesehen und entsprechend für diesen Fall ausgebildet. Das Stellventil übernimmt die Aufgabe, bei geöffnetem Schnellschlussventil die Dampfzufuhr durch die Dampfleitung zu regeln bzw. zu steuern.

[0004] Schnellschluss- als auch Stellventile werden in modernen Dampfkraftanlagen im Wesentlichen aus einem Ventilgehäuse und einem Ventilkegel ausgebildet, wobei der Ventilkegel in einer Richtung über eine Ventilspindel bewegbar ausgeführt ist. Zwischen der Ventilspindel und dem Ventilgehäuse kann Dampf strömen, wobei diese Strömung eine Verlustströmung ist und daher als Spindelleckdampf bezeichnet wird. Der Spindelleckdampf wird üblicherweise gesammelt und der Dampfkraftanlage als Dichtdampf zugeführt.

[0005] Infolge der hohen Temperaturen und hohen Drücke des Dampfes war bislang keine andere Einsatzmöglichkeit gegeben. Das Einleiten des Spindelleckdampfes beispielsweise direkt in einen Kondensator wäre nicht möglich, da bei bestimmten Betriebsbedingungen Luft in das Ventil gezogen wird und dadurch zu möglichen Schäden im Ventil führen könnte.

[0006] Die Erfindung versucht hier Abhilfe zu schaffen und hat es sich zur Aufgabe gestellt, eine Dampfkraftanlage anzugeben, bei der der Spindelleckdampf weiter genutzt werden kann.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dampfkraftanlage umfassend eine Dampfturbine, eine Dampfleitung zum Leiten von Dampf, ein Ventil, das in der Dampfleitung angeordnet ist, eine Spindelleckdampfleitung, die strömungstechnisch mit dem Ventil verbunden ist und einen Spindelleckdampfsammler, der strömungstechnisch mit der Spindelleckdampfleitung verbunden ist.

[0008] Des Weiteren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Betreiben der Dampfkraftanlage angeboten wird, bei der die Armatur öffnet, wenn ein Spindelleckdampf vor der Armatur ansteht und wieder schließt, wenn kein Spindelleckdampf aus dem Ventil strömt.

[0009] Mit der Erfindung wird somit vorgeschlagen, in der Spindelleckdampfleitung eine Armatur anzuordnen. Bei Betriebsbedingungen, bei der der Spindelleckdampf durch die Spindelleckdampfleitung strömt, bleibt die Armatur geöffnet. Um eine Rückströmung bei bestimmten Betriebsbedingungen zu vermeiden schließt die Armatur, wenn kein Spindelleckdampf nachströmt. Solche Betriebsbedingungen sollten über geeignete Messgeräte, die vor der Armatur in der Spindelleckdampfleitung angeordnet sind, erfasst werden. Geeignete Messapparaturen wären beispielsweise ein Messgerät zum Erfassen des Drucks des Spindelleckdampfes und/oder ein Messgerät zum Erfassen der Temperatur des Spindelleckdampfes.

[0010] Durch das Anordnen der Armatur kann nunmehr der Spindelleckdampf gezielt verwendet in einem größeren Einsatzgebiet berücksichtigt werden. Dadurch entsteht der Vorteil einer höheren Betriebssicherheit.

[0011] Bislang wurden die Spindelleckdampfleitungen in der Regel mit Wellendichtungssystemen der Dampfturbine strömungstechnisch verbunden. Da aus den Ventilen, wie zum Beispiel Frischdampf-Schnellschlussventil, Frischdampf-Stellventil und Abfang-Schnellschlussventil und Abfang-Stellventil der Spindelleckdampf mit hohen Temperaturen ausströmt, muss das gesamte Wellendichtdampfsystem auf diese hohe Temperatur ausgelegt werden, was das System teuer macht. Mit der Erfindung wird das gesamte Wellendichtdampfsystem somit kostengünstiger, da der Einsatz von günstigen Rohrleitungsmaterialien nunmehr möglich ist.

[0012] Des Weiteren ist der Einsatz von günstigen Materialien für das Leckdampfregel- und Leckdampfbypassventil möglich.

[0013] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0014] So wird in einer ersten vorteilhaften Weiterbildung die Armatur als Klappe ausgebildet. Hierbei wird in der Dampfleitung die Armatur mit einer im Stand der Technik bekannten Klappe ausgebildet. Durch eine Bewegung der Klappe wird der Durchfluss durch die Spindelleckdampfleitung geregelt. Eine Klappe ist eine vergleichsweise kostengünstige Möglichkeit, den Durchfluss eines Dampfes durch eine Leitung zu regeln.

[0015] Dazu wird in einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung die Klappe gesteuert ausgeführt. Das bedeutet, dass die Bewegung der Klappe über eine Steuereinheit erfolgt, der die Steuer- bzw. Regelgrößen von außen bedienbar zugeführt werden. Dadurch wird das Einsatzgebiet der Klappe vergrößert.

[0016] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist die Klappe als Rückschlagklappe ausgebildet.

[0017] In einem Fehler- oder Störfall kann somit eine ungewollte Rückströmung des Spindelleckdampfes zu den Ventilen verhindert werden. Eine Schädigung der Ventile in solch einem Stör- bzw. Schadensfall kann dadurch verhindert werden.

[0018] Vorteilhafterweise kann die Armatur als Ventil ausgebildet sein. Mit einem Ventil ist ein präziseres Regeln des Durchflusses durch die Spindelleckdampfleitung möglich und kann je nach gewünschtem Einsatzgebiet berücksichtigt werden. Die Ansteuerung des Ventils kann ebenso über eine Steuereinheit erfolgen. Dazu werden der Steuereinheit von außen Regelgrößen vorgegeben. Die Steuereinheit kann dabei derart ausgeführt sein, dass eine autarke Regelung erfolgen kann.

[0019] In einer vorteilhaften Weiterbildung wird in der Spindelleckdampfleitung ein Sicherheitsventil angeordnet, das zusätzlich zur Armatur angeordnet wird und das bei Überschreitung des maximal zulässigen Drucks aufmacht und die Ventile vor hohen Gegendrücken schützt.

[0020] In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist der Spindelleckdampfsammler als Kondensator ausgebildet. Bisher war das direkte Einführen des Spindelleckdampfes in den Kondensator nicht möglich. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer Armatur in der Spindelleckdampfleitung kann nunmehr der Spindelleckdampf direkt in den Kondensator geführt werden.

[0021] In einer vorteilhaften Weiterbildung kann der Spindelleckdampfsammler als Standrohr ausgebildet sein. Ein Standrohr ist in der Regel ein Wasserstandsregelgefäß, das vor einem Kondensator angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird der Spindelleckdampf direkt in das Standrohr geführt. In dem Standrohr, das im Wesentlichen gebogen ausgeführt ist, wird in einer geodätisch unten liegenden Stelle der Dampf eingeströmt, wobei der Dampf nach oben abströmt und gegebenenfalls über eine Wassereinspritzung schließlich zum Kondensator gelangt. Für den Fall, dass der Spindelleckdampf im Standrohr kondensiert, wird an einer geodätisch niedrigen Stelle das gesammelte Wasser über eine Wasserschleife zum Kondensator-Hotwell geführt.

[0022] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Spindelleckdampfsammler als LCM-Tank ausgebildet.

[0023] Ein LCM-Tank hat folgende Funktion: Aufnahme des anfallenden Kondensats oder der Dämpfe, die nicht mit dem Hauptkondensator verbunden werden können. Der LCM-Tank ist ein Behälter, in dem der Dampf kondensiert und Wasser gesammelt wird. Der LCM-Tank ist offen zur Atmosphäre. Dadurch herrscht im Behälter immer Atmosphärendruck.

[0024] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Betreiben der Dampfkraftanlage angegeben ist, wobei die Armatur öffnet, wenn Spindelleckdampf vor der Armatur ansteht und wieder schließt, wenn kein Spindelleckdampf aus dem Ventil strömt. Somit ist ein ungewolltes Ziehen von Luft in das Ventil wirksam verhindert.

[0025] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Sicherheitsventil erst dann geöffnet, sobald ein Maximaldruck in der Spindelleckdampfleitung erreicht wird, um die Turbinenventile vor hohen Gegendrücken zu schützen.

[0026] Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden.

[0027] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0028] Im Einzelnen zeigt die Zeichnung in:

Figur 1

eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage,

Figur 2

eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage,

Figur 3

eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage.

[0029] Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0030] Die Figur 1 zeigt eine Dampfkraftanlage 1 umfassend eine Dampfturbine 2, die eine erste Teilturbine 2a und eine zweite Teilturbine 2b umfasst. Der Übersichtlichkeit wegen ist ein Dampferzeuger und ein Generator nicht näher dargestellt. Des Weiteren ist die erste Teilturbine 2a als eine kombinierte Hochdruck- und Mitteldruck-Dampfturbine ausgebildet.

[0031] Frischdampf strömt aus einem nicht näher dargestellten Dampferzeuger über ein Schnellschlussventil 3 und ein mit dem Schnellschlussventil 3 strömungstechnisch verbundenen Stellventil 4 in eine Dampfleitung 5. Der Frischdampf strömt daher zunächst durch das Schnellschlussventil 3 und anschließend durch das Stellventil 4 und von dort über die Dampfleitung 5 in den Hochdruckteil 2c der ersten Teilturbine 2a. Nach Durchströmung des Hochdruckteils 2c der ersten Teilturbine 2a strömt der Dampf aus dem Hochdruckteil 2c heraus (nicht dargestellt) und wird in einem Zwischenüberhitzer wieder erwärmt und strömt anschließend über ein Mitteldruck-Schnellschlussventil 6 und Mitteldruck-Stellventil 7 in den Mitteldruckteil 2d der ersten Teilturbine 2a.

[0032] Nachdem der Dampf durch den Mitteldruckteil 2d der ersten Teilturbine 2a strömt, gelangt er schließlich zur zweiten Teilturbine 2b, die als Niederdruckturbine ausgebildet ist. Die Dampfleitung, die die erste Teilturbine 2a mit der zweiten Teilturbine 2b strömungstechnisch verbindet, ist nicht dargestellt und wird als Überströmleitung bezeichnet.

[0033] Nach Durchströmung der zweiten Teilturbine 2b strömt der Dampf anschließend in einen Kondensator 8 und kondensiert dort zu Wasser.

[0034] Der Übersichtlichkeit wegen ist ein Teil eines Dichtdampfsystems 9 bei der Dampfturbine 2 dargestellt. Der in das Schnellschlussventil 3 und das Stellventil 4 strömende Dampf zeichnet sich durch eine vergleichsweise hohe Temperatur und einen hohen Druck aus. Der in das Mitteldruck-Schnellschlussventil 6 und das Mitteldruck-Stellventil 7 zuströmende Dampf zeichnet sich durch eine hohe Temperatur bei einem im Vergleich zum vorherigen Fall geringeren Druck aus.

[0035] Die Ventile 3, 4, 6 und 7 umfassen ein Ventilgehäuse und eine Ventilspindel, die einen Ventilkegel bewegt. Eine Bewegung der Ventilspindel mit dem Ventilkegel führt zu einer Regelung des Dampfdurchflusses durch das Ventil und somit der Dampfdurchflussmenge des Dampfes durch die Dampfleitung 5. Jedes Ventil 3, 4, 6, 7 umfasst jeweils eine Steuereinheit 10, die zur Steuerung der Ventilspindel ausgebildet ist.

[0036] Der Spindelleckdampf strömt über eine erste Spindelleckdampfleitung 11 aus dem Schnellschlussventil 3. Aus dem Mitteldruck-Schnellschlussventil 6 strömt ebenfalls Spindelleckdampf über eine zweite Spindelleckdampfleitung 12 in eine gemeinsame dritte Spindelleckdampfleitung 13. In der dritten Spindelleckdampfleitung 13 ist eine Armatur 14a angeordnet. Nach Durchströmen des Dampfes durch die Armatur 14a gelangt der Spindelleckdampf über eine vierte Spindelleckdampfleitung 15 in einen Spindelleckdampfsammler 16.

[0037] Ähnlich dazu ist der Spindelleckdampf aus dem Stellventil 4 und dem Mitteldruck-Stellventil 7 ausgebildet. Der Spindelleckdampf aus dem Stellventil 4 wird über eine fünfte Spindelleckdampfleitung 17 geführt. Der aus dem Mitteldruck-Stellventil 7 ausströmende Spindelleckdampf gelangt in eine sechste Spindelleckdampfleitung 18. Die fünfte Spindelleckdampfleitung 17 und die sechste Spindelleckdampfleitung 18 münden in eine gemeinsame siebte Spindelleckdampfleitung 19, in der eine Armatur 14b angeordnet ist. Nach Durchströmung durch die Armatur 14b gelangt der Leckdampf in eine achte Spindelleckdampfleitung 20 und von dort schließlich in den Spindelleckdampfsammler 16.

[0038] In der dritten Spindelleckdampfleitung 13 ist zusätzlich zur Armatur 14a ein erstes Sicherheitsventil 21 und in der siebten Spindelleckdampfleitung 19 ist zusätzlich zur Armatur 14b ein zweites Sicherheitsventil 22 angeordnet.

[0039] Sobald ein Spindelleckdampf strömt, sind die Armaturen 14a und 14b geöffnet. Die Armaturen 14a und 14b machen wieder zu, wenn kein Spindelleckdampf strömt.

[0040] Die Armaturen 14a und 14b können als Klappen ausgebildet sein. Diese Klappen können über jeweils eine erste Steuereinheit 23a und eine zweite Steuereinheit 23b gesteuert werden. Dabei steuert die erste Steuereinheit 23a die erste Armatur 14a und die zweite Steuereinheit 23b die zweite Armatur 14b an.

[0041] In einer alternativen Ausführungsform kann die Klappe 14a, 14b als Rückschlagklappe ausgebildet sein.

[0042] Die Armatur 14a und 14b kann darüber hinaus als ein Ventil ausgebildet sein.

[0043] Die in Figur 1 dargestellte Dampfkraftanlage 1 zeichnet sich dadurch aus, dass der Spindelleckdampfsammler 16 als ein Kondensator 8 ausgebildet ist. Dabei kann es sich um einen Separator-Kondensator oder um den Kondensator handeln, der nach der zweiten Teilturbine 2b strömungstechnisch verbunden ist.

[0044] Die Figur 2 zeigt ebenso eine Dampfkraftanlage 1. Der Unterschied zur Dampfkraftanlage 1 gemäß Figur 1 liegt darin, dass nunmehr als Spindelleckdampfsammler 16 ein LCM-Tank 24 verwendet wird.

[0045] Die Figur 3 zeigt ebenso eine Dampfkraftanlage 1, wobei der Unterschied bei der in Figur 3 dargestellten Dampfkraftanlage 1 gegenüber der Dampfkraftanlage 1 gemäß Figur 1 darin besteht, dass der Spindelleckdampfsammler 16 als Standrohr 25 ausgebildet ist. Das Standrohr 25 umfasst ein gebogenes Rohr 26, an das die vierte Spindelleckdampfleitung und die achte Spindelleckdampfleitung angekoppelt ist. In dem gebogenen Rohr 26 ist im Krümmungsradius eine Wassereinspritzung 27 angeordnet. Nach Durchströmung des gebogenen Rohres 26 strömt der Spindelleckdampf über eine weitere Leitung 28 zum Kondensator. An einer geodätisch tiefen Stelle 29 wird das gesammelte Waser über eine Wasserschleife 30 zu einem Kondensator-Hotwell 31 geführt.

[0046] Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Ansprüche

1. Dampfkraftanlage (1) umfassend
eine Dampfturbine (2, 2a, 2b),
eine Dampfleitung (5), die mit der Dampfturbine (2, 2a, 2b) strömungstechnisch verbunden ist und zum Leiten von Dampf ausgebildet ist,
ein Ventil (3, 4, 6, 7), das in der Dampfleitung (5) angeordnet ist und zum Ändern einer Dampfdurchflussmenge des Dampfes durch die Dampfleitung (5) ausgebildet ist, wobei im Betrieb in dem Ventil (3, 4, 6, 7) ein Spindelleckdampf entsteht und dieser mit einer Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) strömungstechnisch verbunden ist,
einen Spindelleckdampfsammler (16), der strömungstechnisch mit der Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) eine Armatur (14a, 14b) angeordnet ist.

2. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1,
wobei die Armatur (14a, 14b) als Klappe ausgebildet ist.

3. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 2,
wobei die Klappe gesteuert ausgebildet ist.

4. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 2,
wobei die Klappe als Rückschlagklappe ausgebildet ist.

5. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1,
wobei die Armatur (14a, 14b) als Ventil ausgebildet ist.

6. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ein Sicherheitsventil 21, 22) in der Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) angeordnet ist.

7. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Spindelleckdampfsammler (16) als Kondensator (8) ausgebildet ist.

8. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Spindelleckdampfsammler (16) als Standrohr (25) ausgebildet ist.

9. Dampfkraftanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
wobei der Spindelleckdampfsammler (16) als LCM-Tank (24) ausgebildet ist.

10. Verfahren zum Betreiben einer Anlage gemäß den Ansprüchen 1 bis 9,
wobei die Armatur (14a, 14b) öffnet, wenn ein Spindelleckdampf vor der Armatur (14a, 14b) ansteht und
wieder schließt, wenn kein Spindelleckdampf aus dem Ventil (3, 4, 6, 7) strömt.

11. Verfahren nach Anspruch 10,
wobei das Sicherheitsventil (21, 22) öffnet, sobald ein Maximaldruck in der Spindelleckdampfleitung (11, 12, 13, 15, 17, 18, 19, 20) erreicht wurde.

Zeichnung