Dampfkraftanlage mit Dampferzeuger umfassend eine Trommeldruckhaltearmatur

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage (1) umfassend eine Dampfturbine (3) und einen Dampferzeuger (2), wobei im Dampferzeuger (2) eine Trommel ausgebildet ist sowie ein Trommeldruckhalteventil (20), das zur Regelung des Druckes ausgebildet ist, wobei das Trommeldruckhalteventil (20) nunmehr neben der Regelungsfunktion auch eine Schnellschlussfunktion im Störfall übernimmt und beispielsweise bei einer Überdrehzahl ein Signal erhält und dadurch ein schnelles Schließen der Dampfzufuhr möglich ist.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage umfassend eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger mit einer Trommel sowie einer Dampfleitung von der Trommel zur Dampfturbine, wobei die Dampfleitung eine Trommeldruckhaltearmatur aufweist.

[0002] Dampfkraftanlagen umfassen im Wesentlichen eine aus mehreren Teilturbinen bestehende Dampfturbine. Üblicherweise werden solche Dampfturbinen in eine Hochdruck-Teilturbine, Mitteldruck-Teilturbine und Niederdruck-Teilturbine eingeteilt und gegebenenfalls als separate Bauteile gefertigt. Darüber hinaus sind Bauformen bekannt, bei der der Hochdruck-Teil und der Mitteldruck-Teil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Es sind ebenfalls Bauformen bekannt, bei der der Mitteldruck-Teil und der Niederdruck-Teil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

[0003] Neben der Dampfturbine umfasst eine Dampfkraftanlage üblicherweise einen Dampferzeuger, der im Wesentlichen gekennzeichnet ist durch zahlreiche Leitungen und eine Trommel. Die Trommel ist im Wesentlichen dazu ausgebildet, Dampf und Wasser zu trennen. Von dem Dampferzeuger werden Leitungen zu Einlassöffnungen der Dampfturbine angeordnet, wobei in den Dampfleitungen üblicherweise ein Schnellschluss- und ein Stellventil angeordnet sind. Dies betrifft insbesondere die Leitungen zu den Hochdruck-Teilturbinen und Mitteldruck-Teilturbinen. Der Dampf aus der Mitteldruck-Teilturbine wird final über die Niederdruck-Teilturbine entspannt. Zudem wird in manchen Dampfkraftwerken zusätzlicher Dampf aus dem Dampferzeuger in die Niederdruck-Teilturbine eingespeist (3-Druck-Prozess). Diese zusätzliche Dampfleitung umfasst ein Schnellschlussorgan und ein Stellorgan, das in manchen Ausführungsformen als eine Klappe ausgebildet ist.

[0004] Im Normalbetrieb sind die Schnellschlussorgane geöffnet und die Stellorgane regeln den Zufluss des Dampfes zur jeweiligen Teilturbine. Im Falle eines Störfalles, zum Beispiel bei Erreichen einer Überdrehzahl, muss die Dampfzufuhr schlagartig unterbrochen werden, was dazu führt, dass das Hochdruck-Schnellschlussventil und das Mitteldruck-Schnellschlussventil schlagartig zuschließt so wie das in der zusätzlichen Dampfleitung befindliche Schnellschlussorgan.

[0005] Die Armaturen im Bereich des Dampferzeugers, wie zum Beispiel die Trommeldruckhaltearmatur, werden nicht zur Absicherung der Dampfturbine verwendet. So auch nicht das Trommeldruckhalteventil an der Niederdruck-Zudampftrommel. Dieses Trommeldruckhalteventil wird unter anderem eingesetzt, um bei Schwachlastbetrieb und Verbrennung von Brennstoff mit erhöhtem Schwefelgehalt die Abgastemperatur des Abhitzedampferzeugers zu erhöhen. Damit wird die Bildung von Schwefelsäure durch Taupunktunterschreitung im Kesselaustrittsbereich verhindert.

[0006] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine gesamtkostenoptimierte Dampfkraftanlage anzubieten.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dampfkraftanlage umfassend eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger mit einer Trommel sowie einer Dampfleitung von der Trommel zur Dampfturbine, wobei die Dampfleitung eine Trommeldruckhaltearmatur aufweist, wobei die Trommeldruckhaltearmatur derart ausgebildet ist, dass dieser in einem Fehlerfall geschlossen ist.

[0008] Mit der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, Armaturen im Bereich des Dampferzeugers zur Absicherung der Dampfturbine zu verwenden. Dazu kann eine in der zusätzlichen Dampfleitung befindliche Zudampf-Schnellschlussklappe gänzlich verschwinden. Die Aufgabe solch einer Zudampf-Schnellschlussklappe würde durch die Trommeldruckhaltearmatur übernommen werden. Dadurch verringern sich die Gesamtkosten einer solchen Dampfkraftanlage.

[0009] Der Trommeldruckhaltearmatur wird somit zusätzlich eine verfahrenstechnische Aufgabe übertragen, bei Überdrehzahl der Dampfturbine ausreichend schnell und sicher zu schließen. Dabei kommt eine Lösung zum Einsatz, welche die Anforderungen an die funktionale Sicherheit für den gesamten Sicherheitslebenszyklus, wie zum Beispiel Redundanz, Ausfallwahrscheinlichkeit und regelmäßige Prüfung erfüllt. Durch diese zusätzliche Funktionsübernahme der Trommeldruckhaltearmatur kann auf die Schnellschlussklappe der Dampfturbine in der Niederdruck-Zudampfleitung und darüber hinaus die Entwässerung zwischen der Schnellschlussklappe und Stellventilklappe verzichtet werden. Der Herstellungs-, Montage-, Inbetriebsetzungs- und Wartungsaufwand für die Dampfturbine sinkt dadurch und führt zu einer Kostenersparnis. Die Doppelabsperrung wird darüber hinaus durch die Zudampf-Stellklappe gemeinsam mit dem Trommeldruckhalteventil erzielt.

[0010] Außerdem wird bei einer Benutzung von zwei Armaturen in der Zudampfleitung gegenüber bisher drei Armaturen die Ausfallwahrscheinlichkeit verringert, was zu einer verbesserten Anlagenverfügbarkeit führt.

[0011] In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen angegeben.

[0012] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die Trommeldruckhaltearmatur mit einem Trommelsteuersystem gekoppelt, wobei in einem Fehlerfall dem Steuersystem ein Signal zur Trommeldruckhaltearmatur geht und ein Schließen der Trommeldruckhaltearmatur erfolgt.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Trommel-Steuersystem mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem gekoppelt. Somit lässt sich im Falle einer Überdrehzahl, dessen Signal vom Dampfturbinen-Schutzsystem kommt, auf das Trommel-Steuersystem übertragen und ein schnelles Schließen der Dampfzufuhr erreichen.

[0014] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Trommel-Steuersystem derart ausgebildet, dass im Falle einer Detektion einer Überdrehzahl der Dampfturbine ein Signal zum Schließen der Trommeldruckhaltearmatur erfolgt.

[0015] Vorteilhafterweise ist die Trommel als eine Niederdrucktrommel ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Dampfkraftwerk für eine GuD-3-Druck-Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet.

[0016] Vorteilhafterweise ist die Dampfleitung mit einer Niederdruck-Teilturbine strömungstechnisch gekoppelt.

[0017] In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der Dampferzeuger eine Niederdruck-Trommel und eine Hochdruck-Trommel auf.

[0018] 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.

[0019] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

[0020] Es zeigen:

Figur 1

Dampfkraftanlage gemäß dem Stand der Technik,

Figur 2

erfindungsgemäße Dampfkraftanlage.

[0021] Die Figur 1 zeigt eine Dampfkraftanlage 1 gemäß dem Stand der Technik. Solch eine Dampfkraftanlage 1 zeichnet sich durch einen Dampferzeuger 2 und einer Dampfturbine 3 aus. Die Dampfturbine 3 umfasst in diesem Fall eine kombinierte Hochdruck-Teilturbine 3a und eine Mitteldruck-Teilturbine 3b, die in einem gemeinsam Gehäuse angeordnet sind und eine Niederdruck-Teilturbine 3c.

[0022] Der Dampferzeuger 2 weist eine Erhitzereinheit 4a auf, die über eine Frischdampfleitung 5 Frischdampf zur Hochdruck-Teilturbine 3a erzeugt. Der Frischdampf strömt durch ein Hochdruck-Schnellschlussventil 6 und ein Hochdruck-Stellventil 7 und von dort in die Hochdruck-Teilturbine 3a. Anschließend strömt der Dampf aus dem kalten Teil der Zwischenüberhitzung 8 zu einem Mitteldruck-Erhitzer 4b. Im Mitteldruck-Erhitzer 4b wird der Dampf wieder auf eine höhere Temperatur gebracht und von dort über eine Mitteldruck-Leitung 9 und einem Mitteldruck-Schnellschlussventil 10 und einem Mitteldruck-Stellventil 11 zur Mitteldruck-Teilturbine 3b geführt.

[0023] Nachdem der Dampf durch die Mitteldruck-Teilturbine 3b strömt, gelangt der Dampf über eine Überströmleitung 12 zu einem Einlass der Niederdruck-Teilturbine 3c. In der Niederdruck-Teilturbine 3c entspannt sich der Dampf weiter und gelangt über Ausströmleitungen 13 zu einem Kondensator 14 und von dort über eine Pumpe 15 und einer Rückführleitung 16 zum Dampferzeuger 2 zurück. Im Kondensator 14 kondensiert der Dampf zu Wasser und wird über die Rückführleitung 16 und der Pumpe 15 zum Dampferzeuger 2 geführt und dort wieder zu Dampf umgewandelt.

[0024] Neben der Überströmleitung 12 umfasst die Dampfkraftanlage 1 eine Niederdruck-Zuströmleitung 17, in der eine Niederdruck-Schnellschlussklappe 18 und eine Niederdruck-Stellklappe 19 angeordnet sind. Im Dampferzeuger 2 ist eine Niederdruck-Erhitzereinheit 4c ausgebildet, die in eine nicht näher dargestellte Trommel mündet und von dort über ein Trommeldruckhalteventil 20 mit der Niederdruck-Teilturbine 3c verbunden ist.

[0025] Das Trommeldruckhalteventil 20 soll den Druck in der Niederdruck-Zuströmleitung 17 bei einem konstanten Druck halten. Im Normalbetrieb sind die Hochdruck-Schnellschlussventile 6, Mitteldruck-Schnellschlussventile 10 und die Niederdruck-Stellklappen 19 geöffnet. Im Falle eines Störfalls, beispielsweise bei einer Überdrehzahl, schließen die vorgenannten Organe schlagartig zu und sperren den Zufluss des Dampfes zur Dampfturbine 3.

[0026] Das Trommeldruckhalteventil 20 übernimmt daher keine Aufgabe zur Absicherung der Dampfturbine.

[0027] In der Figur 2 ist eine Dampfkraftanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Änderung dargestellt. Der Unterschied zur Dampfkraftanlage 1 gemäß Figur 1 besteht darin, dass das Trommeldruckhalteventil 20 nunmehr zur Absicherung der Dampfturbine verwendet wird und neben der Regelungsaufgabe eine Schnellschlussaufgabe übernimmt. Somit wird die erforderliche verfahrenstechnische Redundanz auf der Niederdruck-Zudampfstufe, die bisher durch die Komponenten 18 und 19 realisiert wurden, durch die Einbeziehung des Trommeldruckhalteventils 20 an der Niederdruck-Zudampftrommel des Abhitzedampferzeugers in das Absicherungskonzept der Dampfturbine 3 erzielt. Dazu muss das Trommeldruckhalteventil 20 "fail safe" schließend ausgeführt werden und vom Dampfturbinen-Schutzsystem angesteuert werden. In der gemäß Figur 2 dargestellten Ausführung stellt das Trommeldruckhalteventil 20 eine Redundanz zur Niederdruck-Zudampfklappe dar. Daher wird das Trommeldruckhalteventil 20 mit einem Trommelsteuersystem 21 ausgebildet, das wiederum mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem (nicht dargestellt) signaltechnisch gekoppelt ist. Die Niederdruck-Schnellschlussklappe 18 kann gänzlich verschwinden, was in der Figur 2 dargestellt ist. In der Niederdruck-Zuströmleitung 17 bleiben lediglich das mit Absicherungsaufgaben erweiterte Trommeldruckhalteventil 20 und die Niederdruck-Stellklappe 19. Sofern das Trommel-Steuersystem eine Überdrehzahl detektiert, wird ein Signal zum Schließen an die Trommeldruckhaltearmatur weitergeleitet. Das Dampfkraftwerk ist für einen GuD-3-Druck-Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet. Neben der Niederdruck-Trommel weist der Dampferzeuger 2 eine nicht näher dargestellte Hochdruck-Trommel auf.

[0028] Das Trommeldruckhalteventil 20 wird nahe genug an der Dampfturbine 3 angeordnet. Damit wird erreicht, dass sich bei fehlerhaftem Offenbleiben der Zudampfklappe aus dem Dampfspeicher zwischen Druckhalteventil und Zudampfklappe nicht zu viel Dampf in die Dampfturbine 3 entleert und die Drehzahl dadurch unzulässig ansteigt. Das Trommeldruckhalteventil 20 wird damit immer noch nahe genug am Abhitze-Dampferzeuger angeordnet. Dadurch braucht nicht die gesamte Zudampfleitung für ein erhöhtes Druckniveau ausgelegt zu werden. Durch den Entfall der Niederdruck-Schnellschlussklappe 18 werden Gesamtkosten gespart sowie der Herstellungs-, Montage-, Inbetriebsetzungs- und Wartungsaufwand für die Dampfturbine verringert. Das Trommeldruckhalteventil 20 wird sowohl von der Druckregelung des AHDE angesteuert als auch über getrennte Eingänge mehrkanalig in Ruhestrom vom Dampfturbinen-Schutzsystem. Die Schutzansteuerung hat Priorität gegenüber der Regelungsfunktion.

[0029] Diese erfindungsgemäße Lösung kann für alle Dampfturbinen eingesetzt werden, bei denen Dampf über eine Absperrarmatur zur Dampfturbine geleitet wird.

[0030] 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 verfassen.

Ansprüche

1. Dampfkraftanlage (1)
umfassend eine Dampfturbine (3) und einen Dampferzeuger (2) mit einer Trommel sowie
einer Dampfleitung (5, 17) von der Trommel zur Dampfturbine (3),
wobei die Dampfleitung (5, 17) eine Trommeldruckhaltearmatur (20) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Trommeldruckhaltearmatur (20) derart ausgebildet ist, dass diese in einem Fehlerfall geschlossen ist.

2. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1,
wobei die Trommeldruckhaltearmatur (29) mit einem Trommel-Steuersystem (21) gekoppelt ist,
wobei in einem Fehlerfall vom Trommel-Steuersystem (21) ein Signal zur Trommeldruckhaltearmatur (20) geht und ein Schließen der Trommeldruckhaltearmatur (20) erfolgt.

3. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei das Trommel-Steuersystem (21) mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem gekoppelt ist.

4. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3,
wobei das Trommel-Steuersystem (21) derart ausgebildet ist, dass im Falle einer Detektion einer Überdrehzahl der Dampfturbine (3) ein Signal zum Schließen der Trommeldruckhaltearmatur (20) erfolgt.

5. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Trommel eine Niederdrucktrommel ist.

6. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das Dampfkraftwerk für einen GuD-3-Druck-Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet ist.

7. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Dampfleitung (5) mit einer Niederdruck-Teilturbine (3c) strömungstechnisch gekoppelt ist.

8. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Dampferzeuger (2) eine Niederdruck-Trommel und eine Hochdruck-Trommel aufweist.

Zeichnung