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J
BDM Ver 0.1.63 (23 May 2017) - 1100000/0
3447257
EUROPÄISCHE PATENTANMELDUNG
A1
20190227
EP
17187068.6
20170821
de
de
de
20190227
201909
20190227
201909
F01K 13/02 20060101AFI20180303BHEP
F01K 23/10 20060101ALI20180303BHEP
de
VERFAHREN ZUM BESCHLEUNIGEN EINER DAMPFTURBINE
en
METHOD FOR ACCELERATING A STEAM TURBINE
fr
PROCÉDÉ D'ACCÉLÉRATION D'UNE TURBINE À VAPEUR
1
Siemens Aktiengesellschaft
101678921
2017P14471EP
Werner-von-Siemens-Straße 1
80333 München
DE
Heue, Matthias
Willi-Geldmacher-Str. 140
44879 Bochum
DE
Temiz, Fatih
Peter-Michels-Str. 39
50827 Köln
DE
Veltmann, David
Rellinghauser Straße 75
45128 Essen
DE
AL
AT
BE
BG
CH
CY
CZ
DE
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EE
ES
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen einer Dampfturbine (2), wobei die Dampfturbine (2) mit einem Generator (3) gekoppelt wird und der Generator (3) als Motor betrieben wird und die Dampfturbine (2) während des Anfahrvorgangs beschleunigt, wobei die Beschleunigung in einer frühen Phase erfolgt, so dass die Dampfturbine (2) zunächst ohne Dampfzufuhr nur durch den als Motor betriebenen Generator (3) beschleunigt wird.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine mit einem Generator drehmomenttechnisch gekoppelt wird, wobei der Generator als Motor betrieben wird und ein Spannungserzeugungssystem den Generator mit elektrischer Energie versorgt.
In modernen Dampfkraftwerksanlagen werden Dampfturbinen eingesetzt. In sogenannten Gas- und Dampfturbinenkraftwerken werden neben den Dampfturbinen auch Gasturbinen eingesetzt. In einem solchen Gas- und Dampfturbinenkraftwerk wird die thermische Energie des heißen Abgases der Gasturbine dazu verwendet, Dampf für den Betrieb der Dampfturbine zu erzeugen.
In reinen Dampfkraftwerkanlagen wird die thermische Energie aus einem Energieträger dazu verwendet Dampf zu erzeugen, der zum Betrieb der Dampfturbine benötigt wird.
Die in den Dampfkraftwerken oder Gas- und Dampfturbinenkraftwerken eingesetzten Dampfturbinen weisen vergleichsweise hohe Massen auf. Daher ist die Erwärmung der vorzugsweise aus Stahl gefertigten vergleichsweise großen Bauteile der Dampfturbine ein wesentlicher Faktor. Die Erwärmung darf nicht zu schnell erfolgen, da dies zu negativen Folgen der Materialeigenschaften führen kann. Neben dem Dauerbetrieb, bei dem eine Dampfturbine mit 50hz bzw. 60hz betrieben wird, ist das Anfahren einer Dampfturbine ein wesentlicher Faktor beim Betrieb eines Dampfkraftwerkes bzw. eines Gas- und Dampfturbinenkraftwerkes. Das Anfahren einer Dampfturbine stellt eine Herausforderung dar und wird derzeit dadurch erreicht, indem ein Dampf aus dem Dampferzeuger dazu benutzt wird, den Rotor einer Dampfturbine in Drehung zu versetzen. Allerdings wird hier nur ein kleiner Teil des erzeugten Dampfes verwendet.
Der restliche Dampf, der nicht in die während des Anfahrens betriebene Dampfturbine strömt, wird über eine Umleitstation direkt in den Kondensator geleitet. Für das Anfahren der Dampfturbine ist eine Mindestdampfmenge erforderlich.
Hier möchte die Erfindung Abhilfe schaffen und ein Verfahren anbieten, mit dem das Anfahren bzw. Beschleunigen der Dampfturbine verbessert wird.
Gelöst wird dies durch ein Verfahren zum Beschleunigen einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine mit einem Generator drehmomenttechnisch gekoppelt wird, wobei der Generator als Motor betrieben wird und ein Spannungserzeugungssystem den Generator mit elektrischer Energie versorgt, wobei die Dampfturbine ohne Dampfzufuhr durch den als Motor betriebenen Generator beschleunigt wird.
Mit der Erfindung wird demnach vorgeschlagen, den in einem Dampfkraftwerk oder Gas- und Dampfturbinenkraftwerk vorhandenen Generator, der zur Erzeugung von elektrischer Energie eingesetzt wird, als Motor zu betreiben. Dieser als Motor betriebene Generator erzeugt ein Drehmoment auf den Rotor der Dampfturbine, so dass dieser Rotor beschleunigt wird. Dadurch erfolgt ein zügiges Anfahren der Dampfturbine. Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, die Dampfturbine gleichzeitig mit der Gasturbine oder sogar vor der Gasturbine zu beschleunigen, wenn die Dampfturbine in einem Gas- und Dampfkraftwerk eingesetzt wird. Diese Beschleunigung bzw. das Anfahren erfolgt ohne eine Zufuhr von Dampf.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung wird die Dampfturbine so lange beschleunigt, bis ein Dampf mit ausreichender Qualität zur Verfügung steht und die Dampfturbine mit Dampf versorgt.
Dadurch wird die Anfahrzeit noch weiter verkürzt. Naturgemäß wird eine gewisse Zeit benötigt, um einen Dampf mit ausreichender Qualität zu erzeugen. Die Dampfturbine muss während dieser Zeit nicht stillstehen, sondern kann erfindungsgemäß über den als Motor betriebenen Generator beschleunigt werden. Sobald der Dampf die ausreichende Qualität aufweist, wird der Dampf der Dampfturbine zugeführt, wobei hier dann der Vorteil entsteht, dass die Dampfturbine bereits bestimmte Drehzahlen, vorzugsweise die Nenndrehzahl von 50hz bzw. 60hz aufweist.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Dampf mit ausreichender Qualität zunächst durch die Mitteldruck- und/oder Niederdruck-Teilturbine geführt. Erst wenn der Dampf auch die ausreichende Qualität aufweist, wird dieser durch die Hochdruck-Teilturbine geführt.
Durch diese Maßnahme ist es möglich, die Anfahrzeit zu verkürzen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird die Hochdruck-Teilturbine dann mit Dampf versorgt, wenn der Dampf in ausreichender Menge verfügbar ist.
Durch diese Maßnahme ist es möglich die Ventilationsleistung zu verringern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird als Spannungserzeugungssystem ein Batterie- oder Akkusystem eingesetzt.
In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung wird als Spannungserzeugungssystem ein elektrisches Versorgungsnetz verwendet.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird ein Frequenzumrichter eingesetzt, der zwischen dem Spannungserzeugungssystem und dem Generator angeordnet wird. Vorteilhafterweise wird die Dampfturbine in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk eingesetzt und gleichzeitig mit der Gasturbine beschleunigt.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung, die als Alternative zu betrachten ist, wird die Dampfturbine in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk eingesetzt und vor der Gasturbine beschleunigt.
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.
Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterungen 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.
Es zeigt
die Figur eine Darstellung eines Teils einer Anlage.
Die Figur zeigt ein Teil einer Anlage 1. Diese Anlage 1 kann Teil einer Dampfkraftanlage oder einer Gas- und Dampfturbinenanlage sein. Die Anlage 1 umfasst eine Dampfturbine 2. Die Darstellung der Dampfturbine 2 ist in der Figur als schematisch zu betrachten. In der Regel wird die Dampfturbine 2 in mehreren Teilturbinen ausgebildet, wie beispielsweise eine Hochdruck-Teilturbine, Mitteldruck-Teilturbine und Niederdruck-Teilturbine. Die Mitteldruck-Teilturbine zeichnet sich dadurch aus, dass diese mit einem Dampf versorgt wird, der aus der Hochdruck-Teilturbine ausströmt und in einem Zwischenüberhitzer auf eine höhere Temperatur gebracht wurde.
Die Dampfturbine 2 umfasst im Wesentlichen einen mit Laufschaufeln ausgebildeten Rotor, der im Nennbetrieb mit beispielsweise 50hz oder 60hz dreht. Die thermische Energie des Dampfes wird hierbei in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt. Die Rotationsenergie des Rotors wird dazu verwendet, einen Generatorrotor (nicht dargestellt) eines Generators 3 anzutreiben. Der Generator 3 ist eine elektrodynamische Maschine, die als Generator, also zur Erzeugung von elektrischer Energie oder als Motor, also zur Erzeugung mechanischer Energie betrieben werden kann. Der Generator 3 ist über eine gemeinsame Welle 4 mit der Dampfturbine 2 drehmomenttechnisch gekoppelt.
In dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Spannungserzeugungssystem 5 dazu verwendet, den Generator 3 mit elektrischer Energie zu versorgen, wobei der Generator 3 als Motor betrieben wird und den Rotor der Dampfturbine 2 antreibt bzw. beschleunigt. Das Antreiben des Rotors der Dampfturbine 2 über den als Motor betriebenen Generator 3 erfolgt hierbei zu solch einem frühen Stadium, dass die Dampfturbine 2 ohne Dampfzufuhr aus dem Dampferzeuger (nicht dargestellt) erfolgt. Der Rotor der Dampfturbine 2 wird hierbei aus dem Stillstand so lange beschleunigt, bis ein Dampf mit ausreichender Qualität aus dem Dampferzeuger zur Verfügung steht und die Dampfturbine 2 dann mit Dampf versorgt. Sobald die Dampfversorgung der Dampfturbine 2 derart ist, dass die thermische Energie des Dampfes ausreicht, um die Dampfturbine 2 anzutreiben, wird ein Schalter 6 geöffnet, wodurch die elektrische Versorgung des Generators 3 unterbrochen wird. Der Generator 3 wird dann nicht mehr als Motor betrieben, sondern als Generator 3 zum Erzeugen von elektrischer Energie. Als Spannungserzeugungssystem 5 wird ein Batterie- oder ein Akkusystem verwendet. In alternativen Ausführungsformen kann als Spannungserzeugungssystem 5 ein elektrisches Versorgungsnetz verwendet werden.
Im Falle einer Batterie oder eines Akkusystems als Spannungserzeugungssystem 5 wird ein Frequenzumrichter 7 zwischen dem Spannungserzeugungssystem 5 und dem Schalter 6 angeordnet. Mit dem Frequenzumrichter 7 wird eine geeignete Frequenz der Spannung erzeugt, die für den Betrieb des als Motor betriebenen Generators 3 benötigt wird.
Zur optimalen Beschleunigung der Dampfturbine 2 ist es erforderlich eine Regelung einzuführen, bei der die Drehzahl des Rotors der Dampfturbine 2 berücksichtigt wird. Daher sind an dem Rotor der Dampfturbine 2 Sensoren angebracht, die die Drehzahl ermitteln und zu einem Drehzahlregler 8 als Eingangsgröße einfließen. Der Drehzahlregler 8 verarbeitet die Informationen aus den Sensoren und liefert ein Ausgangssignal 9 an den Frequenzumrichter 7, der dann die passende Frequenz der Spannung für den als Motor betriebenen Generator 3 als Ausgangssignal bereitstellt.
Solange der Dampf im Dampferzeuger nicht die ausreichende Qualität aufweist, das bedeutet, dass der Dampf beispielsweise nicht den geeigneten PH-Wert oder Feuchtigkeit aufweist, wird der Dampf zunächst durch die Mitteldruck- und/oder Niederdruck-Teilturbine geführt. Erst wenn der Dampf die ausreichende Qualität aufweist, wird dieser auch durch die Hochdruck-Niederdruck-Teilturbine geführt.
Die Anlage wird desweiteren dadurch betrieben, dass solange im Dampferzeuger der Dampf nicht in der ausreichenden Menge erzeugt wird, die Hochdruck-Teilturbine nicht mit Dampf versorgt wird, sondern zunächst die Mitteldruck- bzw. Niederdruckteilturbine. Erst wenn der Dampf in ausreichender Menge verfügbar ist, wird die Hochdruck-Teilturbine mit Dampf versorgt.
Sofern die Dampfturbine 2 in einem Gas- und Dampfturbinenkraftwerk eingesetzt wird, wird die Dampfturbine 2 gleichzeitig mit der Gasturbine beschleunigt. In einer alternativen Ausführungsform wird die Dampfturbine 2 sogar vor der Gasturbine beschleunigt.
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.
1. Verfahren zum Beschleunigen einer Dampfturbine (2), wobei die Dampfturbine mit einem Generator (3) drehmomenttechnisch gekoppelt wird,
wobei der Generator (3) als Motor betrieben wird und ein Spannungserzeugungssystem (5) den Generator (3) mit elektrischer Energie versorgt,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Dampfturbine (2) ohne Dampfzufuhr durch den als Motor betriebenen Generator (3) beschleunigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Dampfturbine (2) solange beschleunigt wird, bis ein Dampf mit ausreichender Qualität zur Verfügung steht und die Dampfturbine (2) mit Dampf versorgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
wobei der Dampf in einem Dampferzeuger erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
wobei die Dampfturbine (2) eine Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruck-Teilturbine aufweist und der Dampf mit ausreichender Qualität zunächst durch die Mitteldruck- und/oder Niederdruck-Teilturbine strömt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
wobei die Hochdruck-Teilturbine dann mit Dampf versorgt wird, wenn der Dampf in einer ausreichenden Menge verfügbar ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als Spannungserzeugungssystem (5) ein Batterie- oder ein Akkusystem verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
wobei als Spannungserzeugungssystem (5) ein elektrisches Versorgungsnetz verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Frequenzumrichter zwischen dem Spannungserzeugungssystem (5) und dem Generator (3) angeordnet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dampfturbine (2) in einem Gas- und DampfturbinenKraftwerk eingesetzt wird und die Dampfturbine (2) gleichzeitig mit der Gasturbine beschleunigt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Dampfturbine (2) in einem Gas- und DampfturbinenKraftwerk eingesetzt wird und die Dampfturbine (2) vor der Gasturbine beschleunigt wird.
2017P14471EP
EP
17187068.6
Siemens Aktiengesellschaft
1
MN
20180308
F01K
US
2017145850
A1
HUSCHER FREDERICK [US]
20170525
X
1-3,9
Y
10
A
4-8
* Absätze [0033] - [0038]; Abbildung 3 *
US
2014013750
A1
MUELLER STEFAN [DE] ET AL
20140116
X
1-3,7,8
* Absätze [0013] - [0030]; Abbildung 1 *
EP
2101043
A1
SIEMENS AG [DE]
20090916
X
1-3,5,6
* Absätze [0007], [0008]; Abbildung 1 *
* Absätze [0026], [0027] *
US
2010229523
A1
HOLT JOEL DONNELL [US] ET AL
20100916
Y
10
* Absatz [0005]; Abbildungen 1,2 *
Röberg, Andreas
Munich
20180226
US
2017145850
A1
20170525
CN
108474267
A
20180831
EP
3377734
A1
20180926
JP
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A
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KR
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A
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US
2017145850
A1
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WO
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A1
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US
2014013750
A1
20140116
CN
103270254
A
20130828
DE
102010056272
A1
20120628
EP
2655810
A1
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RU
2013134395
A
20150127
US
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A1
20140116
WO
2012085093
A1
20120628
EP
2101043
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KEINE
US
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CN
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A
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EP
2423470
A2
20120229
JP
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A
20100930
US
2010229523
A1
20100916