Verfahren zum Betreiben einer Kraftwerksanlage

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Anlage (1), insbesondere eine Kraftwerksanlage, bei der das Vakuum im Kondensator (9) nicht mit Luft sondern mit einem Inertgas, insbesondere Stickstoff, gebrochen wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Anlage umfassend einen Kondensator mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, mit einer Vakuumbrecherleitung, in der eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Kondensatorinnenraum und einem außerhalb des Kondensators befindlichen Gas-Außenraum herrscht.

[0002] Eine Anlage insbesondere eine Kraftwerksanlage umfasst einen Dampferzeuger sowie eine Dampfturbine, durch die ein im Dampferzeuger erzeugter Frischdampf strömt und eine Welle antreibt. Die thermische Energie des Dampfes wird in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt. An dem Rotor ist drehmomentübertragend ein elektrischer Generator angekoppelt, der zur Umwandlung der Rotationsenergie in elektrische Energie ausgebildet ist. Die in solch einer Anlage erzeugte elektrische Energie wird anschließend über ein geeignetes Übertragungsnetz an verschiedene elektrische Verbraucher übertragen.

[0003] Die in der Anlage angeordnete Dampfturbine umfasst im Wesentlichen ein mit Turbinenlaufschaufeln versehenen Rotor und ein um den Rotor angeordnetes Turbineninnengehäuse, das mehrere Turbinenleitschaufeln umfasst. Zwischen dem Rotor und dem Innengehäuse wird durch die Turbinenleit- und Turbinenlaufschaufeln ein Strömungskanal ausgebildet, durch den die thermische Energie wirkungsgradoptimiert in Rotationsenergie des Rotors umgewandelt wird. Im Dauerbetrieb rotiert der Rotor mit einer stabilen Frequenz von beispielsweise 50Hz. Es sind Situationen denkbar, bei der die Dampfturbine abgeschaltet werden muss, was auch als Abfahren der Dampfturbine bezeichnet wird. Dies erfolgt in der Regel durch einfaches Abstellen der Dampfzufuhr. Das bedeutet, dass durch ein Ventil, das in einer Frischdampfleitung angeordnet ist, die Dampfzufuhr in dem Einströmbereich der Dampfturbine abgestellt wird. Dies hat zur Folge, dass der Rotor seine Rotationsgeschwindigkeit vermindert. Allerdings muss bevor die Drehzahl vermindert werden kann, der Generator vom Netz entkoppelt werden. Der Generator läuft anschließend im Leerlauf mit der Dampfturbine. Die vorhandene kinetische Rotationsenergie der Welle wird in Folge von Lagerreibung und Ventilationsverlusten dissipiert, was dazu führt, dass die Drehzahl der Welle vermindert wird. Ein solches Abfahren einer Dampfturbine kann bis zu einer Stunde dauern. Allerdings ist es nachteilig, dass durch ein langsames Verringern der Drehzahl mögliche Schaufelresonanzen aufkommen können. Es ist also wünschenswert, dass das Abfahren der Dampfturbine vergleichsweise schnell erfolgt.

[0004] Eine weitere Situation, in der ein Abfahren der Dampfturbine wünschenswert ist, sind die sogenannten Emergency-Shut-Downs. Hier wird ein schnelles Abfahren verlangt, um die Dampfturbine vor weiterem Schaden zu bewahren.

[0005] Ein bisher bekanntes Verfahren um die Drehzahl wirksam zu verringern, ist es das Kondensatorvakuum zu brechen. Dadurch erhöhen sich die Ventilationsverluste, was zu einer Verringerung der Drehzahl führt. Allerdings wird durch das Brechen des Kondensatorvakuums die Möglichkeit geschaffen, dass Luft und somit Sauerstoff in den Kondensator gelangt und diese Konstellation eventuell eine Spannungsrisskorrosion hervorrufen könnte. Die Leitfähigkeit des Kondensats wird durch ein Vakuumbrechen erhöht.

[0006] Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Anlage anzugeben, mit der ein schnelles Abfahren möglich ist.

[0007] Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anlage umfassend einen Kondensator mit einer Einlassöffnung und einer Auslassöffnung, mit einer Vakuumbrecherleitung, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Kondensatorinnenraum und einem außerhalb des Kondensators befindlichen Gas-Außenraum herstellt, wobei der Gas-Außenraum ein mit einem Inertgas gefüllter Behälter ist.

[0008] Somit wird vorgeschlagen, im Gegensatz zum herkömmlichen Vakuumbrechen einen geeigneten Behälter zu verwenden, wie beispielsweise eine Gasflasche, und diesen mit einem Inertgas vorzuhalten. Für den Fall, dass ein schnelles Abfahren gefordert wird, wird über geeignete Mittel das Inertgas in den Kondensatorinnenraum geführt, was dadurch den Kondensatordruck schnell erhöht ohne die Leitfähigkeit des Dampfes zu beeinflussen. Dadurch wird ein Schwellwert nicht erreicht, der zu einer Spannungsrisskorrosion führen könnte.

[0009] Somit wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Druck im Kondensatorinnenraum durch Beströmen mit Intertgas zu erhöhen.

[0010] Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

[0011] In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist das Inertgas Stickstoff. Inertgase sind Gase, die sehr reaktionsträge sind, sich also an nur wenigen chemischen Reaktionen beteiligen. Zu den Inertgasen gehören zum Beispiel Stickstoff und sämtliche Edelgase wie Helium, Neon, Argon, Krypton, Xenon und Radon. Die Erfindung ist für die Anwendung der vorgenannten Edelgase ausgelegt.

[0012] Der Vorteil bei der Benutzung von Stickstoff als Inertgas liegt darin, dass Stickstoff zu einem großen Teil Bestandteil der Luft ist und vergleichsweise einfach zur Verfügung steht.

[0013] In vorteilhafter Weiterbildung wird in die Vakuumbrecherleitung ein Ventil angeordnet, das zum Schließen und zum Öffnen der Vakuumbrecherleitung ausgebildet ist. So kann in einfacher Weise das Vakuum im Kondensatorinnenraum dadurch gebrochen werden, indem das Ventil geöffnet wird. Mit dem Öffnen des Ventils wird eine strömungstechnische Verbindung zwischen dem Kondensatorinnenraum und dem Behälter ermöglicht. Das Schließen und Öffnen des Ventils erfolgt automatisch über ein Leit- oder ein Automatisierungssystem. Das Ventil kann auch im Notfall von Hand bedient werden. Jedenfalls wird ein Öffnen des Ventils erst dann erfolgen, wenn ein Störsignal aufkommt.

[0014] In einer vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Anlage eine Vakuumbrecherabzweigleitung, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vakuumbrecherleitung und einen mit Luft gefülltem Außenraum herstellt.

[0015] Mit dieser vorteilhaften Weiterbildung wird vorgeschlagen, dass neben dem im Behälter befindlichen Inertgas auch die im Außenraum befindliche Luft zum Brechen des Vakuums verwendet werden kann. Für den Fall, dass im Behälter der Stickstoff entwichen ist, kann im Notfall die Luft im Außenraum dazu verwendet werden, um das Vakuum im Kondensatorinnenraum zu brechen. Unter Brechen des Vakuums ist ein Erhöhen des Druckes im Kondensatorinnenraum zu verstehen. Dieses Erhöhen des Druckes erfolgt in der Regel vergleichsweise schnell.

[0016] Vorteilhafterweise wird in der Vakuumbrecherabzweigleitung ein zweites Ventil angeordnet. Somit lässt sich im Bedarfsfall das Vakuum im Kondensator brechen. Dies geschieht entweder durch Öffnen des Ventils um Stickstoff aus dem Behälter in den Kondensatorinnenraum zu führen oder durch Öffnen des zweiten Ventils bei geschlossenem Ventil, um Luft in den Kondensatorinnenraum zu führen. Denkbar ist auch eine Mischung derart, dass das Ventil und das zweite Ventil teilweise oder ganz geöffnet werden, um eine Mischung aus Luft und Stickstoff in den Kondensatorinnenraum zu führen.

[0017] 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.

[0018] Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. Dieses soll die Ausführungsbeispiele nicht maßgeblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wohl zu Erläuterungen dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzehrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der in der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.

[0019] Die Figur 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Anlage.

[0020] Die Figur 1 zeigt eine Anlage 1. Diese Anlage 1 kann eine Gas- und Dampfturbinenanlage, eine sogenannte GuD-Anlage sein. Die Anlage kann auch ein reines Dampfkraftwerk sein, bei der keine Gasturbine an der Energieerzeugung beteiligt ist.

[0021] Die Anlage 1 umfasst einen Dampferzeuger 2, der dazu ausgebildet ist, einen Dampf zu erzeugen, der dann über eine Leitung 3 in eine Dampfturbine 4 gelangt. Die Erzeugung des Dampfes kann durch fossile Brennstoffe erfolgen. Andere Arten der Dampferzeugung sind möglich. Die Dampfturbine 4 ist in der Figur 1 lediglich schematisch dargestellt. In der Regel umfasst die Dampfturbine 4 mehrere Teilturbinen, die aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur weggelassen wurden. Die Dampfturbine 4 umfasst einen Rotor, auf den Turbinenlaufschaufeln angeordnet sind. Um den Rotor sind Turbinenleitschaufeln angeordnet, die fest an einem Innengehäuse angeordnet sind. In der Regel wird um das Innengehäuse ein Außengehäuse angeordnet. Der Dampf strömt über den Dampfeinlass 5 in einen Strömungskanal und strömt nach der Durchströmung durch den Strömungskanal über einen Dampfauslass 6 aus der Dampfturbine 4 in eine weitere Leitung 7. Die Rotationsenergie des Rotors wird dazu verwendet, um einen elektrischen Generator anzutreiben, der zur Erzeugung von elektrischer Energie ausgebildet ist. Dies ist in der Figur 1 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

[0022] Der aus der Dampfturbine 4 ausströmende Dampf, weist eine geringe Temperatur sowie einen geringen Druck auf. Über eine Einlassöffnung 8 gelangt der Dampf in einen Kondensator 9. Im Kondensator 9 ist der Druck sehr niedrig, und befindet sich im Millibarbereich. Der Druck ist somit nahe dem Druck im Vakuum zu vergleichen. Im Kondensator 9 wird der Dampf in Wasser umgewandelt. Das Wasser gelangt über eine Auslassöffnung 10 zu einer Rückführleitung 11 schließlich zu einer Pumpe 12 und wird von der Pumpe 12 zum Dampferzeuger 2 geleitet, wo das Wasser wieder in Dampf umgewandelt wird. Somit wird ein Wasser-Dampf-Kreislauf geschlossen.

[0023] Der Kondensator 9 umfasst eine Vakuumbrecherleitung 13. Diese Vakuumbrecherleitung 13 stellt eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Kondensatorinnenraum 14 und einem außerhalb des Kondensators 9 befindlichen Gas-Außenraum 15. Dieser Gas-Außenraum 15 ist ein mit Inertgas gefüllter Behälter 16. Als Inertgas wird Stickstoff verwendet, das in dem Behälter 16 sich befindet. In der Vakuumbrecherleitung 13 ist ein Ventil 17 angeordnet, das zum Schließen und Öffnen der Vakuumbrecherleitung 13 ausgebildet ist. Durch Öffnen des Ventils 17 gelangt das Inertgas im Behälter 16 in den Kondensatorinnenraum 14 über die Vakuumbrecherleitung 13.

[0024] Die Anlage 1 umfasst des Weiteren eine Vakuumbrecherabzweigleitung 18, die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vakuumbrecherleitung 13 und einem mit Luft gefüllten Außenraum 19 herstellt. In der Vakuumbrecherabzweigleitung 18 ist ein zweites Ventil 20 angeordnet, das zum Öffnen und Schließen der Strömung in der Vakuumbrecherabzweigleitung 18 ausgebildet ist.

[0025] Das Ventil 17 und das zweite Ventil 20 sind an ein nicht näher dargestelltes Automatisierungssystem angeschlossen. Das Öffnen und Schließen der Ventile 17 und 20 erfolgt automatisch über ein Leitsystem oder kann per Hand durchgeführt werden. Jedenfalls wird erfindungsgemäß statt Luft im Außenraum 19 das Inertgas aus dem Behälter 16 zum Befüllen des Kondensatorinnenraums 14 verwendet, um dort das Vakuum beziehungsweise den Druck zu erhöhen. Diese Druckerhöhung führt dazu, dass Ventilationsverluste im Strömungskanal der Dampfturbine 4 entstehen. Dadurch wird die Abfahrtzeit der Dampfturbine 4 wirksam verringert.

[0026] Durch gleichzeitiges Öffnen (teilweise Öffnen möglich) der Ventile 17 und 20 kann eine Mischung aus Luft und Stickstoff in den Kondensatorinnenraum 14 gelangen.

[0027] 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. Anlage (1) umfassend einen Kondensator (9) mit einer Einlassöffnung (8) und einer Auslassöffnung (10), mit einer Vakuumbrecherleitung (13), die eine strömungstechnische Verbindung zwischen einem Kondensatorinnenraum (14) und einem außerhalb des Kondensators (9) befindlichen Gas-Außenraum (15) herstellt,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Gas-Innenraum (15) ein mit einem Inertgas gefüllter Behälter (16) ist.

2. Anlage (1) nach Anspruch 1,
wobei das Inertgas Stickstoff ist.

3. Anlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die Vakuumbrecherleitung (13) ein Ventil (17) zum Schließen und Öffnen der Vakuumbrecherleitung (13) umfasst.

4. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einer Vakuumbrecherabzweigleitung (18), die eine strömungstechnische Verbindung zwischen der Vakuumbrecherleitung (13) und einem mit Luft gefüllten Außenraum (19) herstellt.

5. Anlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
mit einem zweiten Ventil (20) in der Vakuumbrecherabzweigleitung (18).

Zeichnung