DE102005034847A1 - Dampfkraftwerksanlage - Google Patents
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftwerksanlage mit einem zur Beheizung des Speisewassers für den Dampferzeuger Dampf aus der Turbine verwendeten Vorwärmsystem, das mehrere Hochdruckvorwärmer in Reihenanordnung umfasst, sowie mit Einrichtungen zur wenigstens teilweisen Abschaltung des Vorwärmsystems im Rahmen der Primärregelung der Netzfrequenz.
- Durch plötzlichen Ausfall von Kraftwerken oder Zuschaltung von Großverbrauchern können die durch die Kraftwerke eines Netzes erbrachte elektrische Gesamtleistung und die Leistungsanforderung an das Netz aus dem Gleichgewicht geraten. Es kommt zu einer Änderung der Netzfrequenz. Solchen Netzfrequenzänderungen kurzfristig entgegen zu wirken, ist Aufgabe der sog. Primärreglung. Bei Abfall der Netzfrequenz sind die an der Primärregelung beteiligten Kraftwerke verpflichtet, kurzfristig ihre Leistung in einem vom Ausmaß der Netzfrequenzänderung abhängigen Umfang zu erhöhen.
- In Dampfkraftwerksanlagen lassen sich derart kurzfristige Leistungserhöhungen nicht durch Änderung der Heizleistung erreichen.
- In einem Zeitschriftenartikel von G. Falgenhauer „Beitragsmöglichkeiten der Speisewasser-, Kondensat- und Anzapfdampfströme zur schnellen Leistungsänderung", VGB-Kraftwerkstechnik 60, Heft 1, Januar 1980, werden verschiedene Möglichkeiten zur kurzfristigen Leistungssteigerung in Dampfkraftwerksanlagen beschrieben. Neben der Möglichkeit, die Turbine im angedrosselten Zustand der Dampfeinlassventile zu betreiben und zur Leistungserhöhung die Androsselung aufzuheben, können kurzfris tige Leistungserhöhungen ferner durch Abschalten der Vorwärmer erreicht werden. Es wird im Dampferzeuger bzw. Vorwärmsystem gespeicherte Energie als Leistungsreserve genutzt. Der genannte Zeitschriftenartikel betont die Wichtigkeit, innerhalb eines Stranges alle Hochdruckvorwärmer abzuschalten, damit durch in Flussrichtung in Betrieb verbleibende Vorwärmer die Abschaltwirkung nicht beeinträchtigt wird.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Dampfkraftwerksanlage der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die bei geringstmöglicher Beeinträchtigung des Wirkungsgrades der Anlage kurzfristige Erhöhungen der elektrischen Leistung im Rahmen der Primärregelung der Netzfrequenz ermöglicht.
- Die diese Aufgabe lösende Dampfkraftwerksanlage nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen, was die Hochdruckvorwärmer betrifft, nur zum Abschalten des in der Reihenanordnung letzten Hochdruckvorwärmers vor dem Dampferzeuger vorgesehen ist.
- Es hat sich erwiesen, dass bei Beschränkung auf die Abschaltung des letzten Hochdruckvorwärmers ein störungsfreier, im Wirkungsgrad unbeeinträchtigter Weiterbetrieb des Dampferzeugers erreicht werden kann.
- In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Abschalteinrichtungen ein schnell schließendes Ventil in einer Leitung, welche dem letzten Hochdruckvorwärmer aus der Hochdruckstufe der Turbine austretenden Dampf zuführt. Bei Schließzeiten kleiner als 1,5 Sekunden wird eine entsprechend schnelle Leistungserhöhung erreicht.
- Vorzugsweise umfasst das Ventil eine kontinuierlich verstellbare Regeldrehklappe. Durch eine solche Regelklappe lässt sich das Ausmaß der Abschaltung regeln und entsprechend der Veränderung der Netzfrequenz einstellen.
- Um die hohen erforderlichen Antriebskräfte aufbringen zu können, ist das Regelventil vorzugsweise hydraulisch antreibbar, z. B. durch einen elektro-hydraulischen Wandler.
- In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zweigt die Leitung, in welcher das Ventil angeordnet ist, von einer Leitung ab, welche aus der Hochdruckstufe der Turbine austretenden Dampf zur Aufladung in den Dampferzeuger zurückführt.
- Die Abschalteinrichtungen können ferner zur Abschaltung von Niederdruckvorwärmern des Vorwärmsystems vorgesehen sein, wozu die Abschalteinrichtungen ein Regelventil zur vorübergehenden Ableitung durch die Niederdruckvorwärmer fließenden Speisewassers in den Kaltwasserspeicher der Kraftwerksanlage umfassen. Darüber hinaus können Abzapfdampf aus der Niederdruckstufe absperrende Regelventile vorgesehen sein.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Dampferzeuger einen bei Abschaltung des letzten Hochdruckvorwärmers zuschaltbaren, durch Verbrennungsgase beheizbaren Wärmetauscher zur Vorwärmung des Speisewassers. Dieser Wärmetauscher kann Teil einer Reihenanordnung zur Vorwärmung des Speisewassers eingesetzter Wärmetauscher sein.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Dampfkraftwerksanlage nach der Erfindung, und -
2 ein Ausführungsbeispiel für einen in einer Dampfkraftwerksanlage nach der Erfindung verwendbaren Dampferzeuger in einer Teilansicht. - In der in
1 gezeigten Dampfkraftwerksanlage mit einem Dampferzeuger1 wird in einem Verdampfer26 erzeugter Dampf über ein Regelventil2 einer Turbine3 zugeführt. Aus einer Hochdruckstufe4 der Turbine austretender Dampf gelangt über eine Leitung33 in einen im Dampferzeuger angeordneten Zwischenüberhitzer5 und ein weiteres Regelventil6 in eine Mitteldruckstufe7 der Turbine3 . Aus der Mitteldruckstufe7 austretender Dampf wird Niederdruckstufen8 und9 der Turbine zugeführt. Aus den Niederdruckstufen8 und9 austretender Dampf gelangt in einen Hauptkondensator10 . Eine Kondensatpumpe11 befördert kondensiertes Wasser in eine Reihenanordnung von Niederdruckvorwärmern12 bis14 . Dem Niederdruckvorwärmer12 wird zur Beheizung aus den Niederdruckstufen8 und9 der Turbine3 austretender Dampf zugeführt. Die Niederdruckvorwärmer13 und14 erhalten aus den Niederdruckstufen8 und9 abgezapften Dampf. Der letzte Niederdruckvorwärmer14 der Reihenanordnung steht in Verbindung mit einem Speisewasserbehälter15 . An den Speisewasserbehälter15 ist eine Speisewasserpumpe16 angeschlossen. Die Speisewasserpumpe16 wird durch eine Turbine17 angetrieben, welcher aus der Mitteldruckstufe7 der Turbine3 abgezapfter Dampf zugeführt wird. Der Speisewasserpumpe16 nachgeschaltet sind Hochdruckvorwärmer18 und19 in Reihenanordnung. Dem Hochdruckvorwärmer18 wird zur Beheizung aus der Mitteldruckstufe7 abgezapfter Dampf zugeführt. Der in der Reihenanordnung letzte Hochdruckvorwärmer19 vor dem Dampferzeuger1 erhält einen Teil des aus der Hochdruckstufe4 der Turbine3 austretenden Dampfes, welcher ihm über eine von der Leitung33 abzweigende Leitung32 , in der eine Regeldrehklappe20 angeordnet ist, zugeführt wird. - Heizdampfkondensat aus den Hochdruckvorwärmern
18 und19 gelangt in den Speisewasserbehälter15 . Der Speisewasserbehälter15 erhält ferner Kondensat aus dem Niederdruckvorwärmer14 , welches ihm über eine Nebenkondensatpumpe21 zugeführt wird. Kondensat aus den Niederdruckvorwärmern12 und13 fließt in den Hauptkondensator10 . - Der Hauptkondensator
10 steht über ein Regelventil22 ferner in Verbindung mit einem Kaltwasserspeicher23 . - In Fällen, in denen die elektrische Leistung der Dampfkraftwerksanlage zur Konstanthaltung der Netzfrequenz im Rahmen der Primärregelung kurzfristig erhöht werden muss, wird die Regeldrehklappe
20 je nach Abweichung der Netzfrequenz vom Sollwert ganz oder teilweise geschlossen. Die durch einen elektro-hydraulischen Wandler angetriebene Regeldrehklappe20 lässt sich in dem betrachteten Ausführungsbeispiel in weniger als 1,5 Sekunden schließen. Bei geschlossener oder teilweise geschlossener Regeldrehklappe gelangt über den Zwischenüberhitzer5 mehr Dampf in die Turbine3 , wodurch sich die elektrische Leistung der Dampfkraftwerksanlage erhöht. Diese Leistungserhöhung dauert lange genug an, um die erhöhte Leistung unterdessen ohne zwischenzeitlichen Leistungsabfall durch Steigerung der Feuerleistung im Dampferzeuger erbringen zu können. - In dem in
1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Dampfkraftwerksanlage lassen sich zur kurzfristigen Leistungserhöhung ferner die Niederdruckvorwärmer12 bis14 abschalten. Hierzu wird über das Regelventil22 Kondensat abgezweigt und im Kaltwasserspeicher23 zwischengespeichert. - Die Dampfabzapfung aus den Niederdruckstufen
8 und9 , welche ferner über den Niederdruckvorwärmern13 und14 vorgeschaltete Regelventile24 und25 beeinflussbar ist, wird so vermindert und es steht mehr die Turbine antreibender Dampf zur Verfügung. - Die oben beschriebenen Maßnahmen zur kurzfristigen Leistungserhöhung machen ein gedrosseltes Ansteuern der Turbine über das Regelventil
2 überflüssig. - Ein in
2 ausschnittsweise gezeigter Dampferzeuger1a mit einem Verdampfer26a weist dem Verdampfer26a vorgeschaltete Wärmetauscher27 und28 zur weiteren Vorwärmung des Speisewassers auf, welche durch Verbrennungsgase beheizbar sind, die anschließend noch der Luftvorwärmung dienen. - Der Wärmetauscher
27 erhält über eine Leitung29 Speisewasser aus einem letzten HD-Vorwärmer19a vor dem Dampferzeuger1a . Ein Ventil30 dient der wahlweisen Durchleitung von Verbrennungsgas nur durch den Wärmetauscher27 oder beide Wärmetauscher. - In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher
27 ständig in Betrieb. Die Wärmeabgabe durch die Verbrennungsgase ist so bemessen, dass die Verbrennungsgastemperatur beim Austritt aus dem Dampferzeuger nicht unter den erforderlichen Mindestwert oberhalb des Säuretaupunkts abfällt. - In Fällen einer kurzfristig notwendigen Leistungssteigerung, in welchem der HD-Vorwärmer
19a abgeschaltet wird, kann zum Ausgleich der fehlenden Wärmezufuhr durch den HD-Vorwärmer der Wärmetauscher28 zusätzlich in Betrieb genommen und damit eine weitere, im Verbrennungsgas enthaltene Energiereserve genutzt werden. Eine nur vorübergehende Abkühlung der Verbrennungsgase unter den Säuretaupunkt kann hierbei in Kauf genommen werden.
Claims (10)
- Dampfkraftwerksanlage mit einem zur Beheizung des Speisewassers für den Dampferzeuger (
1 ) Dampf aus der Turbine (3 ) verwendenden Vorwärmsystem, das mehrere Hochdruckvorwärmer (18 ,19 ) in Reihenanordnung umfasst, sowie mit Einrichtungen (20 ;22 ,24 ,25 ) zur wenigstens teilweisen Abschaltung des Vorwärmsystems im Rahmen der Primärregelung der Netzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen (20 ;22 ,24 ,25 ), was die Hochdruckvorwärmer betrifft, nur zur Abschaltung des in der Reihenanordnung letzten Hochdruckvorwärmers (19 ) vor dem Dampferzeuger (1 ) vorgesehen sind. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen (
20 ;22 ,24 ,25 ) ein schnell schließendes Ventil (20 ) in einer Leitung (32 ) aufweisen, welche dem letzten Hochdruckvorwärmer (19 ) aus der Hochdruckstufe (4 ) der Turbine (3 ) austretenden Dampf zuführt. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung
32 ), in welcher das Ventil (20 ) angeordnet ist, von einer Leitung (33 ) abzweigt, welche aus der Hochdruckstufe (4 ) der Turbine (3 ) austretenden Dampf zur Aufladung in den Dampferzeuger (1 ) zurückführt. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil eine kontinuierlich verstellbare Regeldrehklappe (
20 ) umfasst. - Dampfkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (
20 ) hydraulisch, vorzugsweise durch einen elektro-hydraulischen Wandler, antreibbar ist. - Dampfkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen (
20 ;22 ,24 ,25 ) ferner zur Abschaltung von Niederdruckvorwärmern (12 –14 ) des Vorwärmesystems vorgesehen sind. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen (
20 ;22 ,24 ,25 ), was die Niederdruckvorwärmer (12 –14 ) betrifft, ein Regelventil (22 ) zur vorübergehenden Ableitung durch die Niederdruckvorwärmer (12 –14 ) fließenden Speisewassers in den Kaltwasserspeicher (23 ) umfassen. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschalteinrichtungen (
20 ;22 ,24 ,25 ), was die Niederdruckvorwärmer (12 –14 ) betrifft, wenigstens ein Regelventil (24 ,25 ) zur Unterbrechung der Heizdampfzufuhr umfassen. - Dampfkraftwerksanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger (
1a ) einen bei Abschaltung des letzten Hochdruckvorwärmers zuschaltbaren, durch Heizgase beheizbaren Wärmetauscher (28 ) zur weiteren Vorwärmung des Speisewassers umfasst. - Dampfkraftwerksanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (
28 ) Teil einer Reihenanordnung von Wärmetauschern (27 ,28 ) des Dampferzeugers (1a ) ist.
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Owner name: STEAG ENERGY SERVICES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: EVONIK POWER SAAR GMBH, 66111 SAARBRUECKEN, DE Effective date: 20120117 Owner name: STEAG POWER SAAR GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: EVONIK POWER SAAR GMBH, 66111 SAARBRUECKEN, DE Effective date: 20120117 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE DR.-ING. W. BERNHARDT DR. R. BE, DE Effective date: 20120117 Representative=s name: PATENTANWAELTE BERNHARDT/WOLFF PARTNERSCHAFT M, DE Effective date: 20120117 Representative=s name: PATENTANWAELTE DR.-ING. W. BERNHARDT DR. R. BERNHA Representative=s name: PATENTANWAELTE BERNHARDT/WOLFF PARTNERSCHAFT, DE Effective date: 20120117 |
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R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE BERNHARDT/WOLFF PARTNERSCHAFT M, DE Representative=s name: PATENTANWAELTE BERNHARDT/WOLFF PARTNERSCHAFT, DE |
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R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: STEAG ENERGY SERVICES GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: STEAG POWER SAAR GMBH, 66111 SAARBRUECKEN, DE |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATENTANWAELTE BERNHARDT/WOLFF PARTNERSCHAFT M, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |