DE102010039870A1

DE102010039870A1 - Dampfkraftwerk

Info

Publication number: DE102010039870A1
Application number: DE201010039870
Authority: DE
Inventors: Heiko Lemmen; Michael Wechsung
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2010-08-27
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2012-03-01
Also published as: WO2012025440A2; WO2012025440A3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk (1) mit einem Hauptturbosatz (2), einer Speisewasserpumpe (17) zum Pumpen von Speisewasser in einen Kessel (8), einer Speisepumpen-Antriebsturbine (18) zum Antreiben der Speisewasserpumpe (17), wobei die Speisepumpen-Antriebsturbine (18) als Dampfturbine ausgebildet ist, deren Frischdampfseite (19) mit einer Dampfzuführung (9) aus dem Hauptturbosatz (2) strömungstechnisch verbunden ist, und wobei eine weitere Speisewasserpumpe (170) parallel zur Speisewasserpumpe (17) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In Dampfkraftwerken bzw. in Kraftwerksprozessen wird Speisewasser verwendet, das in einem Dampferzeuger in komprimierten und hoch temperierten Dampf überführt und anschließend in einem Dampf-Hauptturbosatz thermisch umgewandelt wird. Das Speisewasser wird dazu mit Hilfe einer Speisewasserpumpe gegen den Widerstand des Frischdampf-Druckes in den Kessel bzw. Dampferzeuger gepumpt. Häufig wird diese Speisewasserpumpe durch eine zusätzliche Dampfturbine angetrieben, die daher auch als Speisepumpen-Antriebsturbine (SPAT) bezeichnet wird. In herkömmlichen Kraftwerksprozessen wird die Speisepumpen-Antriebsturbine dabei aus einer Anzapfung der Hauptdampfturbine gespeist (bei einem Druckniveau zwischen 10 und 15 bar) und anschließend auf ein Kondensatorniveau expandiert.
Bei der Auslegung dieser Art von Speisewasserpumpenantrieben muss aber berücksichtigt werden, dass die Speisewasserpumpe in Extremfällen einen um 20% bis 30% über dem Normalbetrieb liegenden Leistungsbedarf benötigt und somit Leistungsreserven aufweisen muss. Dieser erhöhte Leistungsbedarf muss durch die Speisepumpen-Antriebsturbine bereitgestellt werden. Dazu wird bei der Konstruktion bzw. im laufenden Betrieb der Dampfkraftwerksanlage für die Speisepumpen-Antriebsturbine eine entsprechende Reserve berücksichtigt bzw. vorgehalten.
Das Bereitstellen solcher Leistungsreserven für die Speisewasserpumpe durch die Speisepumpen-Antriebsturbine führt aber dazu, dass im Normalbetrieb – wo diese Reserven nicht benötigt werden – diese Speisepumpen-Antriebsturbine entsprechend gedrosselt werden muss. Diese Drosselung bewirkt aber eine Verschlechterung des Gesamtwirkungsgrads der Dampfkraftwerksanlage im Normalbetrieb.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Dampfkraftwerk bereitzustellen, das den zuvor beschriebenen Nachteil überwindet.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Dampfkraftwerk gemäß Anspruch 1.
Dadurch, dass bei einem Dampfkraftwerk mit einem Hauptturbosatz, einer Speisewasserpumpe zum Pumpen von Speisewasser in einen Kessel, einer Speisepumpen-Antriebsturbine zum Antreiben der Speisewasserpumpe, wobei die Speisepumpen-Antriebsturbine als Dampfturbine ausgebildet ist, deren Frischdampfseite mit einer Dampfzuführung aus dem Hauptturbosatz strömungstechnisch verbunden ist, eine weitere Speisewasserpumpe parallel zur bisherigen Speisewasserpumpe angeordnet ist, kann die bisherige Speisewasserpumpe für ein Leistungsniveau für den Normalbetrieb und die weitere Speisewasserpumpe für Leistungsreserven ausgelegt werden und bereitstehen. Die Dampfkraftwerksanlage kann so im optimalen Wirkungsgrad gefahren werden, da im Normalbetrieb keine Drosselung der Speisewasserantriebsturbine mehr notwendig ist.
Ein optimaler Gesamtwirkungsgrad wird erreicht, wenn die Speisewasserpumpe bei nahezu 100% der Kesselleistung vorzugsweise 70% bis 90% der benötigten Speisewassermenge pumpt, und die weitere Speisewasserpumpe entsprechend der geforderten über diese Leistung hinausgehenden Leistungsreserven dimensioniert ist. Somit kann die weitere Speisewasserpumpe die Pumpenleistung für das gesamte Leistungsspektrum der Anlage – von der Teillast bis zur Überlast – je nach Bedarf passend ergänzen.
Wird die weitere Speisewasserpumpe durch einen separaten Antrieb, insbesondere durch einen Elektromotor, autark vom Hauptturbosatz angetrieben, kann besonders schnell und flexibel und ohne weitere zusätzliche Einstellungen an den eigentlichen Dampfkraftwerkskomponenten des Hauptturbosatzes auf Leistungsschwankungen reagiert werden.
Die Erfindung soll nun anhand der nachfolgenden Figuren beispielhaft erläutert werden. Es zeigen:
1 ein Dampfkraftwerk gemäß dem Stand der Technik;
2 ein Aufbau eines Dampfkraftwerks mit erfindungsgemäßer Speisewasserpumpenanordnung.
1 zeigt ein Dampfkraftwerk 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Dampfkraftwerk 1 umfasst einen Hauptturbosatz 2, der eine Hochdruck-Teilturbine 3, sowie hier eine erste Mitteldruck-Teilturbine 4, eine zweite Mitteldruck-Teilturbine 5 sowie eine Niederdruck-Teilturbine 6 umfasst. Die Hochdruck-Teilturbine 3 wird über eine Frischdampfleitung 7 mit einem Dampferzeuger bzw. Kessel 8 mit Frischdampf versorgt. Der aus der Hochdruck-Teilturbine 3 ausströmende Dampf wird in einer kalten Zwischenüberhitzerleitung 9 zu einem ersten Zwischenüberhitzer 10 geführt. In dem ersten Zwischenüberhitzer 10 wird der Dampf überhitzt und anschließend über eine heiße Zwischenüberhitzerleitung 11 zur ersten Mitteldruck-Teilturbine 4 geführt. Der aus der ersten Mitteldruck-Teilturbine 4 ausströmende Dampf wird über eine weitere kalte Zwischenüberhitzerleitung 12 in einen zweiten Zwischenüberhitzer 13 geführt. Dieser Dampf wird wiederum überhitzt und über eine weitere heiße Zwischenüberhitzerleitung 14 zur zweiten Mitteldruck-Teilturbine 5 geführt. Der aus der zweiten Mitteldruck-Teilturbine 5 ausströmende Dampf entspannt in einer Niederdruck-Teilturbine 6 und strömt anschließend in einen Hauptkondensator 15. Gleichzeitig treibt der Hauptturbosatz 2 einen elektrischen Generator 28 zur Erzeugung von elektrischer Energie an.
Im Hauptkondensator 15 kondensiert der entspannte Dampf zu Wasser und wird von dort ggf. über weitere Komponenten zu einer Speisewasserpumpe 17 geführt. Durch die Speisewasserpumpe 17 wird das Wasser gegen den Frischdampfdruck in den Dampferzeuger bzw. Kessel 8 gedrückt. Angetrieben wird die Speisewasserpumpe durch eine Speisepumpen-Antriebsturbine (SPAT), die bei der hier gezeigten Ausführung mit Anzapfung auch als Tuning-Turbine bezeichnet wird. Die Speisepumpen-Antriebsturbine 18 ist dabei als Dampfturbine ausgebildet und wird frischdampfseitig 19 über ein Drosselorgan 20 mit der kalten Zwischenüberhitzerleitung 9 strömungstechnisch verbunden. Der Dampf des in der kalten Zwischenüberhitzerleitung 9 befindlichen kalten Zwischenüberhitzerdampfes entspannt in der Speisepumpen-Antriebsturbine 18 und treibt über einen nicht näher dargestellten Rotor 21 die Speisewasserpumpe 17 an. Die Speisepumpen-Antriebsturbine 18 weist zudem eine Anzapfung 22 auf, aus der Dampf zu einem Vorwärmer 23 geführt wird und kondensiert, wobei das Speisewasser vorgewärmt wird. Das Kondensat strömt dann vom Vorwärmer 23 über eine zweite Leitung 24 zu einem Vorwärmer bzw. Entgaser 25. Der ausgangsseitige Abdampf 26 strömt über eine Abdampfleitung 27 ebenfalls zum Vorwärmer 25 und wärmt das Speisewasser vor.
Das Drosselorgan 20 ist im Stand der Technik für eine Leistungs- bzw. Drehzahlregelung im Normalbetrieb angedrosselt. So können beispielsweise Wirkungsgradabweichungen der Speisewasserpumpe oder einzelner Turbinen, die aufgrund von Alterungseffekten über die Betriebsdauer der Anlage auftreten können, oder aber auch zunehmende Schluckfähigkeitsabweichungen der Hauptturbine durch eine entsprechende Rücknahme der Drosselung ausgeglichen werden. Wie groß der mögliche Anpassungsbereich gewählt wird, hängt dabei von der Dimensionierung der Turbine und von den geforderten Leistungsreserven ab.
2 zeigt eine zu 1 ähnliche Ausgestaltung eines Dampfkraftwerks 1, hier mit einem Hauptturbosatz 2, der eine Hochdruck-Teilturbine 3 und eine Mitteldruck-Teilturbine 4' aufweist, sowie einem Speisewasserkreis mit mehreren Vorwärmern 8', 23' und 23'', sowie der Speisewasserpumpe 17, die dass Speisewasser über diese Vorwärmer in den Kessel 8 pumpt.
Erfindungsgemäß ist nun hier parallel zu der Speisewasserpumpe 17 eine weitere Speisewasserpumpe 170 mit einem eigenen Antrieb 171 vorgesehen. Die bisherige Speisewasserpumpe 17 wird dabei so wie in Bezug auf 1 beschrieben von der Speisepumpen-Antriebsturbine 18 als T-Turbine in gewohnter Weise angetrieben. Diese Speisepumpen-Antriebsturbine 18 ist hier nun so dimensioniert und damit so ausgelegt, dass die Speisewasserpumpe 17 bei ca. 100% der Kesselleistung des Kessels 8, 70% bis 90% der benötigten Speisewassermenge pumpt. Diese Speisewasserpumpe 17 bildet somit die „Hauptkesselspeisewasserpumpe” zum Pumpen der Speisewassermenge, die im Normalbetrieb benötigt wird. Die genaue Dimensionierung des Wertes, der für eine Anlage optimal ist, wird dabei im Rahmen einer Gesamtanlagenoptimierung ermittelt, da er letztendlich vom Lastprofil des jeweiligen Dampfkraftwerks abhängig ist.
Die weitere Speisewasserpumpe 170, die der Speisewasserpumpe 17 parallel geschaltet ist, wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Elektromotor 171 autark angetrieben. Sie ist so dimensioniert, dass sie die der Hauptkesselspeisewasserpumpe fehlende Pumpenleistung über das gesamte Leistungsspektrum des Dampfkraftwerks passend ergänzen kann. In Summe sind die beiden Speisewasserpumpen 17 und 170 damit so dimensioniert, dass sie alle Anforderungen an maximal benötigten Spitzenlasten für die Speisewassermengen erfüllen können. Eine Drosselung des Antriebs der Hauptkesselspeisewasserpumpe zum Vorhalten von Leistungsreserven ist somit nicht mehr notwendig.
Durch die Aufteilung der Pumpenarbeit auf zwei Aggregate, hier der Speisewasserpumpe 17 als Hauptlastpumpe für den Normalbetrieb und der parallel dazu angeordneten weiteren Speisewasserpumpe 170 mit eigenem Antrieb als Pumpe für Extremfälle kann der Vorteil einer Tuning-Turbinen getriebenen Pumpe maximal ausgenutzt werden. Die Tuning-Turbine 18 als Antrieb für die Hauptspeisewasserpumpe 17 kann so im Normalbetrieb weitestgehend im optimalen Wirkungsgradbereich gefahren werden. Die zweite, hier elektrisch betriebene Speisewasserpumpe 170 übernimmt alle weiteren über den normalen Lastbetrieb hinausgehenden Regelungsaufgaben und gegebenenfalls auch den leistungsintensiven Anfahrvorgang.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung werden somit nahezu sämtliche, über den Normalbetrieb hinausgehende Leistungsanforderungen, von der durch die SPAT- bzw. Tuning-Turbine angetriebenen Speisewasserpumpe, auf die parallel geschaltete Pumpe übertragen. Somit kann die SPAT- bzw. Tuning-Turbine über weite Lastbereiche mit voll geöffneten Ventilen und damit ohne Drosselverluste gefahren werden.
Das erfindungsgemäß so angeordnete Dampfkraftwerk ist dem Stand der Technik sowohl in Fragen der Bauteilbeanspruchung, des Wirkungsgrades und des Betriebes überlegen. Damit qualifiziert es sich in besonderer Weise für die Anwendung in zukünftigen, wirkungsgradkritischen Großkraftwerksanlagen mit einfacher oder doppelter Zwischenüberhitzung.
Die in Bezug auf 2 beschriebene erfindungsgemäße Ausführungsform eines Dampfkraftwerks ist selbstverständlich genauso bei der in 1 dargestellten Ausführung oder jeder anderen Anlagenausführung ohne Einschränkung anwendbar. Die vorliegende Erfindung ist somit nicht beschränkt auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Vielmehr sind auch Kombinationen, Abwandlungen bzw. Ergänzungen einzelner Merkmale denkbar, die zu weiteren möglichen Ausführungsformen der erfinderischen Idee führen können. So ist beispielsweise anstelle des Elektromotors zum Antreiben der weiteren Speisewasserpumpe auch jeder andere Antrieb denkbar. Zudem sind neben den in 1 und 2 dargestellten Bauteilanordnungen der Komponenten der Dampfkraftwerksanlage auch weitere erfinderische Anordnungen denkbar, solange zwei oder sogar mehr Speisewasserpumpen so parallel angeordnet und ausgelegt sind, dass eine der Speisewasserpumpen als Hauptpumpe von einer SPAT- bzw. Tuning-Turbine des Dampfkraftwerks angetrieben wird und dass die SPAT- bzw. Tuning-Turbine im Normalbetrieb über weite Lastbereiche mit voll geöffneten Ventilen und damit ohne Drosselung gefahren werden.

Claims

Dampfkraftwerk (1) mit einem Hauptturbosatz (2), einer Speisewasserpumpe (17) zum Pumpen von Speisewasser in einen Kessel (8), einer Speisepumpen-Antriebsturbine (18) zum Antreiben der Speisewasserpumpe (17), wobei die Speisepumpen-Antriebsturbine (18) als Dampfturbine ausgebildet ist, deren Frischdampfseite (19) mit einer Dampfzuführung (9) aus dem Hauptturbosatz (2) strömungstechnisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Speisewasserpumpe (170) parallel zur Speisewasserpumpe (17) angeordnet ist.
Dampfkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Speisewasserpumpe (17) so dimensioniert ist, dass sie bei nahezu 100% Kesselleistung 70% bis 90% an Speisewassermenge pumpt, und die weitere Speisewasserpumpe (170) für die über diese Leistung hinausgehende Leistungsreserve dimensioniert ist.
Dampfkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Speisewasserpumpe (170) durch einen Elektromotor autark angetrieben wird.