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Bei Einsatz von Dampfturbinen in Kraftwerken ist die Art der Aufstellung des Turbosatzes eine wesentliche Randbedingung für die Anlagenplanung und damit für die entstehenden Kosten. Als Turbosatz wird allgemein die Anordnung verstanden, wie Turbinen und Generator über eine gemeinsame Welle angeordnet werden.
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Der Turbosatz kann in einer so genannten Tiefaufstellung angeordnet werden, die in den letzten Jahren überwiegend für kombinierte Gas- und Dampfturbinenanlagen (GUD) Anwendung fand. Bei tief aufgestellten Turbosätzen wird der Kondensator neben der Dampfturbine aufgestellt. Eine Hochaufstellung hingegen, findet überwiegend bei reinen Dampfturbinenanlagen Anwendung, die eine Leistung von 250 MW oder mehr aufweisen. Bei hoch aufgestellten Turbosätzen wird kann Kondensator aus Platzgründen unterhalb der Dampfturbine angeordnet.
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Die Tiefaufstellung bietet besondere Vorteile, da durch die Reduzierung der Aufstellhöhe eine kostengünstigere Projektierung und Errichtung des Maschinenhauses erfolgen kann. Nachteilig hingegen ist, dass gerade die bei einer regenerativen Vorwärmung erforderliche große Anzahl von Anzapfungen an dem Dampfturbinengehäuse nur sehr erschwert konstruktiv umgesetzt werden kann. Daher ist gerade für größere Dampfkraftwerke, die eine Vielzahl von Anzapfungen an dem Dampfturbinengehäuse aufweisen, die Hochaufstellung des Turbosatzes konstruktiv von Vorteil, da eine Anordnung der Stutzen und die Ableitung der Rohrleitung aufgrund der Aufstellhöhe (Centerline) möglich ist.
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Durch die vielen Anzapfdampfleitungen, die es aus einem Dampfturbinengehäuse auszuleiten gilt, ist eine Übertragung der thermodynamischen Auslegung des Turbosatzes und der entwickelten Technologien von einem hoch aufgestellten Turbosatz auf einen tief aufgestellten Turbosatz nicht einfach so möglich. Ein thermodynamisch fertig ausgelegter hochaufgestellter Turbosatz kann somit nicht tiefaufgestellt werden, sondern erfordert immer eine eigene Auslegung. Da die Anordnung der Anzapfstutzen, speziell im Niederdruckbereich, durch die Tiefaufstellung erschwert ist, wurden in der Vergangenheit ausschließlich Turbosätze für die Tiefaufstellung mit einer geringen Anzahl von Anzapfmöglichkeiten entwickelt, was thermodynamisch nicht das Optimum darstellt.
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Aus dem Stand der Technik sind etliche Beispiele für Anzapfungen bekannt. Die
DE 10 2011 057 134 A1 offenbart beispielsweise eine Energieerzeugungsvorrichtung mit einer Speisewasserpumpe, die durch eine Speisepumpenantriebsturbine angetrieben, wird. Die Speisepumpenantriebsturbine wird dabei mit Anzapfdampf aus dem Mitteldruckteil einer Dampfturbine mit Dampf versorgt. Die
DE 10 2010 039 870 A1 beschreibt ein ähnlich geartetes Dampfkraftwerk, bei dem Dampf für den Betrieb von zwei parallelen Speisewasserantriebsturbinen aus dem Hauptturbosatz entnommen wird. In der
DE 19507167 C1 ist eine Dampfturbinenanlage offenbart, bei der der Dampfturbine ein erster Kondensator nachgeschaltet ist, und der Speisewasserantriebsturbine ein zweiter Kondensator nachgeschaltet ist. Dabei wird aus dem Verdampferkreislauf der Dampfturbine ein Teilstrom abgezweigt und der Speisewasserantriebsturbine zugeführt. Die
DE 3044991 A1 beschreibt ein Kraftwerk zur Brennstoff-Müllverbrennung und offenbart einen Turbosatz, der für die Entnahme von Dampf zur Versorgung eines Industriedampfverbrauchernetzes aus einer Anzapfleitung vorgesehen ist. Die
US 5533337 A beschreibt ein Speisewassersystem für eine Kraftwerksanlage mit einer Dampfturbine und einer Speisewasserantriebsturbine, die durch eine Anzapfdampfleitung aus der Dampfturbine mit Dampf versorgt wird. In der
US 3972196 A ist ein Dampfkraftwerk offenbart, bei dem der Mittel- und Niederdruckteil der Dampfturbine Anzapfungen aufweist.
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Bei aktuellen hochaufgestellten Kraftwerkskonzepten werden in der Regel drei Anzapfungen aus der Dampfturbine geführt. Bei vergleichbaren tiefaufgestellten Kraftwerkskonzepten sind nur zwei Anzapfungen möglich. Dies bedeutet, dass bei entsprechenden tiefaufgestellten Kraftwerkskonzepten mindestens eine Anzapfung fehlt. Üblicherweise ist der thermodynamische Einfluss einer zusätzlichen Anzapfung im Niederdruckdampfbereich auf den Kreislaufwirkungsgrad überschaubar. Da aber das minimale Druckniveau der ersten Anzapfung bei tiefaufgestellten Turbosätzen limitiert sein kann, kann der negative Wirkungsgradeffekt im signifikanten Bereich von > 0,6% liegen, und bedeutet damit einen wesentlichen Nachteil für tiefaufgestellte Turbosätze.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Kraftwerksanlage anzugeben, die sich einerseits für die kostengünstige Tiefaufstellung eignet, also abgesenkte Centerline, dafür aber mit weniger Anzapfungen des Niederdruckteils der Dampfturbine auskommt, was sich gleichzeitig aber nicht signifikant negativ thermodynamisch auswirkt. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein entsprechendes Verfahren anzugeben.
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Die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe der Erfindung ist gelöst durch eine Kraftwerksanlage, mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, wobei in den Wasser-Dampf-Kreislauf mindestens ein Niederdruckvorwärmer, ein Dampferzeuger, eine Dampfturbine, ein Kondensator und eine Speisewasserpumpe geschaltet sind, wobei die Speisewasserpumpe über eine Welle von einer Speisewasserpumpen-Antriebsturbine (SPAT) antreibbar ist. Erfindungsgemäß ist eine Dampfleitung vorgesehen, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit dem Niederdruckvorwärmer verbunden ist, sodass Dampf aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine dem Niederdruckvorwärmer zuführbar ist. Somit kann durch die erfindungsgemäße Dampfleitung ein Teil der regenerativen Vorwärmung im wichtigen Niedertemperaturbereich von < 100°C übernommen werden.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, den Dampf aus der Speisepumpen-Antriebsturbine nicht auf den Kondensator zu führen sondern zur Niederdruckvorwärmung zu verwenden. Da die Speisepumpenantriebsturbine mit höherwertigem Dampf aus dem Mitteldruckteil der Dampfturbine versorgt wird, kann dadurch eine Anzapfung des Niederdruckteils der Dampfturbine für die Niederdruckvorwärmung entfallen. Durch eine optimierte Einbindung des Dampfes der Speisepumpenantriebsturbine in den zusätzlichen Niederdruckvorwärmer wird der thermodynamische Nachteil der sonst fehlenden Niedertemperaturvorwärumg bis 100°C fast vollständig kompensiert.
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Vorteilhaft ist dabei insbesondere, dass der Abdampf einer üblicherweise verwendeten Speisepumpenantriebsturbine deutlich über dem sonst relevanten Kondensatordruck liegt. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, die Speisepumpenantriebsturbine aufgrund deutlich reduzierter Volumendurchsätze kostengünstiger auszuführen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Dampfleitung an einer Anzapfstelle an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeschlossen, die zwischen Dampfeintritt und dem Dampfaustritt der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeordnet ist, sodass dem Niederdruckvorwärmer Dampf aus der Anzapfstelle der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine zuführbar ist. Durch die Wahl der Anzapfstelle kann der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine ein entsprechender Dampf entnommen werden, der mit seinen Dampfparametern den Anforderungen des Niederdruckvorwärmers entspricht. Dadurch ist eine höhere Flexibilität zwischen der Erfüllung der Anforderungen der Speisewasserpumpe und der Vorwärmstrecke im Auslegungspunkt erreichbar. Die zusätzliche Anzapfung erfolgt an einer eigens dafür vorgesehenen Stelle der Speisewasserpumpenturbine, die weder dem Dampfeinlass noch dem Dampfauslass entspricht. Dadurch kann dem Niederdruckvorwärmer gezielt geregelt höherwertiger Dampf zugeführt werden. Weiterhin wird damit erreicht, dass sowohl die Anforderungen der Speisewasserpumpe bei unterkritischen (Dampfdrücke bei < 200 bar) bzw. überkritischen Anlagen (Dampfdrücke > 230 bar) erfüllt werden, wie auch eine optimale Einbindung des Dampfes in die Niederdruckvorwärmung erfolgen kann. Diese zusätzliche Versorgung mit Dampf kann dabei so thermodynamisch ausgelegt werden, dass in Sonderlastfällen, beispielsweise bei Ausfall des Niederdruckvorwärmers, die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine ohne Einschränkungen weiter betrieben werden kann.
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Alternativ kann die Dampfleitung an dem Dampfaustritt der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeordnet sein, sodass dem Niederdruckvorwärmer Abdampf aus der Anzapfstelle der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine zuführbar ist. Durch diese Konfiguration wird der Dampf in der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine entspannt und nur der Abdampf wird zur Niederdruckvorwärmung verwendet. Je nach Auslegung der Kraftwerksanlage kann diese Konfiguration von Vorteil sein.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Kraftwerksanlage ist weiterhin eine Bypassleitung vorgesehen, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit dem Kondensator verbunden ist, sodass im Störfall Dampf aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine dem Kondensator zuführbar ist. Die Bypassleitung verbindet die Speisewasserpumpenturbine mit dem Kondensator. Durch eine alternative Dampfroute zum Kondensator ist somit auch bei Ausfall oder in besonderen Betriebszuständen sichergestellt, dass der Dampf aus der Speisewasserpumpenturbine über eine Dampfleitung abgeleitet werden kann.
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Um eine höhere Flexibilität im Lastverhalten der Anlage zu erhalten, hat sich seit vielen Jahren der sogenannte Kondensatstau etabliert. Dabei wird das Hauptkondensat im Hotwell des Kondensators angestaut. Das Speisewasser für die Versorgung des Dampfererzeugers wird aus dem Speicherinhalt des Speisewasserbehälters entnommen. Die Reduzierung der Hauptkondensatmenge führt zu einer Reduzierung der Niederdruck-Anzapfmassenströme und damit verbunden zu einer Leistungserhöhung im Turbosatz, da der nicht entnommene Anzapfdampf bis auf Kondensatordruck entspannt werden kann. Da der erste Niederdruckvorwärmer den Dampf aus Speisewasserpumpen-Antriebsturbine kondensiert und damit zur Leistungserzeugung der Antriebsturbine benötigt wird, muss bei reduzierter Durchströmung des Vorwärmers im Kondensatstaubetrieb eine alternative Route des Dampfes in der Antriebsturbine in Richtung des Kondensators möglich sein. Die Versorgung der Speisewasserpumpenturbine von der Hauptdampfturbine kann in Abhängigkeit der Leistungsanforderung der Speisewasserpumpe (unterkritisch oder überkritisch) vom Mitteldruck-Abdampf oder der ersten Mitteldruck-Anzapfung erfolgen.
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In der Bypassleitung kann eine schnell öffnende Armatur (Regelarmatur) geschaltet sein, welche im Störfall geöffnet wird. Diese Armatur steigert die Betriebsflexibilität und -Sicherheit der Kraftwerksanlage.
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Vorzugsweise ist die Bypassleitung an der Anzapfstelle an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeschlossen. Dadurch lässt sich die Betriebsflexibilität weiter steigern, da eine höhere Flexibilität zwischen der Erfüllung der Anforderungen der Speisewasserpumpe und der Vorwärmstrecke erreichbar ist, und gleichzeitig auf Störfälle reagiert werden kann.
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Alternativ kann es je nach Ausgestaltung der Kraftwerksanlage auch vorteilhaft sein, wenn die Bypassleitung am Dampfaustritt an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeschlossen ist. Je nach Auslegung der Kraftwerksanlage kann auch diese Konfiguration von Vorteil sein.
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Vorzugsweise besteht die Dampfturbine aus mindestens einem Hochdruckteil, mindestens einem Mitteldruckteil und mindestens einem Niederdruckteil. Die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine ist dabei über eine Hauptanzapfdampfleitung mit Dampf aus mindestens einem Mitteldruckteil der Dampfturbine verbunden, wobei in die Hauptanzapfdampfleitung ein Regelventil geschaltet ist, wodurch Dampf in Abhängigkeit der Leistungsanforderung der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine und/oder des Niederdruckvorwärmers regelbar ist. Durch das Regelventil wird eine höhere Flexibilität zwischen der Erfüllung der Anforderungen der Speisewasserpumpe und der Vorwärmstrecke erreicht. Somit kann Dampf in Abhängigkeit der Leistungsanforderung des Niederdruckvorwärmers und/oder der Anzapfung der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine geregelt werden.
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Alternativ dazu kann es je nach Anforderungen der Kraftwerksanlage auch vorteilhaft sein, wenn die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine über eine Abdampfleitung mit Dampf aus mindestens einem Mitteldruckteil der Dampfturbine verbunden ist, wobei in die Abdampfleitung ein Regelventil geschaltet ist, durch welches Dampf in Abhängigkeit der Leistungsanforderung der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine und/oder des Niederdruckvorwärmers regelbar ist.
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Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Kraftwerksanlage umfasst der Niederdruckvorwärmer einen Anschluss für einen Kondensatablauf. Außerdem ist eine Kondensatablaufleitung vorgesehen, durch welche der Anschluss für Kondensat mit der Hauptkondensatleitung des Wasser-Dampf-Kreislaufs verbunden ist. Durch diese Konfiguration kann das Kondensat aus dem Niederdruckvorwärmer ausgeleitet, und an geeigneter Stelle in der Hauptkondensatleitung eingebracht werden.
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Vorzugsweise stellt der Niederdruckvorwärmer einen ersten Niederdruckvorwärmer dar. Der Wasser-Dampf-Kreislauf umfasst dabei weiterhin einen zweiten Niederdruckvorwärmer und einen dritten Niederdruckvorwärmer. Der zweite Niederdruckvorwärmer umfasst dabei einen Anschluss für einen Kondensatablauf, und auch der dritte Niederdruckvorwärmer umfasst einen Anschluss für einen Kondensatablauf. Ferner ist eine Kondensatablaufleitung vorgesehen, durch welche die beiden Anschlüsse für Kondensat mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf verbunden sind, sodass Ablaufkondensat aus dem zweiten Niederdruckvorwärmer und dem dritten Niederdruckvorwärmer vermischbar und dem Wasser-Dampf-Kreislauf zurückführbar ist.
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Vorteilhaft ist es dabei, wenn die Kondensatablaufleitung mit der Hauptkondensatleitung des Wasser-Dampf-Kreislaufs verbunden ist. Dadurch kann das Kondensat an geeigneter Stelle in der Hauptkondensatleitung eingebracht werden, wodurch der Kondensator entlastet wird.
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Alternativ kann die Kondensatablaufleitung mit dem ersten Niederdruckvorwärmer des Wasser-Dampf-Kreislaufs verbunden sein. Je nach Auslegung der Kraftwerksanlage kann auch diese Konfiguration von Vorteil sein.
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Die Erfindung richtet sich insbesondere auf Kraftwerksanlagen, die ausgestaltet sind als Dampfturbinenanlage (DKW).
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Die auf ein Verfahren zum Betrieb einer Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe der Erfindung ist gelöst durch ein Verfahren mit einem Wasser-Dampf-Kreislauf, wobei in den Wasser-Dampf-Kreislauf mindestens ein Niederdruckvorwärmer, ein Dampferzeuger, eine Dampfturbine, ein Kondensator und eine Speisewasserpumpe geschaltet sind, wobei die Speisewasserpumpe über eine Welle von einer Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angetrieben wird, wobei Dampf aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine über eine Dampfleitung dem Niederdruckvorwärmer zugeführt wird.
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Die erfindungsgemäßen Vorteile des Verfahrens sowie der entsprechenden Unteransprüche sind analog zu den Vorteilen der erfindungsgemäßen Kraftwerksanlage.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens wird der Dampf entweder aus einer Anzapfstelle an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine entnommen, die zwischen Dampfeintritt und dem Dampfaustritt der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeordnet ist, oder in Form von Abdampf aus dem Dampfaustritt der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine.
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In einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird im Störfall Dampf über eine Bypassleitung aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine dem Kondensator zugeführt, wobei der Dampf entweder aus der Anzapfstelle oder am Dampfaustritt an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine entnommen wird. Die Dampfentnahme aus der Anzapfstelle stellt dabei die bevorzugte Variante dar. Je nach Auslegung der Kraftwerksanlage kann auch die Entnahme von Abdampf von Vorteil sein. Beispielsweise wenn keine Anzapfung an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine möglich oder gewollt ist.
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Vorzugsweise besteht die Dampfturbine aus mindestens einem Hochdruckteil, mindestens einem Mitteldruckteil und mindestens einem Niederdruckteil. Die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine wird dabei entweder über eine Hauptanzapfdampfleitung mit Dampf aus mindestens einem Mitteldruckteil der Dampfturbine versorgt, oder über eine Abdampfleitung mit Abdampf aus mindestens einem Mitteldruckteil der Dampfturbine. In die Hauptanzapfdampfleitung bzw. die Abdampfleitung ist dabei ein Regelventil geschaltet, wodurch Dampf in Abhängigkeit der Leistungsanforderung der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine und/oder des Niederdruckvorwärmers geregelt wird.
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Bei einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens wird Kondensat aus dem Niederdruckvorwärmer über einen Anschluss für Kondensatablauf durch eine Kondensatablaufleitung in die Hauptkondensatleitung des Wasser-Dampf-Kreislaufs geleitet.
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Vorteilhafterweise ist der Niederdruckvorwärmer als ein erster Niederdruckvorwärmer ausgestaltet, wobei der Wasser-Dampf-Kreislauf weiterhin einen zweiten Niederdruckvorwärmer und einen dritten Niederdruckvorwärmer umfasst. Ablaufkondensat aus dem zweiten Niederdruckvorwärmer wird an einem Anschluss für Kondensatablauf ausgeleitet, und Ablaufkondensat aus dem dritten Niederdruckvorwärmer wird an einem Anschluss für einen weiteren Kondensatablauf ausgeleitet. Durch eine Kondensatablaufleitung werden diese beiden Kondensatabläufe vermischt, und das vermischte Ablaufkondensat in die Hauptkondensatleitung oder in den ersten Niederdruckvorwärmer des Wasser-Dampf-Kreislaufs zurückgeführt.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem hochaufgestellten Turbosatz gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß dem Stand der Technik;
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3 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz mit einer Dampfleitung, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit dem Niederdruckvorwärmer gemäß der Erfindung verbunden ist;
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4 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz, weiterentwickelt mit einer Bypassleitung, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit dem Kondensator verbunden ist;
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5 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei die Dampfleitung an einer Anzapfstelle an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine angeschlossen ist;
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6 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei eine Kondensatablaufleitung 25 vorgesehen ist, durch welche Ablaufkondensat aus dem Anschluss für einen Kondensatablauf 24 aus dem ersten Niederdruckvorwärmer 27 der Hauptkondensatleitung 26 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 2 zuführbar ist;
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7 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei eine Kondensatablaufleitung 34 vorgesehen ist, durch welche Ablaufkondensat aus einem zweiten und dritten Niederdruckvorwärmer und dem dritten Niederdruckvorwarmer vermischbar und dem ersten Niederdruckvorwärmer zurückführbar ist;
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8 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei eine Kondensatablaufleitung vorgesehen ist, durch welche Ablaufkondensat aus einem zweiten und dritten Niederdruckvorwärmer und dem dritten Niederdruckvorwärmer vermischbar und der Hauptkondensatleitung zurückführbar ist;
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9 eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz, gemäß einer Weiterentwicklung der 4, mit mehreren Dampfleitung, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit verschiedenen Niederdruckvorwärmern verbunden ist.
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1 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftwerks 1 mit einem hochaufgestellten Turbosatz gemäß dem Stand der Technik.
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Gezeigt ist ein Wasser-Dampf-Kreislauf 2, in den ein Niederdruckvorwärmer 3, ein Dampferzeuger 6, eine Dampfturbine 7, ein Kondensator 8 und eine Speisewasserpumpe 9 geschaltet sind. In den Wasser-Dampf-Kreislauf 2 ist eine nicht dargestellte Kondensatpumpe geschaltet. Die Dampfturbine besteht in diesem Beispiel aus einem kombinierten Hochdruckteil 17, Mitteldruckteil 18 und einem separaten Niederdruckteil 19. Die Dampfturbine 7 ist über eine gemeinsame Welle mit einem Generator G verbunden.
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Die Speisewasserpumpe 9 ist über eine weitere Welle 10 mit einer Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 verbunden. Der Dampfturbine 7 wird am Mitteldruckteil 18 an einer Anzapfstelle Dampf entnommen, und über eine Anzapfdampfleitung 22 der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 zugeführt. Für die Anzapfdampfleitung ist eine Anzapfstelle an dem Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 erforderlich. In die Anzapfdampfleitung 22 ist ein Regelventil 23 geschaltet, mit dem der entnommene Dampf in Abhängigkeit der geforderten Dampfmenge geregelt werden kann. In der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 wird der Dampf entspannt, und über die dabei entstehende Kraft die Speisewasserpumpe 9 über die Welle 10 angetrieben. Der entspannte Dampf wird über eine Dampfleitung dem Kondensator 8 zugeführt. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 2 ist im Wesentlichen zwischen dem Kondensator 8 und der Speisewasserturbine 9 durch eine Hauptkondensatleitung 26 ausgebildet.
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Ist der Turbosatz hochaufgestellt, kann der Kondensator 8 unterhalb des Turbosatzes angeordnet werden. Außerdem kann problemlos an mehrere Anzapfstellen aus dem Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 Dampf für die Niederdruckvorwärmer 3 entnommen werden. Im Beispiel der 1 sind drei Niederdruckvorwärmer 3 vorgesehen, die mit Dampf aus dem Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 versorgt werden. Ein erster Niederdruckvorwärmer 27, ein zweiter Niederdruckvorwärmer 28 und ein dritter Niederdruckvorwärmer 29. Gezeigt ist auch noch ein vierter Niederdruckvorwärmer 34, der allerdings mit Dampf aus der Mitteldruckstufe 18 versorgt wird. Nicht gezeigt sind weitere Hochdruckvorwärmer. Wie im Folgenden am Beispiel der 2 demonstriert werden soll, lassen sich bei einem tiefaufgestellten Turbosatz konstruktiv bedingt weniger Niederdruckvorwärmer 3 unterbringen.
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2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Kraftwerks 1 mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß dem Stand der Technik. Bei tiefaufgestellten Turbosätzen befindet sich der Kondensator 8 konstruktiv bedingt neben der Dampfturbine 7. Dies erfordert einerseits längere Leitungswege vom Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 zum Kondensator 8. Andererseits lassen sich durch die Tiefaufstellung des Turbosatzes weniger Anzapfungen an dem Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 anschließen.
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2 zeigt einen vergleichbaren Wasser-Dampf-Kreislauf 2 wie in 1 beschrieben, jedoch lassen sich durch die Tiefaufstellung nur zwei Niederdruckvorwärmer 3 an die Niederdruckturbine 19 anschließen. Zu sehen sind ein erster Niederdruckvorwärmer 27 und ein zweiter Niederdruckvorwärmer 28, die jeweils über eine Dampfleitung an dem Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 angeschlossen sind. Dargestellt ist zudem ein vierter Niederdruckvorwärmer 34, der an den Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 angeschlossen ist. Ein dritter Niederdruckvorwärmer 29 kann bei dem hier gezeigten, tiefaufgestellen Konzept nicht untergebracht werden.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks 1 mit einem tiefaufgestellten Turbosatz mit einer Dampfleitung 12, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 mit dem Niederdruckvorwärmer 3 gemäß der Erfindung verbunden ist. 3 unterscheidet sich dabei insbesondere von dem Stand der Technik aus 2, dass zumindest einem Niederdruckvorwärmer 3 Dampf aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 zuführbar ist. Der Niederdruckvorwärmer 3 symbolisiert hier den ersten Niederdruckvorwärmer 27 aus 1 und 2. Nicht dargestellt sind weitere Niederdruckvorwarmer, die über den Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 mit Dampf versorgt werden und zwischen den Niederdruckvorwärmer 3 und der Speisewasserpumpe 9 angeordnet sind.
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Der Dampf aus der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 wird nicht wie in 1 oder 2 auf den Kondensator 8 geführt sondern zur Niederdruckvorwärmung verwendet. Ferner wird die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 über eine Hauptanzapfdampfleitung 20 mit höherwertigem Dampf aus dem Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 versorgt. Dadurch kann eine Anzapfung des Niederdruckteils 19 der Dampfturbine 7 für die Niederdruckvorwärmung 3 entfallen. In die Hauptanzapfdampfleitung 20 wird vom Abdampf der Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 abgezweigt. In die Hauptanzapfdampfleitung 20 ist ein Regelventil 21 geschaltet, durch das die Dampfmenge, die der Speisewasser-Antriebsturbine 11 zuführbar ist, regelbar ist. Durch eine optimierte Einbindung des Dampfes der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 in den zusätzlichen Niederdruckvorwärmer 3 wird der thermodynamische Nachteil der sonst fehlenden Niedertemperaturvorwärumg bis 100°C fast vollständig kompensiert.
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Der Abdampf einer üblicherweise verwendeten Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 liegt deutlich über dem sonst relevanten Kondensatordruck. Diese Tatsache kann dazu genutzt werden, die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 aufgrund deutlich reduzierter Volumendurchsätze kleiner und somit kostengünstiger auszuführen.
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Durch das Regelventil 21, welches in die Hauptanzapfdampfleitung 20 geschaltet ist, ist Dampf in Abhängigkeit der Leistungsanforderung der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 und/oder des Niederdruckvorwärmers 3 regelbar. Durch das Regelventil 21 lässt sich somit die Leitung der Speisewasser-Antriebsturbine 11 oder des Niederdruckvorwärmers 3 getrennt voneinander, oder auch Speisewasser-Antriebsturbine 11 und Niederdruckvorwärmers 3 gemeinsam regeln.
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4 basiert auf dem erfindungsgemäßen Konzept der 3 und zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks 1 mit einem weiterentwickelten tiefaufgestellten Turbosatz mit einer Bypassleitung 16, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 mit dem Kondensator 8 verbunden ist.
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4 zeigt dabei ebenso einen Wasser-Dampf-Kreislauf 2, in den ein Niederdruckvorwärmer 3, ein Dampferzeuger 6, eine Dampfturbine 7, ein Kondensator 8 und eine Speisewasserpumpe 9 geschaltet sind. Die Dampfturbine 7 besteht auch hier aus einem kombinierten Hochdruckteil 17, Mitteldruckteil 18 und einem separaten Niederdruckteil 19.
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Die Speisewasserpumpe 9 ist über eine von dem Turbosatz unabhängige Welle 10 mit einer Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 verbunden. Der Dampfturbine 7 wird am Mitteldruckteil 18 an einer Anzapfstelle Dampf entnommen, und über die Anzapfdampfleitung 22 der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 zugeführt. In die Anzapfdampfleitung 22 ist ein Regelventil 23 geschaltet. In der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 wird der Dampf entspannt, und dabei über die Welle 10 die Speisewasserpumpe 9 angetrieben. Der entspannte Dampf wird über die Dampfleitung 12 dem erster Niederdruckvorwärmer 27 zugeführt. Die Anzapfdampfleitung 22 sowie das Regelventil 23 entspricht im Wesentlichen der Hauptanzapfdampfleitung 20 und dem Regelventil 21. Die Unterscheidung wurde vorgenommen, um deutlich zu machen, dass bei der Anzapfdampfleitung 22 eine Anzapfstelle an dem Mitteldruckteil 18 erforderlich ist. Alternativ können auch die Hauptanzapfdampfleitung 20 und das Regelventil 21 aus 3 vorgesehen sein.
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In der Weiterentwicklung zu der Ausführungsform in 3 ist in 4 an die Dampfleitung 12 die Bypassleitung 16 angeschlossen. Die Bypassleitung 16 kann aber auch mit dem gleichen Effekt direkt an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 angeschlossen sein. In die Bypassleitung 16 zum Kondensator 8 ist eine schnell öffnende Armatur (Regelarmatur) geschaltet, um alle relevanten Lastzustände (inklusive Störlastfällen) beherrschen zu können.
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4 zeigt darüber hinaus einen zweiten Niederdruckvorwärmer 28 und einen dritten Niederdruckvorwärmer 29, die mit Anzapfdampf aus dem Niederdruckteil 19 der Dampfturbine 7 versorgt werden. Weiterhin ist auch ein vierter Niederdruckvorwarmer 34 zu sehen, der allerdings mit Dampf aus dem Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 versorgt wird. Der in die Niederdruckvorwärmer eingebrachte Dampf gibt dabei wärme an der jeweiligen Stelle im Wasser-Dampf-Kreislauf 2 ab. Das sich dabei bildende Kondensat wird aus dem jeweiligen Niederdruckvorwärmer ausgeleitet. Dazu umfasst der vierte Niederdruckvorwärmer 34 einen Anschluss für einen Kondensatablauf 35 durch den Ablaufkondensat dem dritten Niederdruckvorwärmer 29 zuführbar ist. Der dritte Niederdruckvorwärmer 29 wiederum umfasst einen Anschluss für einen Kondensatablauf 31, durch den Ablaufkondensat dem zweiten Niederdruckvorwärmer 28 zuführbar ist. Der zweite Niederdruckvorwärmer 28 allerdings umfasst einen Anschluss für einen Kondensatablauf 30 durch den Ablaufkondensat der Hauptkondensatleitung 26 dem Wasser-Dampf-Kreislauf 2 zugeführt wird. Das Ablaufkondensat des ersten Niederdruckvorwärmers 27 wird über eine Kondensatablaufleitung 25 in den Kondensator 8 zurückgeführt.
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Des Weiteren sind in 4 im Wasser-Dampf-Kreislauf 2 zwischen der Speisewasserpumpe 9 und dem Dampferzeuger 6 weitere Hochdruckvorwärmer dargestellt, die mit Dampf aus dem Hochdruckteil 17 und Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine versorgt werden.
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In 5 ist eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung gezeigt, wobei die Dampfleitung 12 an einer Anzapfstelle 13 an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 angeschlossen ist. 5 entspricht dabei im Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der 4, jedoch mit folgenden Unterschieden:
In dem Ausführungsbeispiel der 5 wird die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 über die Hauptanzapfdampfleitung 20 mit Dampf aus dem Abdampf des Mitteldruckteils 18 der Dampfturbine 7 versorgt und nicht durch Anzapfdampf. Zudem ist die Dampfleitung 12 an einer Anzapfstelle 13 an der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 angeschlossen. Die Anzapfstelle 13 ist zwischen dem Dampfeintritt 14 und dem Dampfaustritt 15 der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 angeordnet. Die Bypassleitung 16 ist dabei am Dampfaustritt 15 angeschlossen.
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6 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks 1 mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei die Kondensatablaufleitung 25 das Ablaufkondensat aus dem ersten Niedruckvorwärmer 27 der Hauptkondensatleitung 26 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 2 zuführt. In die Kondensatablaufleitung 25 kann eine weitere Pumpe geschaltet sein. In dem Ausführungsbeispiel in 6 wird der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 Dampf über die Hauptanzapfdampfleitung 20 aus dem Mitteldruckteil 18 der Dampfturbine 7 zugeführt. Die Dampfleitung 12 ist an der Anzapfstelle 13 der Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 angeschlossen, die Bypassleitung 16 am Dampfaustritt 15. Im Unterschied zu 5 wird das Ablaufkondensat am Anschluss für einen Kondensatablauf 24 des ersten Niederdruckvorwärmer 27 nicht in den Kondensator 8 ausgeleitet, sondern wird über eine Kondensatablaufleitung 25, durch welche der Anschluss für Kondensatablauf 24 mit der Hauptkondensatleitung 26 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 2 verbunden ist.
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7 zeigt eine weitere alternative oder ergänzende Ausführungsform einer schematischen Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz, wobei eine Kondensatablaufleitung 34 vorgesehen ist, durch welche Ablaufkondensat aus dem zweiten Niederdruckvorwärmer 28 und dritten Niederdruckvorwärmer 29 vermischbar und dem ersten Niederdruckvorwärmer 27 zurückführbar ist.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz gemäß einer Weiterentwicklung der Erfindung, wobei eine Kondensatablaufleitung vorgesehen ist, durch welche Ablaufkondensat aus einem zweiten Niederdruckvorwärmer 28 und dritten Niederdruckvorwärmer 29 vermischbar und der Hauptkondensatleitung zurückführbar ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich für das Anlagenlayout zusätzliche Vorteile ergeben, wenn ein Teil der Niederdruckvorwärmer in den Maschinenkondensator eingesteckt werden. Eingesteckt bedeutet, dass 1 oder 2 Niederdruckvorwarmer nicht im Maschinenhaus platziert werden, sondern direkt im Kondensator untergebracht werden mit dem Vorteil sehr kurzer Dampfleitungen und einer Platzersparnis. Dazu ist aber notwendig, eine spezielle Ausführung der Niederdruckvorwärmer und des entsprechenden Kondensatablauf zu beachten.
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9 zeigt eine eine schematische Darstellung eines Kraftwerks mit einem tiefaufgestellten Turbosatz, gemäß einer Weiterentwicklung der 4, wobei mehreren Dampfleitungen vorgesehen sind, über welche die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine mit verschiedenen Niederdruckvorwärmern verbunden ist. Die Anordnung zeigt einen ersten Niederdruckvorwarmer 27, einen zweiten Niederdruckvorwärmer 28, einen dritten Niederdruckvorwärmer 29, und einen vierten Niederdruckvorwärmer 34. Die Speisewasserpumpen-Antriebsturbine 11 weist eine Abdampfstelle und eine Anzapfdampfstelle auf. Die Abdampfstelle ist mit einer ersten Dampfleitung 12 mit dem ersten Niederdruckvorwärmer 27 verbunden. Die Anzapfdampfstelle ist mit einer zweiten Leitung 12' mit einem dem ersten Niederdruckvorwärmer 27 nachgeschalteten Niederdruckvorwärmer verbunden. In dem Beispiel der 9 ist der nachgeschaltete Niederdruckvorwärmer der zweite Niederdruckvvorwärmer 28.
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Der zweite Niederdruckvorwärmer 28 umfasst einen Kühler mit einem Anschluss für einen Kondensatablauf durch den Ablaufkondensat dem ersten Niederdruckvorwärmer 27 zuführbar ist. Der wesentliche Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass die Dampfleitungen 12 und 12' kompakt ausgeführt werden können, da der Dampf in der Antriebsturbine nicht bis auf Kondensatordampfdruckniveau und damit verbundenen hohen Abdampfvolumenströmen entspannt werden muss.
