DE19626372C1

DE19626372C1 - Method and device for improving the efficiency in steam power plants

Info

Publication number: DE19626372C1
Application number: DE1996126372
Authority: DE
Inventors: Uwe Johaenntgen
Original assignee: Saarbergwerke AG
Current assignee: Steag Power Saar GmbH
Priority date: 1996-07-02
Filing date: 1996-07-02
Publication date: 1997-11-27
Anticipated expiration: 2016-07-03
Also published as: EP0816641A2; EP0816641A3

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zur Wirkungsgradverbesserung in Dampfkraftwerken mit einer Dampfturbinenanlage mit Teilturbinen, deren zugeord nete Teilkondensatoren in einer Hauptkondensatoranlage zu sammengefaßt und kühlwasserseitig in einem Hauptkühlwasser strom in Reihe geschaltet sind.The invention relates to a method and a Vorrich to improve efficiency in steam power plants a steam turbine plant with partial turbines, the associated Nete partial capacitors in a main capacitor system summarized and on the cooling water side in a main cooling water current are connected in series.

Aus der DE 38 41 224 A1 sind vielfältige Wärmeübertra gungsmöglichkeiten im Abgas- als auch im Abdampfweg kombi nierter Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerke bekannt, die auch unterschiedlichen Zwecken, vornehmlich jedoch der Er zeugung von Heizwärme, dienen.DE 38 41 224 A1 discloses a variety of heat transfers options in the exhaust gas as well as in the exhaust steam path combi known gas turbine steam turbine power plants known also different purposes, but primarily the Er generation of heat, serve.

Gemäß dem Stand der Technik wird das Kühlwasser eines Dampfkraftwerkes mit Hilfe von Kühlwasserpumpen einer Kühl wasserquelle (Kühlturm, Vorfluter, Meer, . . . ) entnommen und über die Hauptkühlwasserleitung dem Hauptkühlwassersystem, das in der Regel aus einem Hauptkondensator und den hierzu parallel geschalteten Wärmeübertragern des Nebenkühlwasser systems besteht, zugeführt.According to the prior art, the cooling water is one Steam power plant with the help of a cooling water pumps water source (cooling tower, receiving water, sea,...) and via the main cooling water pipe to the main cooling water system, that usually consists of a main capacitor and this parallel heat exchangers of the auxiliary cooling water systems exists.

Das Nebenkühlwassersystem, nimmt als geschlossener Kühlkreislauf an einer Vielzahl von Kühlstellen (Ölkühler der Speisepumpen-Antriebsturbine, Kühleinrichtungen an Saugzug, Frischlüfter, Mühlen, . . . ) über Zwischenkühler Wärme von den Hilfsaggregaten auf, um diese dann durch Wär meübertragung auf einen Kühlwasserteilstrom des Hauptkühl wassersystems in diesen Kreislauf einzukoppeln und abzufüh ren.The secondary cooling water system, takes as a closed Cooling circuit at a variety of cooling points (oil cooler the feed pump drive turbine, cooling devices Suction, fresh air fans, mills,. . . ) via intercooler Heat from the auxiliary units to then by heat Transfer to a cooling water sub-stream of the main cooling water systems to couple into this cycle and remove ren.

Die Verteilung des die Kühlwasserpumpe verlassenden Hauptkühlwasserstromes zwischen Hauptkondensator und Neben kühlwassersystem erfolgt dabei in der Regel über die hy draulische Auslegung der Systeme oder ggf. zusätzlich zwangsweise mit Hilfe einer Druckerhöhungspumpe. Oft ist zusätzlich auch eine Speisepumpenantriebsturbine vorhanden, deren Kondensator dann ebenfalls zum Hauptkondensator par allel geschaltet ist.The distribution of the leaving the cooling water pump Main cooling water flow between the main condenser and secondary cooling water system is usually done via the hy drastic design of the systems or possibly additional with the help of a booster pump. Often there is also a feed pump drive turbine, whose capacitor then also par to the main capacitor allel is switched.

In den im Hauptkondensator in Reihe geschalteten Teil kondensatoren kondensiert der Abdampf der Teilturbinen je weils bei einem Druck, der insbesondere von der jeweiligen Kühlwasseraustrittstemperatur am betreffenden Teilkondensa tor abhängt.In the part connected in series in the main capacitor condensers condensate the exhaust steam from each turbine because of a pressure that is particularly dependent on the particular Cooling water outlet temperature at the relevant partial condenser gate depends.

In Stromrichtung des die Teilkondensatoren durchströ menden Kühlwasserstromes steigen die Kühlwasseraustritts temperaturen mit jeder Wärmeübertragung in einem Teilkon densator zwangsläufig an. Das dem Abdampf der Teilturbinen zur Verfügung stehende Druckgefälle, das durch den jeweili gen Kondensatordruck bestimmt wird und sich unmittelbar auf die nutzbare Enthalpie auswirkt, wird somit bei dem zuerst durchströmten Teilkondensator am größten sein und sich in den nachfolgenden Teilkondensatoren verringern.In the current direction through which the partial capacitors flow cooling water flow increase the cooling water outlet temperatures with each heat transfer in a subcon inevitably. That is the steam from the partial turbines available pressure drop, which by the resp is determined condenser pressure and immediately on the usable enthalpy affects the first flow through the partial condenser is largest and in reduce the subsequent partial capacitors.

Des weiteren kann durch die Zusammenführung und Mi schung der unterschiedlich temperierten Kühlwasserteilströ me hinter dem Hauptkondensator das mögliche Exergiepotenti al für die einzelnen Teilturbinen nicht gleichmäßig auf recht erhalten werden. Furthermore, the merger and Mi of the different tempered cooling water flows me the possible exergy potential behind the main capacitor al for the individual partial turbines be preserved right.

Die Temperaturunterschiede an der Mischstelle sind auch systembedingt, da insbesondere im Sommer bei Rückküh lung über einen Kühlturm die Kaltwassertemperaturen bis un gefähr 30°C ansteigen können. Damit bei diesen hohen Kalt wassertemperaturen keine unzulässig hohen Austrittstempera turen im Nebenkühlwassersystem auftreten, werden die Wär meübertrager des Nebenkühlwassersystems für eine deutlich geringere Aufwärmspanne ausgelegt als die der Hauptkonden satoranlage. Die Wassertemperatur beim Kühlwasseraustritt aus dem Nebenkühlwassersystem ist des hab stets deutlich niedriger als die Wassertemperatur beim Kühlwasseraustritt aus dem Hauptkondensator.The temperature differences at the mixing point are also due to the system, especially in summer with recooling cold water temperatures up to a cooling tower can rise to around 30 ° C. So with this high cold water temperatures no impermissibly high outlet temperatures structures in the secondary cooling water system, the heat of the secondary cooling water system for a clear less warm-up span than that of the main condensers sator plant. The water temperature at the cooling water outlet from the secondary cooling water system is always clear lower than the water temperature at the cooling water outlet from the main capacitor.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, auch bei schwan kenden ggf. relativ ungünstigen Umgebungsbedingungen für das Hauptkühlwassersystem, optimale Exergie- und Wirkungs gradverhältnisse an den seriell geschalteten Teilturbinen zu erreichen und dabei trotzdem die mit dem Kühlwasser mög liche Transportkapazität für den Wärmeabstrom zu nutzen.The object of the invention is therefore, even in swans kenden possibly relatively unfavorable environmental conditions for the main cooling water system, optimal exergy and effectiveness degree relationships on the series connected partial turbines to achieve and still possible with the cooling water to use transport capacity for heat dissipation.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einzelnen oder allen, aus den Teilkondensatoren austreten den Kühlwasserströmen, vor Eintritt in den nachfolgenden Teilkondensator zusätzliches Kühlwasser beigemischt wird.The object is achieved in that individual or all, emerge from the partial capacitors the cooling water flows, before entering the following Sub-condenser additional cooling water is added.

Dadurch wird die Wärmeübertragung im zweiten durch strömten Teilkondensator - und ggf. einem weiteren seriell nachgeschalteten Teilkondensator - verbessert, so daß gün stigere Kondensationsverhältnisse an der zugeordneten Teilturbine zustande kommen.This will cause heat transfer in the second flowed partial capacitor - and possibly another serial downstream partial capacitor - improved so that gün higher condensation conditions on the assigned Partial turbine come about.

Dabei ist es sinnvoll, wenn das beigemischte Kühlwas ser nahezu vollständig aus dem Hauptkühlwasserstrom vor Eintritt in den ersten Teilkondensator abgezweigt wird. Dieses Verfahren wird dann besonders vorteilhaft, wenn die vom Hauptkühlwasserstrom, vor Eintritt in den ersten der Teilkondensatoren abgezweigten Kühlwasserteilströme, wäh rend der Umfahrung eines oder mehrerer Teilkondensatoren im Bypass zumindest vereinzelt an einer Wärmeübertragung be teiligt sind, da dadurch die Kühlwassertemperaturen der Ne benströme zum Hauptkühlwasserstrom hin angeglichen werden, bevor sie anschließend wieder dem Hauptkühlwasserstrom beigemischt werden. Die vorgesehene Wärmeübertragung findet dabei besonders vorteilhaft in den Wärmeübertragern des Ne benkühlwassersystems statt, um in diesem Kraftwerksbereich keine leistungsbegrenzenden Faktoren aufkommen zu lassen.It makes sense if the added cooling water almost completely from the main cooling water flow Entry into the first partial capacitor is branched off. This method is particularly advantageous when the from the main cooling water flow, before entering the first of the Partial condensers branched cooling water partial flows, wah by bypassing one or more partial capacitors in the Bypass at least occasionally on a heat transfer are divided, as this causes the cooling water temperatures of the Ne streams are adjusted to the main cooling water flow, before returning to the main cooling water flow be added. The intended heat transfer takes place particularly advantageous in the heat exchangers of the Ne cooling water system takes place in this power plant area not to let any performance limiting factors arise.

Die Erfindung trägt damit auch der Erkenntnis Rech nung, daß bei der Vermischung zweier unterschiedlich tem perierter Kühlwasserströme, die Zumischung möglichst an ei ner Stelle erfolgen sollte, an der die Temperaturen der Kühlwasserströme nicht zu stark voneinander abweichen.The invention thus takes account of the knowledge that when mixing two different tem perforated cooling water flows, the admixture to egg if possible ner place should take place at which the temperatures of the Cooling water flows do not deviate too much from one another.

Ausgehend von einer Anlage gemäß Fig. 2/3, die dem Stand der Technik entspricht, wird die Erfindung an einer Anlage gemäß Fig. 1/3 erläutert.Starting from a system according to Fig. 2/3, which corresponds to the state of the art, the invention is explained on a system according to Fig. 1/3.

Am Beispiel dieser aus zwei Teilkondensatoren beste henden Anlage verfährt man dabei erfindungsgemäß so, daß der die Kühlwasserpumpe (1) verlassende Hauptkühlwasser strom (2) vor Eintritt in den ersten Teilkondensator (3a) geteilt wird, so daß nur ein Teil des Hauptkühlwasserstro mes (2) in den ersten Teilkondensator (3a) eintritt, wäh rend zumindest ein Teil des verbleibenden Teilstromes - ggf. über eine Druckerhöhungspumpe (5) geführt - den er sten Teilkondensator (3a) umfährt, das Nebenkühlwassersy stem (4) durchströmt und als Kühlwasserteilstrom (7) das System verläßt, um anschließend unmittelbar hinter dem er sten Teilkondensator (3a) mit dem dort austretenden Kühl wasserteilstrom (9) gemischt zu werden. Dieser tritt dann - ggf. mit einer weiteren Kühlwasserzumischung (10 und/oder 11) - was von der Kühlwassertemperatur (7) abhängt - in den seriell folgenden Teilkondensator (3b) ein. Using the example of this system consisting of two partial condensers, the procedure according to the invention is such that the main cooling water stream ( 2 ) leaving the cooling water pump ( 1 ) is divided before entering the first partial condenser ( 3 a), so that only part of the main cooling water stream ( 2 ) enters the first partial condenser ( 3 a), while at least part of the remaining partial flow - possibly via a pressure booster pump ( 5 ) - bypasses the most partial condenser ( 3 a), flows through the secondary cooling water system ( 4 ) and as Cooling water partial flow ( 7 ) leaves the system to be mixed directly behind the most partial condenser ( 3 a) with the cooling water partial flow ( 9 ) exiting there. This then - possibly with a further cooling water admixture ( 10 and / or 11 ) - which depends on the cooling water temperature ( 7 ) - enters the serial condenser ( 3 b).

Durch diese erfindungsgemäße Beimischung vor dem zwei ten Teilkondensator (3b) wird zum einen der Kühlwasser durchsatz (8) durch den zweiten Teilkondensator (3b) erhöht und demzufolge dessen Kühlwasseraustrittstemperatur abge senkt. Zum anderen ist zufolge der vorangegangenen Wärme übertragung im ersten Teilkondensator (3a), der Tempera turanstieg im Hauptkühlwasserstrom (9) auf ein in der Re gel etwas über dem des Kühlwasserstromes (7) vergleichbares Maß angestiegen.This inventive admixture of two th capacitor (3 b) on the one hand, the cooling water throughput (8) by the second partial condenser (3 b) increases and hence its cooling water outlet temperature lowers abge. On the other hand, due to the previous heat transfer in the first partial condenser ( 3 a), the temperature increase in the main cooling water flow ( 9 ) has risen to a level comparable to that of the cooling water flow ( 7 ).

Durch die verringerte Kühlwasseraustrittstemperatur am Teilkondensator (3b) wird das nutzbare Druckgefälle durch den verminderten Kondensatordruck in der dem Teilkondensa tor (3b) zugeordneten Teilturbine vergrößert und der Wir kungsgrad dieser Teilturbine kann verbessert und somit der Gesamtwirkungsgrad der Anlage entsprechend gewichtet erhöht werden. Andererseits werden die im Nebenkühlwassersystem bereits erwärmten Kühlwasserteilströme noch zu einer wirk samen Wärmeübertragung in den Teilkondensatoren hinter dem ersten Teilkondensator herangezogen.The reduced cooling water outlet temperature at the partial condenser ( 3 b) increases the usable pressure drop due to the reduced condenser pressure in the partial turbine ( 3 b) assigned to the partial turbine and the efficiency of this partial turbine can be improved and thus the overall efficiency of the system can be increased accordingly weighted. On the other hand, the cooling water partial flows already heated in the secondary cooling water system are still used for effective heat transfer in the partial condensers behind the first partial condenser.

Aus Fig. 3/3 ist ersichtlich, wie bei einer Anlage bei der weder ein externer Kühlwasserzusatz (11) noch ein Bypass (10) vorgesehen ist, der Kühlwasserteilstrom (7) durch das Nebenkühlwassersystem (4) auf die Teilkondensato ren (3b) und (3c) geführt wird.From Fig. 3/3 it can be seen how in a system in which neither an external cooling water additive ( 11 ) nor a bypass ( 10 ) is provided, the cooling water partial flow ( 7 ) through the secondary cooling water system ( 4 ) to the partial condensers ( 3 b) and ( 3 c) is performed.

Weitere Möglichkeiten durch Umfahrung, Verzweigung oder ggf. vorzeitige Auskoppelung aus dem Nebenkühlwasser system (4) die Verhältnisse zu verbessern richten sich nach dem noch wirtschaftlichen baulichen Aufwand für die Vor richtungen. Jedoch sind die prinzipiellen Varianten schon in Fig. 1/3 konkret dargestellt. Further possibilities by bypassing, branching or, if necessary, early decoupling from the secondary cooling water system ( 4 ) to improve the conditions depend on the still economical construction effort for the devices. However, the basic variants are already shown concretely in Fig. 1/3.

Grundsätzlich ist jedoch jede Leitungsanordnung, die der Lösung der gestellten Aufgabe dient, als spezielle Aus führungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens zu sehen, und dies unabhängig von der Anzahl der hintereinander geschal teten Teilkondensatoren, der Art des Kühlwasserbezuges und der Größe der jeweiligen Kühlwasserteilströme.In principle, however, every line arrangement is the serves to solve the task, as a special off to see how the method according to the invention is implemented, and this regardless of the number of formworks in a row Partial condensers, the type of cooling water supply and the size of the respective cooling water partial flows.

So macht die spezielle Ausführung gemäß Fig. 3/3 deutlich, daß allein die Umfahrung des ersten Teilkondensa tors (3a) schon genügen kann, um die Kondensationsverhält nisse in den nachfolgenden Teilkondensatoren (3b) und ggf. (3c) zu verbessern, die Temperaturen der zu mischenden Teilströme anzugleichen und damit zusätzlich mögliche Wärmeübertragungs- und Wärmetransportkapazität für den not wendigen Wärmeabstrom zu sichern und zu nutzen.Thus, the special design according to Fig. 3/3 makes it clear that the bypassing of the first partial capacitor ( 3 a) can already suffice to improve the condensation conditions in the subsequent partial capacitors ( 3 b) and possibly ( 3 c) to equalize the temperatures of the partial flows to be mixed and thus also to secure and use possible heat transfer and heat transport capacity for the necessary heat dissipation.

Derartige Maßnahmen werden jedoch auch durch das volu metrische Verhältnis der Kühlwasserteilströme untereinander und die in den einzelnen Wärmeübertragungssystemen erfol genden Temperaturerhöhungen mitbestimmt.However, such measures are also supported by the volu metric ratio of the cooling water partial flows to each other and the success in the individual heat transfer systems determining temperature increases.

BezugszeichenlisteReference list

1 Kühlwasserpumpe
2 Hauptkühlwasserleitung - Austrittsleitung der Kühlwasserpumpe
3 Kondensatoranlage 3a, 3b, 3c, Teilkondensatoren der Hauptkondensatoranlage
4 Nebenkühlwassersystem
5 Druckerhöhungspumpe
6 Kondensator der Speisepumpenantriebsturbine
7 Austrittsleitung Nebenkühlwassersystem
8 Austrittsleitung der Hauptkondensatoranlage
9 Austrittsleitung am ersten Teilkondensator 3a
10 ggf. hinter der Druckerhöhungspumpe abgezweigter Kühlwasserteilstrom
11 ggf. extern zugeführter Kühlwasserstrom 1 cooling water pump
2 Main cooling water pipe - outlet pipe of the cooling water pump
3 capacitor system 3 a, 3 b, 3 c, partial capacitors of the main capacitor system
4 secondary cooling water system
5 booster pump
6 Capacitor of the feed pump drive turbine
7 Auxiliary cooling water system outlet line
8 Outlet line of the main condenser system
9 outlet line at the first partial condenser 3 a
10 Cooling water partial flow branched off possibly behind the booster pump
11 If necessary, externally supplied cooling water flow

Claims

1. Verfahren zur Wirkungsgradverbesserung in Dampfkraft werken mit einer Dampfturbinenanlage mit Teilturbinen, deren zugeordnete Teilkondensatoren in einer Hauptkon densatoranlage zusammengefaßt und kühlwasserseitig in einem Hauptkühler in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß einzelnen oder allen, aus den Teilkondensatoren aus tretenden Kühlwasserströmen, vor Eintritt in den nachfolgenden Teilkondensator zusätzliches Kühlwasser beigemischt wird.1. Process for efficiency improvement in steam power plants with a steam turbine system with partial turbines, the associated partial condensers are combined in a main condenser system and are connected in series in a main cooler on the cooling water side, characterized in that individual or all of the partial condensers emerging from cooling water flows before entering additional cooling water is added to the downstream partial condenser.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das beigemischte Kühlwasser nahezu vollständig aus dem Hauptkühlwasserstrom vor Eintritt in die Hauptkonden satoranlage abgezweigt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the mixed cooling water almost completely from the Main cooling water flow before entering the main condensate is branched off.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hauptkühlwasserstrom, vor Eintritt in den er sten der Teilkondensatoren abgezweigten Kühlwasser teilströme, während der Umfahrung eines oder mehrerer Teilkondensatoren im Bypass zumindest vereinzelt an einer Wärmeübertragung beteiligt sind.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that of the main cooling water flow, before entering the he Most of the partial condensers branched cooling water partial streams while bypassing one or more Partial capacitors in the bypass at least occasionally heat transfer are involved.

4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragung zumindest teilweise in den Wärme übertragern eines Nebenkühlwassersystem erfolgt. 4. The method according to claim 3 characterized in that heat transfer at least partially in the heat a secondary cooling water system.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einzelne, oder alle die Teilkondensatoren (3a) und/oder (3b) verlassenden Kühlwasserleitungen, vor Eintritt in die nachfolgenden Teilkondensatoren weite re, Kühlwasser zuführende Leitungen angeschlossen sind.5. Apparatus for performing the method according to one of claims 1 to 4, characterized in that on individual, or all of the partial condensers ( 3 a) and / or ( 3 b) leaving cooling water lines, before entering the subsequent partial capacitors wide re, cooling water supply lines are connected.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die angeschlossenen, Kühlwasser zuführenden Leitungen alle oder teilweise an der die Kühlwasserpumpe verlas sende Hauptkühlwasserleitung (2) vor Eintritt in die Hauptkondensatoranlage (3) abgezweigt werden.6. The device according to claim 5, characterized in that the connected, cooling water supply lines all or in part to the cooling water pump leaving sending main cooling water line ( 2 ) are branched off before entering the main condenser system ( 3 ).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Hauptkühlwasserleitung (2) vor Eintritt in die Hauptkondensatoranlage (3) abgezweigten, Kühlwas ser zuführenden Leitungen (7) und (10) während der Um fahrung eines oder mehrerer Teilkondensatoren im By pass zumindest vereinzelt durch eines oder mehrere Wärmeübertragungssysteme (4) geführt werden.7. Device according to one of claims 5 to 6, characterized in that the branches on the main cooling water line ( 2 ) before entering the main condenser system ( 3 ), cooling water supply lines ( 7 ) and ( 10 ) during the order of one or more Partial condensers in the by pass are at least occasionally routed through one or more heat transfer systems ( 4 ).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmeübertragungssystem (4) aus einem Nebenkühl wassersystem besteht.8. The device according to claim 7, characterized in that a heat transfer system ( 4 ) consists of a secondary cooling water system.