EP1285150B1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer dampfturbine mit mehreren stufen im leerlauf oder schwachlastbetrieb - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer dampfturbine mit mehreren stufen im leerlauf oder schwachlastbetrieb Download PDF

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EP1285150B1
EP1285150B1 EP01933992A EP01933992A EP1285150B1 EP 1285150 B1 EP1285150 B1 EP 1285150B1 EP 01933992 A EP01933992 A EP 01933992A EP 01933992 A EP01933992 A EP 01933992A EP 1285150 B1 EP1285150 B1 EP 1285150B1
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EP
European Patent Office
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stage
enthalpy
steam
mass flow
load
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EP01933992A
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EP1285150A1 (de
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Edwin Gobrecht
Jürgen HAVEMANN
Norbert Henkel
Michael Wechsung
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D19/00—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith
    • F01D19/02—Starting of machines or engines; Regulating, controlling, or safety means in connection therewith dependent on temperature of component parts, e.g. of turbine-casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00—Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08—Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/10—Heating, e.g. warming-up before starting

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a multi-stage steam turbine in idle or light load operation, wherein all stages are steamed. It further relates to a device for distributing steam to individual stages of a steam turbine at idle or low load operation, in particular for carrying out said method.
  • the start times of steam turbines must be constantly shortened. Shorter start times can only be achieved if as many stages as possible are subjected to the largest possible mass flow at the same time. Only by this admission can be achieved for the shortest possible start time required preheating the steam turbine.
  • the mass flow the power generated by the turbine must not exceed the idling load. When the idling load is exceeded, uncontrolled increases in the speed of the steam turbine can occur. The total supplyable total mass flow is therefore limited.
  • HD stage high-pressure stage
  • ND stage low-pressure stage
  • MD stage medium-pressure stage
  • this object is achieved in a method of the type mentioned in that the application of a stage is chosen such that this stage delivers as little power.
  • all stages of the steam turbine can be subjected to steam.
  • the application is carried out in such a way that a stage delivers as little power as possible. Therefore, this stage generates only little power, so that the remaining stages can be acted upon by a comparatively large mass flow. All stages are therefore preheated reliably, so that short start times can be realized.
  • the enthalpy of the vapor as it enters this stage and the enthalpy of the vapor as it exits this stage are determined and the enthalpy difference between inlet and outlet is minimized.
  • the power delivered by a stage is directly proportional to the enthalpy difference.
  • the temperature of the vapor as it enters this stage and the temperature of the vapor as it exits this stage are measured and from this the enthalpy difference between inlet and outlet is determined, in particular calculated.
  • the temperature of the steam is easy to measure, so that the Meßaufwand is reduced.
  • the pressure drop between the entry into this stage and the exit from this stage is measured and taken into account in the calculation of the enthalpy difference between inlet and outlet.
  • the enthalpy of the steam flowing through the stage depends on both the pressure and the temperature.
  • enthalpy of the vapor as it enters this stage and the enthalpy of the vapor as it exits this stage are measured.
  • a suitable method for measuring the enthalpy of steam is described, for example, in WO99 / 15887, which is based on the same Applicant.
  • This publication refers to DE-AS 10 46 068 for determining the enthalpy of superheated steam, ie superheated steam.
  • WO99 / 15887 relates to a measuring and calculating method for determining the enthalpy of wet steam. For sampling, a partial volume flow of the wet steam is combined with a reference gas to form a mixture, so that the liquid components of the partial volume flow completely evaporate.
  • the enthalpy of the reference gas and the enthalpy of the mixture are determined and from this the enthalpy of the wet steam is calculated.
  • the disclosure of WO99 / 15887 and DE-AS 10 46 068 is expressly included in the content of the present application.
  • the mass flow supplied to this stage is changed in order to minimize the enthalpy difference.
  • the supplied mass flow In the front part of this stage, the supplied mass flow generates power through expansion. On the exhaust side, the mass flow is recompressed and thereby consumes power.
  • a balance can be found between the two processes, thereby minimizing the enthalpy difference.
  • this stage delivers no power.
  • the mass flow flowing through this stage thus provides no power and serves only for preheating.
  • the further stages of the steam turbine can then be subjected to the complete mass flow to overcome the idling load. It will therefore all stages are supplied with the maximum mass flow and optimally preheated. The start times can thus be significantly reduced.
  • the device is a first measuring point for detecting the enthalpy of a stage supplied mass flow, a second measuring point for detecting the enthalpy of the emerging from this stage mass flow, a comparison unit for determining the Enthalpiedifferenz and a unit for adjusting the mass flow supplied to this stage.
  • the device according to the invention makes it possible to determine the enthalpy difference either by a direct measurement of the particular enthalpies present or by a measurement of parameters relevant for the enthalpy, such as pressure and temperature.
  • the determined enthalpy difference can be regulated via the unit for adjusting the supplied mass flow.
  • FIG. 1 shows a steam turbine 10 with an HD stage 11 and a combined MD-ND stage 12.
  • the stages 11, 12 are connected to each other via a shaft 13, which drives a generator 14 for generating electric current.
  • the shaft 13 and the generator 14 can not be closer shown device are decoupled from each other.
  • a steam generator 15 serves to generate the operation and idle steam.
  • Downstream of the MD-ND stage 12, a condenser 16 is provided for condensing the exiting steam.
  • the condensate is returned to the steam generator 15 via pumps 17, an MD / LP preheater 18 and two HD preheaters 19, 20.
  • a reheatening 21 and a feedwater preheating A, B, C, D, n are provided.
  • the components mentioned and their function are known in the art, so apart from a detailed explanation.
  • the steam generator 15 provides a mass flow ⁇ ready. Upstream of the HD stage 11, the mass flow m is split. A first mass flow ⁇ 1 is fed to the HD stage 11, while the remaining mass flow ⁇ 2 is led past the HD stage 11 directly to the intermediate superheating 21. The MD-ND stage 12 is subjected to a mass flow ⁇ 3 . The remaining mass flow ⁇ 4 is passed directly past the MD-ND stage 12, to the condenser 16. Valves 22, 23, 24 are used to set the mass flows ⁇ 1 , ⁇ 3. The mass flows ⁇ 2 , ⁇ 4 result automatically from the setting of the mass flows ⁇ 1 , ⁇ 3 .
  • a first measuring point 25 and downstream of a second measuring point 26 is provided upstream of the HD stage 11.
  • the temperature T 1 of the mass flow ⁇ 1 entering the HD stage 11 as vapor is measured at the measuring point 25. Downstream, a temperature measurement is carried out at the measuring point 26, at which a temperature T 2 , the evaporation temperature of the HD stage 11, is determined. At the same time, the pressure difference .DELTA.p between the measuring points 25, 26 is advantageously determined by suitable, unspecified, pressure measuring devices. The measured temperatures T 1 , T 2 and the measured pressure difference ⁇ p are fed to a controller 27, which calculates the enthalpy difference ⁇ h between the measuring points 25, 26.
  • the valve 22 is actuated, so that the mass flow ⁇ 1 is regulated as a function of the calculated enthalpy difference ⁇ h.
  • This balance for the HP stage 11 is essentially achieved by maintaining the steaming temperature T 2 at a value corresponding to the throttled steam temperature through the control circuit 27 which provides enthalpy-dependent valve trim.
  • a mass flow ⁇ 1 is provided with a correspondingly throttled temperature T 1 and fed to the HP stage 11.
  • the throttling effect (throttling effect) of the valve 22 is utilized selectively in order to set the desired temperatures T 1 , T 2 .
  • the enthalpy .DELTA.h is decisive for the heat generated by the high-pressure stage power P.
  • the controller 27 therefore controls via valve 23 to the mass flow m 3 by the IP / LP stage 12 according to a predetermined idling load and generated by the high-pressure stage 11 Power.
  • further measuring points for detecting temperature and / or pressure can be provided downstream of the intermediate superheating or at other suitable positions.
  • Figure 2 shows an enlarged view of the HD stage 11 with the associated control of the mass flow ⁇ 1 .
  • the enthalpy h 1 , h 2 is measured directly at the measuring points 25, 26 and then formed in the controller 27, the enthalpy difference .DELTA.h.
  • the valves 22, 23 are controlled by the controller 27. This minimizes the power P provided by the HD stage 11 and at the same time maximizes the mass flow ⁇ 3 through the MD / ND stage 12.
  • the inventively provided impingement of the HD stage is such that as little as possible and advantageous no power P is delivered.
  • the method makes it possible to act on all stages 11, 12 with the respective maximum possible mass flow ⁇ 1 , ⁇ 3 . As a result, a good preheating of all levels 11, 12 and thus short start times are achieved. Exceeding the idling load and an impermissible increase in the speed of the steam turbine 10 are reliably avoided.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Turbines (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Dampfturbine (10) mit mehreren Stufen (11, 12) im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb. Es werden sämtliche Stufen (11, 12) mit Dampf beaufschlagt, um eine gute Vorwärmung zu erreichen. Erfindungsgemäß wird die Beaufschlagung einer Stufe (11) derart gewählt, daß diese Stufe (11) möglichst wenig Leistung abgibt, insbesondere keine Leistung abgibt. Hierzu wird vorteilhaft die Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen Eintritt (25) und Austritt (26) der Stufe (11) zu Null gesetzt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine mit mehreren Stufen im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb, wobei sämtliche Stufen mit Dampf beaufschlagt werden. Sie betrifft weiter eine Vorrichtung zur Verteilung von Dampf auf einzelne Stufen einer Dampfturbine im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb, insbesondere zur Durchführung des genannten Verfahrens.
  • Dampfturbinen und ihre Auslegungsprobleme sind insbesondere dargestellt in Prof. Dr.-Ing. H.-J. Thomas, "Thermische Kraftanlagen", 2. Auflage, 1985, Springer-Verlag. Einzelheiten zur Berechnung der Enthalpie und weiterer thermodynamischer Größen lassen sich beispielsweise entnehmen aus "Technische Formeln für die Praxis", 24. Auflage, 1984, VEB Fachbuchverlag Leipzig. Siehe auch US-A-4 589 255.
  • Die Startzeiten von Dampfturbinen müssen ständig weiter verkürzt werden. Kürzere Startzeiten lassen sich nur erreichen, wenn möglichst alle Stufen zur gleichen Zeit mit einem möglichst großen Massenstrom beaufschlagt werden. Nur durch diese Beaufschlagung läßt sich die für eine möglichst kurze Startzeit erforderliche Vorwärmung der Dampfturbine erreichen. Durch die Beaufschlagung mit dem Massenstrom darf allerdings die von der Turbine erzeugte Leistung die Leerlauflast nicht überschreiten. Bei Überschreiten der Leerlauflast kann es zu unkontrollierten Drehzahlerhöhungen der Dampfturbine kommen. Der insgesamt zuführbare Gesamtmassenstrom ist daher begrenzt.
  • Im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb treten in der Hochdruckstufe (HD-Stufe) abdampfseitig hohe Ventilationsleistungen auf. Diese hohen Ventilationsleistungen führen zu hohen abdampfseitigen Temperaturen. Der HD-Stufe muß daher ein großer Teil des Massenstroms zugeführt werden, um unzulässig hohe Temperaturen zu verhindern. Allerdings verlangt auch die Niederdruckstufe (ND-Stufe) einen vergleichsweise hohen Massenstrom, insbesondere beim Einsatz großer ND-Stufen-Querschnitte und neuer Werkstoffe, beispielsweise Titan für die Schaufeln der ND-Stufe. Auch die Mitteldruckstufe (MD-Stufe) benötigt einen Teil des Massenstroms.
  • Wenn sowohl die HD-Stufe als auch die ND-Stufe mit dem erforderlichen, hohen Massenstrom beaufschlagt werden, liegt die insgesamt erzeugt Leistung deutlich oberhalb der Leerlaufleistung. Es wurde daher versucht, die Verteilung der Massenströme mittels Vorausberechnung so einzustellen, daß ein Leerlaufbetrieb ermöglicht wurde. Die Massenströme durch die HD-Stufe und die MD-ND-Stufe wurden hierbei so verteilt, daß die Leistung nicht über der geforderten Leerlaufleistung lag. Es wurde lediglich eine Überhitzung der HD-Stufe durch Überwachung der abdampfseitig auftretenden Temperatur vermieden. Der MD-ND-Stufe wurde nur ein geringer Massenstrom überlassen. Falls der Massenstrom für die MD-ND-Stufe nicht ausreichend war oder die abdampfseitige Temperatur der HD-Stufe einen vorgegebenen Wert überschritt, wurde Teilschnellschluß der HD-Stufe ausgelöst. Es wurde daher zumindest die HD-Stufe nur unzureichend vorgewärmt. Aufgrund dieser unzureichenden Vorwärmung ergab sich zwangsweise eine längere Startzeit.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine gute Vorwärmung sämtlicher Stufen einer Dampfturbine ohne Überschreiten der Leerlauflast oder der Schwachlastbetriebslast ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Beaufschlagung einer Stufe derart gewählt wird, daß diese Stufe möglichst wenig Leistung abgibt.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können sämtliche Stufen der Dampfturbine mit Dampf beaufschlagt werden. Die Beaufschlagung erfolgt derart, daß eine Stufe möglichst wenig Leistung abgibt. Diese Stufe erzeugt daher nur wenig Leistung, so daß die verbleibenden Stufen mit einem vergleichsweise großen Massenstrom beaufschlagt werden können. Sämtliche Stufen werden daher zuverlässig vorgewärmt, so daß kurze Startzeiten realisiert werden können.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
  • Vorteilhaft werden die Enthalpie des Dampfs beim Eintritt in diese Stufe und die Enthalpie des Dampfs beim Austritt aus dieser Stufe ermittelt und die Enthalpiedifferenz zwischen Eintritt und Austritt minimiert. Die von einer Stufe abgegebene Leistung ist direkt proportional zur Enthalpiedifferenz. Durch ein Minimieren der Enthalpiedifferenz kann daher die abgegebene Leistung bei gleichem oder sogar erhöhtem Massenstrom minimiert werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung werden die Temperatur des Dampfs beim Eintritt in diese Stufe und die Temperatur des Dampfs beim Austritt aus dieser Stufe gemessen und hieraus die Enthalpiedifferenz zwischen Eintritt und Austritt ermittelt, insbesondere errechnet. Die Temperatur des Dampfs ist einfach zu messen, so daß der Meßaufwand verringert wird.
  • Vorteilhaft wird zur Erhöhung der Genauigkeit zusätzlich der Druckabfall zwischen dem Eintritt in diese Stufe und dem Austritt aus dieser Stufe gemessen und bei der Errechnung der Enthalpiedifferenz zwischen Eintritt und Austritt berücksichtigt. Die Enthalpie des durch die Stufe strömenden Dampfes hängt sowohl vom Druck als auch der Temperatur ab. Durch eine Berücksichtigung von Druck und Temperatur läßt sich die Enthalpiedifferenz genauer bestimmen, insbesondere errechnen, als durch die alleinige Berücksichtigung der Temperatur.
  • In anderer vorteilhafter Weiterbildung werden die Enthalpie des Dampfs beim Eintritt in diese Stufe und die Enthalpie des Dampfs beim Austritt aus dieser Stufe gemessen. Ein geeignetes Verfahren zur Messung der Enthalpie von Dampf ist beispielsweise in der auf dieselbe Anmelderin zurückgehenden WO99/15887 beschrieben. Diese Druckschrift verweist zur Bestimmung der Enthalpie von Heißdampf, also von überhitztem Dampf, auf die DE-AS 10 46 068. Demgegenüber betrifft die WO99/15887 ein Meß- und Berechnungsverfahren zur Bestimmung der Enthalpie von Naßdampf. Zur Probenentnahme wird ein Teilvolumenstrom des Naßdampfes mit einem Referenzgas zu einem Gemisch zusammengeführt, so daß die flüssigen Bestandteile des Teilvolumenstroms vollständig verdampfen. Anhand gemessener physikalischer Größen werden die Enthalpie des Referenzgases und die Enthalpie des Gemisches bestimmt und hieraus die Enthalpie des Naßdampfes berechnet. Die Offenbarung der WO99/15887 und der DE-AS 10 46 068 soll ausdrücklich vom Inhalt der vorliegenden Anmeldung umfaßt sein.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung wird der dieser Stufe zugeführte Massenstrom zur Minimierung der Enthalpiedifferenz verändert. Im vorderen Teil dieser Stufe erzeugt der zugeführte Massenstrom Leistung durch Expansion. Abdampfseitig wird der Massenstrom wieder verdichtet und verbraucht hierdurch Leistung. Durch eine Veränderung des zugeführten Massenstroms kann ein Gleichgewicht zwischen den beiden Vorgängen gefunden und hierdurch die Enthalpiedifferenz minimiert werden.
  • Vorteilhaft wird die Beaufschlagung dieser Stufe derart geregelt, daß diese Stufe keine Leistung abgibt. Hierfür ist erforderlich, daß die Enthalpiedifferenz zwischen Eintritt und Austritt zu Null geregelt wird. Der durch diese Stufe strömende Massenstrom stellt somit keine Leistung bereit und dient allein zum Vorwärmen. Die weiteren Stufen der Dampfturbine können dann mit dem vollständigen Massenstrom zur Überwindung der Leerlauflast beaufschlagt werden. Es werden daher alle Stufen mit dem maximalen Massenstrom beaufschlagt und optimal vorgewärmt. Die Startzeiten können somit wesentlich verringert werden.
  • Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorrichtung eine erste Meßstelle zur Erfassung der Enthalpie des einer Stufe zugeführten Massenstroms, eine zweite Meßstelle zur Erfassung der Enthalpie des aus dieser Stufe austretenden Massenstroms, eine Vergleichseinheit zum Ermitteln der Enthalpiedifferenz und eine Einheit zur Einstellung des dieser Stufe zugeführten Massenstroms aufweist.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine Ermittlung der Enthalpiedifferenz entweder durch eine direkte Messung der jeweils vorliegenden Enthalpien oder durch eine Messung von für die Enthalpie relevanten Parametern, wie Druck und Temperatur. Über die Einheit zur Einstellung des zugeführten Massenstroms kann die ermittelte Enthalpiedifferenz geregelt werden.
  • Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt sind. Für gleiche oder funktionsidentische Bauteile wurden hierbei dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Dampfturbine; und
    Figur 2
    eine vergrößerte Darstellung der HD-Stufe in zweiter Ausgestaltung.
  • In Figur 1 ist eine Dampfturbine 10 mit einer HD-Stufe 11 und einer kombinierten MD-ND-Stufe 12 dargestellt. Die Stufen 11, 12 sind über eine Welle 13 miteinander verbunden, die einen Generator 14 zur Erzeugung von elektrischem Strom antreibt. Die Welle 13 und der Generator 14 können über eine nicht näher dargestellte Einrichtung voneinander entkoppelt werden. Zur Erzeugung des zum Betrieb und im Leerlauf erforderlichen Dampfes dient ein Dampferzeuger 15. Stromabwärts der MD-ND-Stufe 12 ist ein Kondensator 16 zum Kondensieren des austretenden Dampfes vorgesehen. Das Kondensat wird über Pumpen 17, einen MD/ND-Vorwärmer 18 sowie zwei HD-Vorwärmer 19, 20 wieder zum Dampferzeuger 15 zurückgeführt. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades im Betrieb sind eine Zwischenüberhitzung 21 sowie eine Speisewasservorwärmung A, B, C, D, n vorgesehen. Die genannten Bauteile sowie ihre Funktion sind dem Fachmann bekannt, so daß von einer näheren Erläuterung abgesehen wird.
  • Der Dampferzeuger 15 stellt einen Massenstrom ṁ bereit. Stromaufwärts der HD-Stufe 11 wird der Massenstrom m aufgeteilt. Ein erster Massenstrom ṁ 1 wird der HD-Stufe 11 zugeführt, während der verbleibende Massenstrom ṁ 2 an der HD-Stufe 11 vorbei direkt zur Zwischenüberhitzung 21 geführt wird. Die MD-ND-Stufe 12 wird mit einem Massenstrom ṁ 3 beaufschlagt. Der verbleibende Massenstrom ṁ 4 wird an der MD-ND-Stufe 12 vorbei direkt, zum Kondensator 16 geleitet. Zur Einstellung der Massenströme ṁ 1, ṁ 3 dienen Ventile 22, 23, 24. Die Massenströme ṁ 2, ṁ 4 ergeben sich automatisch aus der Einstellung der Massenströme ṁ 1, ṁ 3 .
  • Stromaufwärts der HD-Stufe 11 ist eine erste Meßstelle 25 und stromabwärts eine zweite Meßstelle 26 vorgesehen. Für die von der HD-Stufe 11 erzeugte Leistung P gilt, bei der üblichen Annahme einer isentropen Entspannung: P = m 1   ( h 2 − h 1 ) = m 1  Δ h
    Figure imgb0001
    mit: ṁ 1 Massenstrom
    h1 Enthalpie an Meßstelle 25
    h2 Enthalpie an Meßstelle 26
    Δh Enthalpiedifferenz zwischen Meßstellen 26, 25
  • Da der Massenstrom ṁ 1 durch die HD-Stufe 11 im stationären Betrieb konstant ist, ist die Leistung P direkt proportional zur Enthalpiedifferenz Δh. Mit Ausnahme mechanischer Verluste wird diese Leistung auch abgegeben. Zur Minimierung der abgegebenen Leistung P muß daher die Enthalpiedifferenz Δh minimiert, möglichst auf Δh = 0 gebracht werden.
  • Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Temperatur T1 des als Dampf in die HD-Stufe 11 eintretenden Massenstroms ṁ 1 an der Meßstelle 25 gemessen. Stromabwärts erfolgt eine Temperaturmessung an der Meßstelle 26, wobei an dieser eine Temperatur T2, die Abdampftemperatur der HD-Stufe 11, bestimmt wird. Vorteilhaft wird gleichzeitig der Druckunterschied Δp zwischen den Meßstellen 25, 26 durch geeignete, nicht näher spezifizierte, Druckmesseinrichtungen ermittelt. Die gemessenen Temperaturen T1, T2 sowie der gemessene Druckunterschied Δp werden einem Regler 27 zugeführt, der die Enthalpiedifferenz Δh zwischen den Meßstellen 25, 26 errechnet. In Abhängigkeit vom Rechenergebnis wird das Ventil 22 angesteuert, so daß der Massenstrom ṁ 1 in Abhängigkeit von der errechneten Enthalpiedifferenz Δh geregelt wird. Diese Bilanz für die HD-Stufe 11 wird im wesentlichen dadurch erreicht, daß die Abdampftemperatur T2 durch den Regelkreis 27, der für eine enthalpieabhängige Ventilvertrimmung sorgt, auf einem Wert gehalten wird, der der gedrosselten Frischdampftemperatur entspricht. Durch Drosselung des Dampfmassenstroms m durch das Ventil 22, wird also ein Massenstrom ṁ 1 mit einer entsprechend gedrosselten Temperatur T1 bereitgestellt und der HD-Stufe 11 zugeführt. Die Drosselwirkung (Drosseleffekt) des Ventils 22 wird dabei gezielt ausgenutzt, um die gewünschte Temperaturen T1,T2, einzustellen.
  • Unter einer Errechnung der Enthalpiedifferenz Δh wird hierbei nicht nur das tatsächliche Errechnen dieser Enthalpiedifferenz Δh verstanden, sondern auch jedes andere geeignete Vorgehen, mit dem die Enthalpiedifferenz Δh minimiert werden kann. So kann beispielsweise ein Abgleich mit einer in den Regler 27 einprogrammierten Tabelle erfolgen.
  • Die Enthalpiedifferenz Δh ist maßgeblich für die von der HD-Stufe erzeugte Leistung P. Der Regler 27 steuert daher über das Ventil 23 den Massenstrom ṁ 3 durch die MD/ND-Stufe 12 entsprechend einer vorgegebenen Leerlauflast und der von der HD-Stufe 11 erzeugten Leistung. Zur Erhöhung der Genauigkeit können stromabwärts der Zwischenüberhitzung oder an anderen geeigneten Positionen weitere Meßstellen zur Erfassung von Temperatur und/oder Druck vorgesehen werden.
  • Figur 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung der HD-Stufe 11 mit der zugehörigen Regelung des Massenstroms ṁ 1. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird die Enthalpie h1, h2 an den Meßstellen 25, 26 direkt gemessen und anschließend in dem Regler 27 die Enthalpiedifferenz Δh gebildet. Basierend auf der Enthalpiedifferenz Δh werden die Ventile 22, 23 vom Regler 27 angesteuert. Hierdurch wird die von der HD-Stufe 11 erbrachte Leistung P minimiert und gleichzeitig der Massenstrom ṁ 3 durch die MD/ND-Stufe 12 maximiert.
  • Die erfindungsgemäß vorgesehene Beaufschlagung der HD-Stufe erfolgt derart, daß möglichst wenig und vorteilhaft gar keine Leistung P abgegeben wird. Das Verfahren ermöglicht eine Beaufschlagung sämtlicher Stufen 11, 12 mit dem jeweils maximal möglichen Massenstrom ṁ 1, ṁ 3. Hierdurch werden eine gute Vorwärmung aller Stufen 11, 12 und somit kurze Startzeiten erreicht. Ein Überschreiten der Leerlauflast und eine unzulässige Erhöhung der Drehzahl der Dampfturbine 10 werden zuverlässig vermieden.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Dampfturbine (10) mit mehreren Stufen (11, 12) im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb, wobei sämtliche Stufen (11, 12) mit Dampf beaufschlagt werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung einer Stufe (11) derart gewählt wird, daß diese Stufe (11) möglichst wenig Leistung abgibt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpie (h1) des Dampfs bei Eintritt (25) in diese Stufe (11) und die Enthalpie (h2) des Dampfs bei Austritt (26) aus dieser Stufe (11) ermittelt werden und die Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen Eintritt (25) und Austritt (26) minimiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T1) des Dampfs bei Eintritt (25) in diese Stufe (11) und die Temperatur (T2) des Dampfs bei Austritt (26) aus dieser Stufe (11) gemessen werden und hieraus die Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen Eintritt (25) und Austritt (26) errechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich der Druckabfall (Δp) zwischen dem Eintritt (25) in diese Stufe (11) und dem Austritt (26) aus dieser Stufe (11) gemessen und bei der Errechnung der Enthalpiedifferenz (Δh) zwischen Eintritt (25) und Austritt (26) berücksichtigt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Enthalpie (h1) des Dampfs bei Eintritt (25) in diese Stufe (11) und die Enthalpie (h2) des Dampfs bei Austritt (26) aus dieser Stufe (11) gemessen werden.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß der dieser Stufe (11) zugeführte Massenstrom (ṁ 1) zur Minimierung der Enthalpiedifferenz (Δh) verändert wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung dieser Stufe (11) derart geregelt wird, daß diese Stufe (11) keine Leistung abgibt.
  8. Vorrichtung zur Verteilung von Dampf auf einzelne Stufen (11, 12) einer Dampfturbine (10) im Leerlauf oder Schwachlastbetrieb, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine erste Meßstelle (25) zur Erfassung der Enthalpie (h1) des einer Stufe (11) zugeführten Massenstroms (ṁ 1), eine zweite Meßstelle (26) zur Erfassung der Enthalpie (h2) des aus dieser Stufe (11) austretenden Massenstroms (ṁ 1), eine Vergleichseinheit (27) zum Ermitteln der Enthalpiedifferenz (Δh) und eine Einheit (22) zur Einstellung des dieser Stufe (11) zugeführten Massenstroms (ṁ 1) aufweist.
EP01933992A 2000-05-31 2001-05-18 Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer dampfturbine mit mehreren stufen im leerlauf oder schwachlastbetrieb Expired - Lifetime EP1285150B1 (de)

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