EP2657467A1 - Zwangskühlung bei Dampfturbinenanlagen - Google Patents

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EP2657467A1
EP2657467A1 EP20120166000 EP12166000A EP2657467A1 EP 2657467 A1 EP2657467 A1 EP 2657467A1 EP 20120166000 EP20120166000 EP 20120166000 EP 12166000 A EP12166000 A EP 12166000A EP 2657467 A1 EP2657467 A1 EP 2657467A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
turbine
steam
cooling medium
suction fan
sucked
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP20120166000
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Riemann
Klaus Rothe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Priority to US14/397,327 priority patent/US20150121871A1/en
Priority to PCT/EP2013/057964 priority patent/WO2013160164A2/de
Priority to CN201380022192.XA priority patent/CN104271897B/zh
Priority to EP13719440.3A priority patent/EP2839119A2/de
Publication of EP2657467A1 publication Critical patent/EP2657467A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
    • F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
    • F01K13/025—Cooling the interior by injection during idling or stand-by
    • 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
    • F01D21/00—Shutting-down of machines or engines, e.g. in emergency; Regulating, controlling, or safety means not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a turbine plant, in particular a steam turbine plant, and a method for cooling a turbine plant, in particular a steam turbine plant.
  • a steam power plant is a type of power plant for power generation from fossil fuels, in which a thermal energy of water vapor in a mostly multi-section steam turbine ( http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfturbine , available on 24.04.2012) implemented in kinetic energy and continues to be converted into electrical energy in a generator.
  • a fuel for example coal, burned in a burner chamber, whereby heat is released.
  • the thus released heat is absorbed by a water tube boiler, shortly steam generator, and converts there fed, previously purified and treated (feed) water in steam / high pressure steam.
  • a water tube boiler shortly steam generator, and converts there fed, previously purified and treated (feed) water in steam / high pressure steam.
  • the generated high-pressure steam continues - via an inflow side, ie a so-called live steam side, short FD side, or a local supply line (FD supply line) - in a high pressure part of the steam turbine (high-pressure turbine) and performs there under relaxation and cooling mechanical work.
  • an inflow side ie a so-called live steam side, short FD side, or a local supply line (FD supply line) - in a high pressure part of the steam turbine (high-pressure turbine) and performs there under relaxation and cooling mechanical work.
  • the (temporarily) superheated steam is introduced via an inflow side, i. here a so-called hot Eisenüberhitzungsseite, short HZÜ side, or a local supply line (HZÜ supply line) - a medium-pressure section of the steam turbine (medium-pressure turbine) again fed and performs more mechanical work with further relaxation and cooling.
  • an inflow side i. here a so-called hot Eisenüberhitzungsseite, short HZÜ side, or a local supply line (HZÜ supply line) - a medium-pressure section of the steam turbine (medium-pressure turbine) again fed and performs more mechanical work with further relaxation and cooling.
  • the mechanical power is then converted into electrical power, which is fed in the form of electric power in a power grid.
  • the exhaust steam from the steam turbine or from the low-pressure turbine section flows via the exhaust steam side or a local Abdampfab Ober in a condenser, where it condenses by heat transfer to the environment and collects as liquid water.
  • a coal-fired power plant is a special form of steam power plant in which coal is used as the main fuel for steam generation.
  • Such coal-fired power plants are known for lignite as well as hard coal.
  • Such a gas turbine power plant is a power plant operated with petroleum products or with combustible gases, such as natural gas. These gases are in this case the fuel for a gas turbine (http://de.wikipedia.org/wiki/Gasturbine, available on 24.04.2012)), which in turn drives the coupled generator.
  • Such a combined cycle power plant is a power plant in which the principles of the gas power plant and the steam power plant are combined.
  • the gas turbine serves as a heat source for a downstream waste heat boiler, which in turn acts as a steam generator for the steam turbine.
  • the steam turbine cools provisionally - without external intervention - in about 8 days or about 200 hours to less than 100 ° C or in about 6 days or about 150 hours to below 150 ° C from.
  • the latter time represents the earliest possibility to shut down the shaft train or the shaft of the steam turbine, but this must then be further rotated by hand to avoid thermal, restricting the rotation deformations on rotating parts of the shaft train.
  • a turbine such as a steam turbine but also a gas turbine or its sub-turbines, while maintaining permissible cooling rates.
  • the ambient air - sucked in via the vacuum prevailing in the evacuated condenser - flows in via (Fön-) connection between quick-acting and control valves on the FD side and HZÜ side or the local FD or HZÜ supply line, respectively.
  • the cooling medium - then sucked by the negative pressure in the condenser - flows through the steam turbine or its sub-turbines in the operational flow direction of the steam.
  • the steam turbine or its components Due to the cooling effect of the ambient air, the steam turbine or its components is cooled, thereby achieving a faster cooling of the steam turbine components.
  • a disadvantage of the known forced cooling is the obligatory presence of the capacitor for generating the pressure sink or the suction flow of the cooling medium.
  • the invention has for its object to overcome the disadvantages and limitations of the prior art in a maintenance or overhaul of a power plant or a turbine, in particular a steam power plant or a steam turbine, in particular a counter-pressure steam power plant or a counter-pressure steam turbine without a condenser.
  • the invention is also based on the object, disadvantages and limitations in the prior art in cooling the power plant or the turbine, in particular a back pressure steam power plant or a back pressure steam turbine without a condenser, in particular in the case of turning off the rotary operation of the turbine to overcome.
  • the object is achieved by a turbine plant, in particular a steam turbine plant, and by the method for cooling a turbine plant, in particular a steam turbine plant, with the features according to the respective independent claim.
  • the turbine system relating to the invention has a turbine through which a process gas can flow during the operation of the turbine system in a flow direction from a turbine inlet to a turbine outlet.
  • a suction fan is coupled to the turbine inlet or to the turbine outlet of the turbine.
  • coupled to the turbine suction blower is by means of the - coupled to the turbine outlet - suction blown over the turbine inlet into the turbine sucked cooling medium in the operating process gas flow direction through the turbine or is a means of - with the turbine inlet coupled - Suction blower via the turbine outlet sucked into the turbine cooling medium against the operating process gas flow direction through the turbine blown.
  • a cooling medium is sucked using a coupled with the turbine inlet or with the turbine outlet suction fan in the turbine and sucked in or against the operational process gas flow direction through the turbine, whereby the turbine is cooled by the cooling medium.
  • the invention realized - in a turbine - by means of - coupled to the turbine inlet or with the turbine outlet - suction blower a pressure sink at the turbine inlet or at the turbine outlet.
  • Initiated by the pressure sink creates a suction flow in or against the process gas flow through the turbine through which a cooling medium - sucked on - in relation to the coupling side of the suction fan - respective other end of the turbine - is sucked in or against the process gas flow direction through the turbine.
  • the turbine is cooled by the cooling medium sucked through the turbine.
  • the invention can be used to minimize the cooling times of a turbine, such as a steam turbine, but also of a gas turbine or its partial turbines. Revision times or downtimes of turbines or turbines can be shortened - and thus costs can be saved.
  • the forced cooling also in known back-pressure steam turbine plants, which operate without a condenser or which without low pressure turbine parts and without capacitor, whereby these systems can be cooled faster and local inspection times and downtime can be shortened.
  • the suction fan is coupled to the turbine outlet, in particular to an exhaust steam duct at the turbine outlet.
  • the - then - sucked through the turbine inlet into the turbine cooling medium in the operating process gas flow direction through the turbine is sucked.
  • the coupling of the suction fan to the Abdampfkanal is structurally easy to implement.
  • the suction fan with the turbine inlet in particular with a live steam / HZÜ / Kochströmzutechnisch at the turbine inlet, is coupled.
  • the suction fan may be connected to a local Fönstutzen.
  • a suction flow of the cooling medium through the turbine against the operational process gas flow direction proves to be particularly advantageous because the cooling medium enters the turbine on the "cold side". This results in lower - and less component burdening - cooling gradients in the turbine components, as at entry of the cooling medium on the "hot side" of the turbine.
  • the suction fan is coupled to the high-pressure turbine part, medium-pressure turbine part and / or low-pressure part turbine of the turbine is.
  • suction fans for several such sub-turbines can be provided.
  • the cooling medium is ambient air. This is readily available and available to a sufficient extent and at applicable temperatures.
  • the cooling medium in particular the ambient air, can flow into the turbine or sub-turbine via a connecting piece connected to the turbine, for example a blow-by nozzle on the live-steam side or HZ-side of the turbine or sub-turbine.
  • the inflow of the cooling medium into the turbine using a valve is preferably controllable, controllable and / or controllable.
  • a control valve can be used as a control member.
  • the valve for example, the control valve
  • the valve can be arranged at any point in the cooling medium section, for example, at the Sauggebläseeintritt.
  • the amount of the inflowing cooling medium can be controlled, regulated and / or controlled so as not to exceed allowable Abkühlgradienten at the turbine components.
  • the process gas is water vapor. That is, the turbine is a steam turbine or the plant is a steam turbine plant.
  • the turbine or steam turbine may be a multi-part turbine or steam turbine.
  • This can - one or more - have partial turbines, such as high-pressure, medium-pressure and / or low-pressure turbine parts.
  • the turbine plant is a steam turbine plant without a condenser, for example a counterpressure steam turbine plant without a low-pressure turbine section and without a condenser.
  • suction fan - a - otherwise non-existent - pressure sink is provided, whereby even in such a steam turbine without a condenser, the forced cooling is possible. A shortening of downtime even in such a steam turbine without a condenser is thus only possible by the invention.
  • a thermal protection or overheating protection for the suction fan is provided.
  • a suction fan as used in the invention, is in its outlet temperature, i. in the temperature of the medium blown out by the suction fan, for example to 150 ° C. This is - respectively - and the inlet temperature of the sucked by the suction fan medium is limited, for example - assuming warming of the suction fan flowing through medium by 30 ° C - to 120 ° C.
  • a further cooling medium feed for example a bypass or bypass nozzle
  • further cooling medium for example also ambient air
  • a temperature sensor may be arranged at the fan outlet, by means of which the temperature of the emerging from the suction fan medium is measured.
  • this bypass is also provided with a control valve, the admixture of the further cooling medium to the emerging from the turbine and sucked into the suction fan cooling medium, in particular taking into account the measured fan outlet temperature, controlled, controllable and / or controllably mixed - and so on Overheating of the suction fan can be prevented.
  • control, control and / or regulation of the admixture and / or the amount of the further cooling medium by means of a three-way mixer at the merger of the further cooling medium and the emerging from the turbine and sucked into the suction fan cooling medium.
  • the admixture of the further cooling medium can be controlled, regulated and / or controlled by a turbine temperature and / or by the temperature of the cooling medium sucked in by the suction fan and / or by the temperature of the admixed further cooling medium.
  • the further cooling medium for example, again ambient air, is added via the bypass.
  • the amount of cooling medium is increased by the turbine, at the same time reducing the admixture of additional cooling medium.
  • the medium exiting the aspirator i.
  • the Sauggebläseab Kunststoff, - can be derived - on minimized flow path to avoid pressure losses - in an environment. As a result, a heating of a turbine hall receiving machine hall can be avoided.
  • a steam precooling of the process gas for example a steam injection cooling in the process gas, before the forced cooling according to the invention.
  • Exemplary embodiments Forced cooling in steam turbine plants without condensers or in steam power plants with steam turbine plants without condensers (FIGS. 1 to 5)
  • FIG. 1 shows a section of a water-steam cycle 2 in a steam power plant 1 with a steam turbine plant 3 without a condenser.
  • process gas 15 flows through a turbine inlet 4 on a live steam side 13 of the steam turbine 29 in this , flows through the steam turbine 29 in the process gas flow direction 27 and performs there or while doing relaxation and cooling mechanical work.
  • the mechanical power is then converted into electrical power, which is fed in the form of electrical current in a power grid.
  • the relaxed process gas 15 exits on the exhaust steam side 31 of the steam turbine 29 via a turbine outlet 5 there - in the form of a Ausverdampfstutzens 9 - from the steam turbine 29 and flows through an exhaust steam line 9 back to the steam generator, whereby the water-steam cycle 2 is closed ,
  • valves 12, 11 arranged in the supply line, i. a quick-closing valve 12 and a control valve 11, and a flap 33 arranged in the exhaust steam line 9.
  • This cooling down would - without external intervention - take several days, i. about 8 days, and extend the entire downtime of the steam power plant 1 by this period.
  • a forced cooling is used in the steam turbine system 3 or in the steam turbine 29.
  • FIG. 1 shows, a suction fan 6 at the steam turbine exhaust side 31 on a suction line (when forced cooling open) between the turbine outlet 5 and a flap 33 (closed when forced cooling) connected.
  • the ambient air 7 taken in by the suction fan 6 - in the operational process gas flow direction 27 or cooling medium flow direction 28 through the steam turbine 29 - is discharged back into the environment 14 as a suction fan discharge air 20.
  • control element serves the control valve 11 at the turbine inlet 4 (on the live steam side 13).
  • FIG. 2 also shows a section of a water-steam cycle 2 in a steam power plant 1 with a steam turbine plant 3 without a condenser.
  • the relaxed process gas 15 exits on the exhaust steam side 31 of the steam turbine 29 via a turbine outlet 5 there - in the form of a Ausverdampfstutzens 9 - from the steam turbine 29 and flows through an exhaust steam line 9 back to the steam generator, whereby the water-steam cycle 2 is closed ,
  • valves 12, 11 arranged in the supply line, i. a quick-closing valve 12 and a control valve 11, and a flap 33 arranged in the exhaust steam line 9.
  • FIG. 2 shows a suction fan 6 - in this case - connected to the steam turbine live steam side 13 to a Fönstutzen 10 between the quick-closing valve 12 (closed when forced cooling) and the control valve 11 (when forced cooling open).
  • the entry of the cooling medium 7 or the ambient air 7 - from the environment 14 - into the steam turbine 29 takes place via a control valve 35 (partially opened during forced cooling) suction line 34 (when forced cooling open) between the turbine outlet 5 and a quick-closing valve 33rd (closed for forced cooling).
  • the steam turbine 29 or its components is cooled, thereby achieving faster cooling of the steam turbine components.
  • the ambient air 7 sucked in by the suction fan 6 - contrary to the operational process gas flow direction 27 or in the cooling medium flow direction 28 through the steam turbine 29 - is released again into the environment 14 as a suction fan discharge air 20.
  • control element serves the control valve 35 in the suction line 34 at the turbine outlet 5 (on the exhaust steam side 31).
  • control can take place via the control valve 11 on the steam-steam live steam side 13-in the absence of the control valve 35 in the suction line 34.
  • FIG. 3 shows a concept representation of a thermal protection of the suction fan 6 of the steam turbine plant 3 after the FIG. 1 or FIG. 2 ,
  • the suction fan 6 is limited in the temperature of its Sauggebläseabluft 20, for example, to 150 ° C. This is - respectively - the (Sauggebläse-) inlet temperature of the aspirated by the suction fan 6 medium 36 is limited, for example - assuming warming of the suction fan flowing through medium by 30 ° C - to 120 ° C.
  • this bypass 17 is - by means of the suction fan 6 and (quantity) adjustable via a arranged in the bypass 17 control valve 18 - via a supply line 30 from the environment 14 more ambient air 8 - as a further cooling medium 8 - sucked and - via the turbine outlet. 4 (see. FIG. 1 ) or the turbine inlet 5 (see. FIG. 2 ) - from the steam turbine 29 in the cooling medium flow direction 28 exiting ambient air 7 - to the cooling - added 140.
  • control of the amount of the further cooling medium 8 and the mixture or the admixture 140 of the further cooling medium 8 and / or to the ambient air 7 by means of a three-way mixer at the junction of the further cooling medium 8 and the ambient air 7 done.
  • This ambient air mixture 36 is sucked into the suction fan 6 via the suction fan inlet 16 - and leaves the suction fan 6 - as Sauggebläseab Kunststoff 20 - via a discharge line 30 on the exhaust side 37 in the environment 14th
  • a control unit 22 regulates the control valve 17 as a function of the measured suction fan outlet temperature and a suction fan motor 21 which drives the suction fan 6.
  • FIG. 4 shows in a coordinate representation (abscissa 23 [time t], ordinate 24 [mass flows ms]) the course of the mass flows ms 25, 26 of the ambient air 7 through the steam turbine 29 and the admixed ambient air 8 through the bypass 17 in the forced cooling to Thermal protection of the suction fan 6.
  • This small amount of ambient air 7 is also heated by the still highly heated steam turbine 29 at this time - by heat exchange with the very hot turbine components.
  • the amount of ambient air 7 is continuously increased by the steam turbine 29 (see. FIG. 4 , Curve 26), at the same time the amount of further ambient air 8 is continuously reduced (see. FIG. 4 Curve 25) until, at the end of the forced cooling, the admixed amount of further ambient air 8 is reduced to its minimum amount or the amount of ambient air 7 is increased by the steam turbine 29 to its maximum amount.
  • the mixture 36 - from ambient air 7 through the steam turbine 29 and from ambient air 8 through the bypass 17 - has at any time during the forced cooling when entering the suction fan 6 a permissible Sauggebläseeintrittstemperatur or respectively permissible Sauggebläseablufttemperatur.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Turbinenanlage (3), insbesondere eine Dampfturbinenanlage, sowie ein Verfahren (100) zum Kühlen einer Turbinenanlage (3), insbesondere einer Dampfturbinenanlage.
Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass zu der Kühlung der Turbinenanlage (3) mit einer Turbine (29), welche von einem Prozessgas (15) im Betrieb in einer Strömungsrichtung (27) durchströmt wird, ein Kühlmedium (7) in oder entgegen dieser Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) gesogen bzw. geblasen wird (120) und dadurch die Turbine (29) durch das Kühlmedium (7) gekühlt wird (130).
Erfindungsgemäß kann dazu ein Gebläse (6) mit einem Turbineneintritt (4) oder mit einem Turbinenaustritt (5) gekoppelt sein, unter Verwendung dessen das durch den Turbineneintritt (4) oder durch den Turbinenaustritt (5) in die Turbine (29) eingesogene Kühlmedium (7, 110) in oder entgegen der Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) blasbar ist (120) .

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Turbinenanlage, insbesondere eine Dampfturbinenanlage, sowie ein Verfahren zum Kühlen einer Turbinenanlage, insbesondere einer Dampfturbinenanlage.
  • Dampfkraftwerke bzw. thermische Kraftwerke sind weithin bekannt, beispielsweise aus http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfkraftwerk (erhältlich am 24.04.2012).
  • Ein Dampfkraftwerk ist eine Bauart eines Kraftwerks zur Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen, bei der eine thermische Energie von Wasserdampf in einer meist mehrteiligen Dampfturbine (http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfturbine, erhältlich am 24.04.2012) in Bewegungsenergie umgesetzt und weiter in einem Generator in elektrische Energie umgewandelt wird.
  • Bei einem solchen Dampfkraftwerk wird ein Brennstoff, beispielsweise Kohle, in einem Brennerraum verbrannt, wodurch Wärme frei wird.
  • Die dadurch frei werdende Wärme wird von einem Wasserrohrkessel, kurz Dampferzeuger, aufgenommen und wandelt dort eingespeistes, zuvor gereinigtes und aufbereitetes (Speise-)Wasser in Wasserdampf/Hochdruckdampf um. Durch weiteres Erwärmen des Wasserdampfes/Hochdruckdampfes in einem Überhitzer nehmen Temperatur und spezifisches Volumen des Dampfes zu.
  • Der erzeugte Hochdruckdampf tritt weiter - über eine Einströmseite, d.h. eine sogenannte Frischdampfseite, kurz FD-Seite, bzw. einer dortigen Zuleitung (FD-Zuleitung) - in einen Hochdruckteil der Dampfturbine (Hochdruckteilturbine) ein und verrichtet dort unter Entspannung und Abkühlung mechanische Arbeit.
  • Zum Erreichen eines hohen Gesamtwirkungsgrades wird der Dampf nach dem Verlassen des Hochdruckteils - über dessen Abdampfseite bzw. einer dortigen Abdampfableitung - wieder in den Dampferzeuger geführt und zwischenüberhitzt.
  • Der (zwischen-)überhitzte Dampf wird - über eine Einströmseite, d.h. hier eine sogenannte heiße Zwischenüberhitzungsseite, kurz HZÜ-Seite, bzw. einer dortigen Zuleitung (HZÜ-Zuleitung) - einem Mitteldruckteil der Dampfturbine (Mitteldruckteilturbine) nochmals zugeführt und verrichtet weitere mechanische Arbeit unter weiterer Entspannung und Abkühlung.
  • Nach dem Verlassen des Mitteldruckteils über dessen Abdampfseite bzw. einer dortigen Abdampfableitung strömt der Dampf - über eine Überströmleitung - in einen Niederdruckteil der Dampfturbine (Niederdruckteilturbine), wo weitere mechanische Arbeit unter Entspannung und Abkühlung auf Abdampfdruck-Niveau geleistet wird.
  • Durch den an die Dampfturbine gekoppelten Generator wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umgewandelt, welche in Form von elektrischem Strom in ein Stromnetz eingespeist wird.
  • Der Abdampf aus der Dampfturbine bzw. aus der Niederdruckteilturbine strömt über deren Abdampfseite bzw. einer dortigen Abdampfableitung in einen Kondensator, wo er durch Wärmeübertragung an die Umgebung kondensiert und sich als flüssiges Wasser sammelt.
  • Über eine Kondensatpumpe und einen Vorwärmer hindurch wird das Wasser in einen Speisewasserbehälter zwischengespeichert und dann über eine Speisepumpe erneut dem Dampfkessel zugeführt, womit ein (Wasser-Dampf-)Kreislauf des Dampfkraftwerks geschlossen wird.
  • Man unterscheidet verschiedene Dampfkraftwerksarten, wie beispielsweise Kohlekraftwerke, Ölkraftwerke oder auch Gas-und-Dampf-Kombikraftwerke (GuD-Kraftwerke), nach ihren unterschiedlichen Arten der Dampferzeugung bzw. des Brennstoffs für die Dampferzeugung.
  • Ein Kohlekraftwerk ist beispielsweise eine spezielle Form des Dampfkraftwerkes, bei welchem Kohle als hauptsächlicher Brennstoff zur Dampferzeugung verwendet wird. Man kennt solche kohlebefeuerten Kraftwerke für Braunkohle wie auch für Steinkohle.
  • Neben den Dampfkraftwerken sind auch Gaskraftwerke bzw. Gasturbinenkraftwerke bekannt (http://de.wikipedia.org/wiki/Gasturbinenkraftwerk, erhältlich am 24.04.2012).
  • Ein solches Gasturbinenkraftwerk ist ein Kraftwerk, das mit Erdölprodukten oder mit brennbaren Gasen, wie beispielsweise Erdgas, betrieben wird. Diese Gase sind in diesem Fall der Brennstoff für eine Gasturbine (http://de.wikipedia.org/wiki/Gasturbine, erhältlich am 24.04.2012)), die ihrerseits den angekoppelten Generator antreibt.
  • Ein GuD-Kraftwerk ist in http://de.wikipedia.org/wiki/Gas- und-Dampf-Kombikraftwerk (erhältlich am 24.04.2012) beschrieben.
  • Ein solches GuD-Kraftwerk ist ein Kraftwerk, in dem die Prinzipien des Gaskraftwerks und des Dampfkraftwerks kombiniert werden. Die Gasturbine dient dabei als Wärmequelle für einen nachgeschalteten Abhitzekessel, der wiederum als Dampferzeuger für die Dampfturbine wirkt.
  • Arbeiten, wie Wartungs- oder Revisionsarbeiten, an einer Turbine eines Kraftwerks, wie an einer Dampfturbine eines Dampfkraftwerks, können erst nach einem Abschalten eines Drehbetriebs der Turbine durchgeführt werden. Dazu muss ein Wellenstrang der Turbine von Temperaturen von ca. 600 °C auf unter 100 °C heruntergekühlt sein.
  • Die Dampfturbine kühlt beispeisweise - ohne äußere Eingriffe - in ungefähr 8 Tagen bzw. ca. 200 Std. auf unter 100 °C bzw. in ungefähr 6 Tagen bzw. ca. 150 Std. auf unter 150 °C ab. Letzterer Zeitpunkt stellt die früheste Möglichkeit dar, den Wellenstrang bzw. die Welle der Dampfturbine stillzusetzen, wobei diese dann aber von Hand weitergedreht werden muss, um thermische, den Drehbetrieb einschränkende Verformungen an rotierenden Teilen des Wellenstrangs zu vermeiden.
  • Wenn auch Gasturbinen aufgrund ihres - im Vergleich zu Dampfturbinen - geringeren Materials - schneller als Dampfturbinen abkühlen, so sind dortige Abkühldauern ohne äußere Eingriffe auch noch hoch.
  • Um Revisionszeiten zu verkürzen, ist es wünschenswert, die Abkühlzeiten einer Turbine, wie einer Dampfturbine aber auch einer Gasturbine bzw. deren Teilturbinen, unter Einhaltung von zulässigen Abkühlraten zu minimieren.
  • Zur Minimierung dieser doch erheblichen Abkühlzeiten, insbesondere bei Dampfturbinen, ist ein bei diesen eingesetztes, sogenanntes Forced Cooling bekannt (Forced Cooling of Steam Turbines, Performance Enhancement - Steam Turbine, Answers for energy. Siemens AG, 2009).
  • Bei diesem Forced Cooling wird bei einer Dampfturbine - anstelle des (Hochdruck-)Dampfes - in dessen betrieblicher Strömungsrichtung Umgebungsluft als Kühlmedium durch die Dampfturbine bzw. durch deren Teilturbinen gesogen bzw. geblasen.
  • Als - die Saugströmung durch die Dampfturbine initiierende - Drucksenke wird bei dem Forced Cooling der der Dampfturbine nachgeschaltete Kondensator benutzt, in dessen Innerem mittels Vakuumpumpen, beispielsweise durch Elmo-Pumpen, ein Unterdruck gegenüber der Umgebungsluft erzeugt wird (Evakuierung des Kondensators).
  • Um eine Abkühlung möglichst aller heißen Dampfturbinenbauteile sicherzustellen, muss die Umgebungsluft alle dampfführenden Bauteile der Dampfturbine beaufschlagen können.
  • Dazu lässt man die Umgebungsluft - angesaugt über den im evakuierten Kondensator herrschenden Unterdruck - über (Fön-) Stutzen zwischen Schnellschluss- und Stellventilen jeweils auf der FD-Seite und HZÜ-Seite bzw. der dortigen FD- bzw. HZÜ-Zuleitung - einströmen, wodurch das Kühlmedium - dann angesaugt vom Unterdruck im Kondensator - in der betrieblichen Strömungsrichtung des Dampfes die Dampfturbine bzw. deren Teilturbinen durchströmt.
  • Durch die Kühlwirkung der Umgebungsluft wird die Dampfturbine bzw. deren Bauteile gekühlt und dadurch ein schnelleres Abkühlen der Dampfturbinenbauteile erreicht.
  • Da zulässige Abkühlgradienten bei den Dampfturbinenbauteilen dabei nicht überschritten werden dürfen, was sonst zu Bauteilschäden führen könnte, muss die Menge der über die Drucksenke im evakuierten Kondensator angesaugten Umgebungsluft geregelt werden. Als Regelorgane dienen hierzu die Stellventile an den Zuleitungen.
  • Nachteilig an dem bekannten Forced Cooling ist das obligatorische Vorhandensein des Kondensators zur Erzeugung der Drucksenke bzw. der Saugströmung des Kühlmediums.
  • Inzwischen werden jedoch vermehrt Dampfturbinenanlagen mit Dampfturbinen ohne eine Niederdruckteilturbine und dann auch ohne einen Kondensator realisiert, wobei die Dampfturbinen in einem Gegendruckbetrieb arbeiten. Bei solchen Gegendruckdampfturbinenanlagen ohne Kondensator, beispielsweise in Gegendruckdampfkraftwerken für Meerwasserentsalzungsanlagen, ist das bekannte Forced Cooling nicht anwendbar bzw. sind auch keine anderen Lösungen für ein Forced Cooling bekannt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Einschränkungen im Stand der Technik bei einer Wartung oder Revision eines Kraftwerks bzw. einer Turbine, insbesondere eines Dampfkraftwerks bzw. einer Dampfturbine, im Speziellen insbesondere eines Gegendruckdampfkraftwerks bzw. einer Gegendruckdampfturbinenanlage ohne Kondensator, zu überwinden.
  • Auch liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Nachteile und Einschränkungen im Stand der Technik bei einer Kühlung des Kraftwerks bzw. der Turbine, insbesondere eines Gegendruckdampfkraftwerks bzw. einer Gegendruckdampfturbinenanlage ohne Kondensator, insbesondere im Falle des Abschaltens des Drehbetriebs der Turbine zu überwinden.
  • Die Aufgabe wird durch eine Turbinenanlage, insbesondere eine Dampfturbinenanlage, sowie durch das Verfahren zu einer Kühlung einer Turbinenanlage, insbesondere einer Dampfturbinenanlage, mit den Merkmalen gemäß dem jeweiligen unabhängigen Patentanspruch gelöst.
  • Die die Erfindung betreffende Turbinenanlage weist eine von einem Prozessgas im Betrieb der Turbinenanlage in einer Strömungsrichtung von einem Turbineneintritt zu einem Turbinenaustritt durchströmbare Turbine auf.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass mit dem Turbineneintritt oder mit dem Turbinenaustritt der Turbine ein Sauggebläse gekoppelt ist.
  • Unter Verwendung dieses erfindungsgemäß vorgesehenen, mit der Turbine gekoppelten Sauggebläses ist ein mittels des - mit dem Turbinenaustritt gekoppelten - Sauggebläses über den Turbineneintritt in die Turbine eingesaugtes Kühlmedium in der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine blasbar bzw. ist ein mittels des - mit dem Turbineneintritt gekoppelten - Sauggebläses über den Turbinenaustritt in die Turbine eingesaugtes Kühlmedium entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine blasbar.
  • Nach dem Verfahren zu einer Kühlung einer Turbinenanlage mit einer Turbine, welche von einem Prozessgas im Betrieb in einer Strömungsrichtung von einem Turbineneintritt zu einem Turbinenaustritt durchströmt wird, wird ein Kühlmedium unter Verwendung eines mit dem Turbineneintritt oder mit dem Turbinenaustritt gekoppelten Sauggebläses in die Turbine eingesogen und in oder entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine gesogen, wodurch die Turbine durch das Kühlmedium gekühlt wird.
  • Anders bzw. vereinfacht ausgedrückt, die Erfindung realisiert - bei einer Turbine - mittels eines - mit dem Turbineneintritt oder mit dem Turbinenaustritt gekoppelten - Sauggebläses eine Drucksenke am Turbineneintritt oder am Turbinenaustritt.
  • Durch die Drucksenke initiiert entsteht eine Saugströmung in oder entgegen der Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine, durch welche ein Kühlmedium - eingesaugt am - in Bezug auf die Kopplungsseite des Sauggebläses - jeweiligen anderen Ende der Turbine - in oder entgegen der Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine gesogen wird. Durch das durch die Turbine gesogene Kühlmedium wird die Turbine gekühlt.
  • Die Erfindung erweist sich dadurch in zahlreicher Hinsicht als erheblich vorteilhaft.
  • Durch das durch die Saugströmung - in oder entgegen der Prozessgasströmungsrichtung - durch die Turbine gesogene Kühlmedium werden alle dampfführenden Bauteile der Turbine beaufschlagt - und damit eine Abkühlung aller heißen Bauteile der Turbine gewährleistet. Dadurch wird eine effiziente, effektive sowie schnelle Abkühlung der Turbine erreicht.
  • So lassen sich durch die Erfindung die Abkühlzeiten einer Turbine, wie einer Dampfturbine aber auch einer Gasturbine bzw. deren Teilturbinen, minimieren. Revisionszeiten bzw. Stillstandszeiten von Turbinen bzw. Turbinenanlagen können dadurch verkürzt - und dadurch Kosten gespart - werden.
  • Insbesondere lässt sich durch die Erfindung - bei erfindungsgemäßer Verwendung des Sauggebläses zur Realisierung einer Drucksenke am Ein- bzw. Austritt der Turbine - das Forced Cooling dadurch auch bei Turbinen bzw. Turbinenanlagen ohne Kondensator bzw. ohne Niederdruckteilturbine und ohne Kondensator realisieren.
  • So wird es durch die Erfindung möglich, das Forced Cooling auch bei bekannten Gegendruckdampfturbinenanlagen, welche ohne Kondensator bzw. welche ohne Niederdruckteilturbine und ohne Kondensator arbeiten, anzuwenden, wodurch auch diese Anlagen schneller abgekühlt sowie dortige Revisionszeiten und Stillstandszeiten verkürzt werden können.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf die Turbinenanlage als auch auf das Verfahren zur Kühlung einer Turbinenanlage.
  • Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist das Sauggebläse mit dem Turbinenaustritt, insbesondere mit einem Abdampfkanal an dem Turbinenaustritt, gekoppelt. Hierbei ist das - dann - über den Turbineneintritt in die Turbine eingesogene Kühlmedium in der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine saugbar. Insbesondere die Koppelung des Sauggebläses an dem Abdampfkanal ist konstruktiv einfach realisierbar.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Sauggebläse mit dem Turbineneintritt, insbesondere mit einer Frischdampf-/HZÜ-/Überströmzuleitung an dem Turbineneintritt, gekoppelt ist. Beispielsweise kann das Sauggebläse an einem dortigen Fönstutzen angeschlossen sein.
  • In diesem Fall ist - dann - das über den Turbinenaustritt in die Turbine eingesogene Kühlmedium entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung durch die Turbine saugbar.
  • Eine Saugströmung des Kühlmediums durch die Turbine entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung erweist sich insbesondere deshalb von Vorteil, weil das Kühlmedium auf der "Kaltseite" in die Turbine eintritt. Hierdurch treten geringere - und weniger Bauteil belastende - Abkühlgradienten bei den Turbinenbauteilen auf, als bei Eintritt des Kühlmediums auf der "Heißseite" der Turbine.
  • Weiterhin kann - im Falle mehrteiliger Turbinen, welche dann in der Regel eine (oder jeweils mehrere) Hochdruck- und Mitteldruck- und/oder Niederdruckteilturbine aufweisen, - auch vorgesehen sein, dass das Sauggebläse mit der Hochdruckteilturbine, Mitteldruckteilturbine und/oder Niederdruckteilturbine der Turbine gekoppelt ist. Auch mehrere Sauggebläse für mehrere solcher Teilturbinen können vorgesehen werden.
  • So kann hier auch weiter vorgesehen sein, dass - je nach Realisierung der Drucksenke (durch das Sauggebläse) auf einer Abdampf- (Turbinenaustritt) oder Zu- bzw. Frischdampfseite (Turbineneintritt) einer solchen Teilturbine - das Sauggebläse mit einem Abdampfkanal oder einer Frischdampf-/HZÜ-/Überströmzuleitung der Hochdruckteilturbine, der Mitteldruckteilturbine und/oder der Niederdruckteilturbine, gekoppelt ist.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das Kühlmedium Umgebungsluft ist. Diese ist einfach verfügbar und steht in ausreichendem Maße und bei anwendbaren Temperaturen zur Verfügung.
  • Das Kühlmedium, insbesondere die Umgebungsluft, kann dabei über einen an die Turbine angeschlossenen Stutzen, beispielsweise einen Fönstutzen auf der Frischdampfseite bzw. HZÜ-Seite der Turbine bzw. Teilturbine, in die Turbine bzw. Teilturbine einströmen.
  • Im Besonderen bevorzugt ist die Einströmung des Kühlmediums in die Turbine unter Verwendung eines Ventils kontrollier-, regel- und/oder steuerbar. Dadurch, d.h. durch die Regelung einer Menge an in die Turbine bzw. Teilturbine eintretendem Kühlmedium kann gewährleistet werden, dass zulässige Abkühlgradienten nicht überschritten werden. Als ein Regelorgan kann ein Stellventil verwendet werden.
  • Hierbei, d.h. zur Regelung der Menge des Kühlmediums, kann das Ventil, beispielsweise das Stell- bzw. Regelventil, an beliebiger Stelle in der Kühlmediumsstrecke angeordnet sein, beispielsweise auch am Sauggebläseeintritt.
  • Nach einer besonders bevorzugten Weiterbildung erfolgt die Einströmung des Kühlmediums in die Turbine bzw. Teilturbine über einen - auf der Frischdampf oder HZÜ-Seite der Turbine bzw. Teilturbine - zwischen Ventilen, beispielsweise zwischen einem Schnellschluss- und einem Stellventil, angeordneten Fönstutzen. Über das Stellventil kann die Menge des einströmenden Kühlmediums kontrolliert, geregelt und/oder gesteuert werden, um so zulässige Abkühlgradienten bei den Turbinenbauteilen nicht zu überschreiten.
  • Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung ist das Prozessgas Wasserdampf. D.h., die Turbine ist eine Dampfturbine bzw. die Anlage ist eine Dampfturbinenanlage.
  • Weiterhin kann hier die Turbine bzw. Dampfturbine eine mehrteilige Turbine bzw. Dampfturbine sein. Diese kann - eine oder auch mehrere - Teilturbinen, wie Hochdruck-, Mitteldruck- und/oder Niederdruckteilturbinen aufweisen. Besonderes bevorzugt ist die Turbinenanlage eine Dampfturbinenanlage ohne Kondensator, beispielsweise eine Gegendruckdampfturbinenanlage ohne Niederdruckteilturbine und ohne Kondensator. Durch den Einsatz der Erfindung wird hier - durch das erfindungsgemäß eingesetzte Sauggebläse - eine - sonst nicht vorhandene - Drucksenke zur Verfügung gestellt, wodurch auch bei einer solchen Dampfturbinenanlage ohne Kondensator das Forced Cooling möglich wird. Eine Verkürzung von Stillstandszeiten auch bei einer solchen Dampfturbinenanlage ohne Kondensator wird damit durch die Erfindung erst möglich.
  • Das erfindungsgemäße Forced Cooling - mittels der über das Sauggebläse realisierten Drucksenke und der dadurch initiierten Kühlmedium-Durchströmung der Turbine bzw. Teilturbine - kann für eine oder jeweils mehrere Teilturbinen - durch jeweils mehrere, getrennte Kühlmediumsdurchströmungen und entsprechend mehrere Sauggebläse - separat realisiert sein - oder auch für mehrere aufeinanderfolgende Teilturbinen - bei einer gemeinsamen Kühlmediumsdurchströmung - gemeinsam mittels eines einzigen Sauggebläses.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist ein thermischer Schutz bzw. ein Überhitzungsschutz für das Sauggebläse vorgesehen.
  • Ein Sauggebläse, wie erfindungsgemäß eingesetzt, ist in seiner Austrittstemperatur, d.h. in der Temperatur des durch das Sauggebläse ausgeblasenen Mediums, limitiert, beispielsweise auf 150 °C. Damit ist - respektive - auch die Eintrittstemperatur des durch das Sauggebläse eingesaugten Mediums beschränkt, beispielsweise - bei unterstellter Aufwärmung des das Sauggebläse durchströmenden Mediums um 30 °C - auf 120 °C.
  • Zur Realisierung des thermischen Schutzes des Sauggebläses kann vorgesehen werden, dass am oder im Bereich des Eintritts des Sauggebläses eine weitere Kühlmediumszuführung, beispielsweise ein Bypass bzw. Bypasstutzen, angebracht ist, über welchen weiteres Kühlmedium, beispielsweise auch Umgebungsluft, dem aus der Turbine austretenden und in das Sauggebläse eingesogenen Kühlmedium beimischbar ist. Auch ein Temperatursensor kann am Gebläseaustritt angeordnet sein, mittels welchem die Temperatur des aus dem Sauggebläse austretenden Mediums gemessen wird.
  • Ist dieser Bypass weiter auch mit einem Stellventil versehen, kann die Beimischung des weiteren Kühlmediums zu dem aus der Turbine austretenden und in das Sauggebläse eingesogenen Kühlmediums, insbesondere unter Berücksichtung der gemessenen Gebläseaustrittstemperatur, kontrollier-, steuer- und/oder regelbar beigemischt - und so eine Überhitzung des Sauggebläses verhindert werden.
  • Auch kann die Kontrolle, Steuerung und/oder Regelung der Beimischung und/oder die Menge des weiteren Kühlmediums mittels eines Dreiwegemischers an der Zusammenführung von dem weiteren Kühlmedium und dem aus der Turbine austretenden und in das Sauggebläse eingesogenen Kühlmedium erfolgen.
  • Auch kann die Beimischung des weiteren Kühlmediums von einer Turbinentemperatur und/oder von der Temperatur des vom Sauggebläse angesaugten Kühlmediums und/oder von der Temperatur des beigemischten, weiteren Kühlmediums kontrolliert, geregelt und/oder gesteuert werden.
  • Bei Beginn des Forced Cooling ist nur eine kleine durch die Turbine geführte Kühlmediumsmenge erforderlich, um die max. zulässige Abkühlrate bzw. um die zulässigen Abkühlgradienten der Turbinenbauteile zu erreichen. Diese geringe Kühlmediumsmenge wird durch die zu diesem Zeitpunkt noch hocherhitzte Turbine - durch Wärmeaustausch mit den sehr heißen Turbinenbauteilen - ebenfalls stark erhitzt.
  • Um das zu diesem Zeitpunkt dann sehr heiße, aus der Turbine ausströmende Kühlmedium zu kühlen und auf eine für das Sauggebläse zulässige Eintrittstemperatur bzw. Austrittstemperatur zu bringen, wird über den Bypass das weitere Kühlmedium, beispielsweise auch wieder Umgebungsluft, beigemischt.
  • Mit abnehmender Turbinentemperatur wird die Kühlmediumsmenge durch die Turbine erhöht, wobei gleichzeitig die beigemischte weitere Kühlmediumsmenge reduziert wird.
  • Somit kann ein Überhitzen des Sauggebläses - bei gleichzeitiger "Ausschöpfung der maximalen Abkühlraten der Turbinenbauteile" - wirkungsvoll verhindert werden.
  • Das aus dem Sauggebläse austretende Medium, d.h. die Sauggebläseabluft, kann - auf minimiertem Strömungsweg zur Vermeidung von Druckverlusten - in eine Umgebung abgeleitet werden. Dadurch kann auch eine Aufheizung von einer die Turbine aufnehmenden Maschinenhalle vermieden werden.
  • Weiterhin kann auch vorgesehen sein, vor dem erfindungsgemäßen Forced Cooling eine Dampf-Vorkühlung des Prozessgases, beispielsweise eine Dampfeinspritzkühlung bei dem Prozessgas, durchzuführen.
  • Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche im Weiteren näher erläutert werden. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen technisch gleiche Elemente.
  • Es zeigen:
    • FIG 1
    einen Ausschnitt aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampfkraftwerk mit einer Dampfturbinenanlage für ein Forced Cooling gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    FIG 2
    einen Ausschnitt aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf bei einem Dampfkraftwerk mit einer Dampfturbinenanlage für ein Forced Cooling gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    FIG 3
    eine Konzept-Darstellung eines thermischen Schutzes eines Sauggebläses einer Dampfturbinenanlage für ein Forced Cooling gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    FIG 4
    eine Darstellung von Massenströmen eines Kühlmediums durch die Turbine und eines weiteren Kühlmediums durch einen Bypass bei einem Forced Cooling bei einer Dampfturbinenanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
    FIG 5
    eine Darstellung eines Forced Cooling bzw. einer Kühlung einer Turbine bei einer Dampfturbinenanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Ausführungsbeispiele: Forced Cooling bei Dampfturbinenanlagen ohne Kondensatoren bzw. bei Dampfkraftwerken mit Dampfturbinenanlagen ohne Kondensatoren (FIGen 1 bis 5)
  • FIG 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf 2 bei einem Dampfkraftwerk 1 mit einer Dampfturbinenanlage 3 ohne Kondensator.
  • Über eine Zuleitung 30 strömt - im Betrieb des Dampfkraftwerks 1 - heißer, von einem Dampferzeuger erhitzter und einem Überhitzer weiter erhitzter Wasserdampf/Hochdruckdampf 15, im Folgenden nur als Prozessgas 15 bezeichnet, über einen Turbineneintritt 4 auf einer Frischdampfseite 13 der Dampfturbine 29 in diese ein, durchströmt die Dampfturbine 29 in Prozessgasströmungsrichtung 27 und verrichtet dort bzw. dabei unter Entspannung und Abkühlung mechanische Arbeit.
  • Durch einen an die Dampfturbine 29 gekoppelten Generator (nicht dargestellt) wird die mechanische Leistung dann in elektrische Leistung umgewandelt, welche in Form von elektrischem Strom in ein Stromnetz eingespeist wird.
  • Das entspannte Prozessgas 15 tritt auf der Abdampfseite 31 der Dampfturbine 29 über einen dortigen Turbinenaustritt 5 - in Form eines Abdampfstutzens 9 - aus der Dampfturbine 29 aus und strömt über eine Abdampfleitung 9 wieder dem Dampferzeuger zu, womit der Wasser-Dampf-Kreislauf 2 geschlossen ist.
  • Die Kontrolle bzw. Steuerung der Zuströmung bzw. Abströmung des Prozessgases 15 in bzw. weg von der Dampfturbine 29 erfolgt mittels in der Zuleitung angeordneten Ventilen 12, 11, d.h. einem Schnellschlussventil 12 sowie einem Regelventil 11, sowie einer in der Abdampfleitung 9 angeordneten Klappe 33.
  • Arbeiten, wie Wartungs- oder Revisionsarbeiten, an der Dampfturbine 29 können erst nach einem Abschalten eines Drehbetriebs der Dampfturbine 29 durchgeführt werden. Dazu muss ein Wellenstrang (nicht dargestellt) der Dampfturbine 3 von Betriebstemperaturen von ca. 600 °C auf unter 100 °C heruntergekühlt sein.
  • Dieses Herunterkühlen würde - ohne äußeren Eingriff - mehrere Tage, d.h. ca. 8 Tage, dauern und die gesamte Stillstandszeit des Dampfkraftwerks 1 um diesen Zeitraum verlängern.
  • Um diese Stillstandszeiten zu verringern bzw. die Herunterkühlphase zu verkürzen, wird bei der Dampfturbinenanlage 3 bzw. bei der Dampfturbine 29 ein Forced Cooling eingesetzt.
  • Bei diesem Forced Cooling (FIG 5, 100) wird bei der Dampfturbine 29 - anstelle des Prozessgases 15 - Umgebungsluft 7 als Kühlmedium 7 aus der Umgebung 14 in die Dampfturbine eingesaugt (FIG 5, 110) und die Umgebungsluft 7 in der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27 (in diesem Fall auch Kühlmediumsströmungsrichtung 28) durch die Dampfturbine 29 gesogen bzw. geblasen (FIG 5, 120), um so eine Abkühlung (FIG 5, 130) möglichst aller heißen Dampfturbinenbauteile sicherzustellen.
  • Zur Erzeugung eines notwendigen, die Saugströmung des Kühlmediums 7 in die Dampfturbine 29 bzw. in betrieblicher Prozessgasströmungsrichtung 27 (in diesem Fall auch Kühlmediumsströmungsrichtung 28) durch die Dampfturbine 29 initiierenden Unterdrucks (Drucksenke) ist, wie FIG 1 zeigt, ein Sauggebläse 6 an der Dampfturbinen-Abdampfseite 31 an einer Saugleitung (beim Forced Cooling geöffnet) zwischen dem Turbinenaustritt 5 und einer Klappe 33 (beim Forced Cooling geschlossen) angeschlossen.
  • Der Eintritt des Kühlmediums 7 bzw. der Umgebungsluft 7 in die Dampfturbine 29 erfolgt dabei über einen Fönstutzen 10 zwischen dem Schnellschlussventil 12 (beim Forced Cooling geschlossen) und dem Regelventil 11 (beim Forced Cooling teilgeöffnet) auf der Frischdampfseite 13 der Dampfturbine 3.
  • Durch die Kühlwirkung der Umgebungsluft 7 - bei Durchströmung der Dampfturbine 29 in der Kühlmediumsströmungsrichtung 28 (in diesem Fall auch betriebliche Prozessgasströmungsrichtung 27) - wird die Dampfturbine 29 bzw. deren Bauteile gekühlt und dadurch ein schnelleres Abkühlen der Dampfturbinenbauteile erreicht.
  • Die von dem Sauggebläse 6 - in der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27 bzw. Kühlmediumsströmungsrichtung 28 durch die Dampfturbine 29 - angesaugte Umgebungsluft 7 wird als Sauggebläseabluft 20 wieder in die Umgebung 14 entlassen.
  • Da zulässige Abkühlgradienten bei den Dampfturbinenbauteilen dabei nicht überschritten werden dürfen, was sonst zu Bauteilschäden führen könnte, wird die Menge der angesaugten Umgebungsluft 7 geregelt. Als Regelorgan dient hierzu das Regelventil 11 am Turbineneintritt 4 (auf der Frischdampfseite 13).
  • FIG 2 zeigt ebenfalls einen Ausschnitt aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf 2 bei einem Dampfkraftwerk 1 mit einer Dampfturbinenanlage 3 ohne Kondensator.
  • Auch hier strömt über eine Zuleitung 30 - im Betrieb des Dampfkraftwerks 1 - heißer, von einem Dampferzeuger erhitzter und einem Überhitzer weiter erhitzter Wasserdampf/Hochdruckdampf 15 bzw. Prozessgas 15 über einen Turbineneintritt 4 auf einer Frischdampfseite 13 der Dampfturbine 29 in diese ein, durchströmt die Dampfturbine 29 in Prozessgasströmungsrichtung 27 und verrichtet dort bzw. dabei unter Entspannung und Abkühlung mechanische Arbeit.
  • Das entspannte Prozessgas 15 tritt auf der Abdampfseite 31 der Dampfturbine 29 über einen dortigen Turbinenaustritt 5 - in Form eines Abdampfstutzens 9 - aus der Dampfturbine 29 aus und strömt über eine Abdampfleitung 9 wieder dem Dampferzeuger zu, womit der Wasser-Dampf-Kreislauf 2 geschlossen ist.
  • Die Kontrolle bzw. Steuerung der Zuströmung bzw. Abströmung des Prozessgases 15 in bzw. weg von der Dampfturbine 29 erfolgt auch hier mittels in der Zuleitung angeordneten Ventilen 12, 11, d.h. einem Schnellschlussventil 12 sowie einem Regelventil 11, sowie einer in der Abdampfleitung 9 angeordneten Klappe 33.
  • Um auch hier die Stillstandszeiten zu verringern bzw. die Herunterkühlphase zu verkürzen, wird bei der Dampfturbinenanlage 3 bzw. bei der Dampfturbine 29 ein Forced Cooling eingesetzt.
  • Bei diesem Forced Cooling (FIG 5, 100) wird bei der Dampfturbine 29 - anstelle des Prozessgases 15 - Umgebungsluft 7 als Kühlmedium 7 aus der Umgebung 14 in die Dampfturbine eingesaugt (FIG 5, 110) und die Umgebungsluft 7 entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27 in Kühlmediumsströmungsrichtung 28 durch die Dampfturbine 29 gesogen bzw. geblasen (FIG 5, 120), um so - ebenfalls - eine Abkühlung (FIG 5, 130) möglichst aller heißen Dampfturbinenbauteile sicherzustellen.
  • Zur Erzeugung eines notwendigen, die Saugströmung des Kühlmediums 7 in die Dampfturbine 29 bzw. entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27 bzw. der Kühlmediumsströmungsrichtung 28 durch die Dampfturbine 29 initiierenden Unterdrucks (Drucksenke) ist, wie FIG 2 zeigt, ein Sauggebläse 6 - in diesem Fall - an der Dampfturbinen-Frischdampfseite 13 an einem Fönstutzen 10 zwischen dem Schnellschlussventil 12 (beim Forced Cooling geschlossen) und dem Regelventil 11 (beim Forced Cooling geöffnet) angeschlossen.
  • Der Eintritt des Kühlmediums 7 bzw. der Umgebungsluft 7 - aus der Umgebung 14 - in die Dampfturbine 29 erfolgt dabei über eine ein Regelventil 35 (beim Forced Cooling teilgeöffnet) aufweisende Saugleitung 34 (beim Forced Cooling geöffnet) zwischen dem Turbinenaustritt 5 und einem Schnellschlussventil 33 (beim Forced Cooling geschlossen).
  • Durch die Kühlwirkung der Umgebungsluft 7 - bei Durchströmung der Dampfturbine 29 in der Kühlmediumsströmungsrichtung 28 bzw. entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27) - wird die Dampfturbine 29 bzw. deren Bauteile gekühlt und dadurch ein schnelleres Abkühlen der Dampfturbinenbauteile erreicht.
  • Die von dem Sauggebläse 6 - entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung 27 bzw. in Kühlmediumsströmungsrichtung 28 durch die Dampfturbine 29 - angesaugte Umgebungsluft 7 wird als Sauggebläseabluft 20 wieder in die Umgebung 14 entlassen.
  • Da zulässige Abkühlgradienten bei den Dampfturbinenbauteilen auch hier nicht überschritten werden dürfen, was sonst zu Bauteilschäden führen könnte, wird die Menge der angesaugten Umgebungsluft 7 geregelt. Als Regelorgan dient hierzu das Regelventil 35 in der Saugleitung 34 am Turbinenaustritt 5 (auf der Abdampfseite 31).
  • Alternativ hierzu kann die Regelung - bei Verzicht auf das Regelventil 35 in der Saugleitung 34 - über das Regelventil 11 auf der Dampfturbinen-Frischdampfseite 13 erfolgen.
  • Weiter hierzu, d.h. zur Regelung der angesaugten Umgebungsluft 7 bei dem Forced Cooling nach FIG 2, wie auch bei dem Forced Cooling nach FIG 1, kann die Regelung der Umgebungsluft 7 auch mittels eines separaten, in der Saugleitung 34 (bei FIG 1) bzw. in der Leitung 30 (FIG 2) am Sauggebläseeintritt 16 angeordneten Regelventils erfolgen. Hier ist dann bei der Regelung der Umgebungsluft 7 mittels des separaten Regelventils das Regelventil 11 (bei FIG 1) bzw. das Regelventil 35 (bei FIG 2) immer geöffnet.
  • FIG 3 zeigt eine Konzept-Darstellung eines thermischen Schutzes des Sauggebläses 6 der Dampfturbinenanlage 3 nach den FIG 1 oder FIG 2.
  • Das Sauggebläse 6 ist in der Temperatur seiner Sauggebläseabluft 20 limitiert, beispielsweise auf 150 °C. Damit ist - respektive - auch die (Sauggebläse-)Eintrittstemperatur des durch das Sauggebläse 6 eingesaugten Mediums 36 beschränkt, beispielsweise - bei unterstellter Aufwärmung des das Sauggebläse durchströmenden Mediums um 30 °C - auf 120 °C.
  • Um diese maximal zulässige Sauggebläseablufttemperatur bzw. Sauggebläseeintrittstemperatur nicht zu überschreiten, ist - bei dem thermischen Schutz - die Zuleitung 30 des Sauggebläses 6 - im Bereich des Sauggebläseseintritts 16 - mit einem Bypass 17, d.h. einer weiteren Kühlmediumszuführung 17, versehen.
  • Über diesen Bypass 17 wird - mittels des Sauggebläses 6 und (mengen-)regelbar über ein im Bypass 17 angeordnetes Regelventil 18 - über eine Zuleitung 30 aus der Umgebung 14 weitere Umgebungsluft 8 - als weiteres Kühlmedium 8 - angesaugt und die - über den Turbinenaustritt 4 (vgl. FIG 1) bzw. den Turbineneintritt 5 (vgl. FIG 2) - aus der Dampfturbine 29 in Kühlmediumsströmungsrichtung 28 austretende Umgebungsluft 7 - zu deren Kühlung - beigemischt 140.
  • Alternativ kann die Regelung der Menge des weiteren Kühlmediums 8 sowie der Mischung bzw. der Beimischung 140 von dem weiteren Kühlmedium 8 und bzw. zu der Umgebungsluft 7 auch mittels eines Dreiwegemischers an der Zusammenführung von dem weiteren Kühlmedium 8 und der Umgebungsluft 7 erfolgen.
  • Dieses Umgebungsluftgemisch 36 wird über den Sauggebläseeintritt 16 in das Sauggebläse 6 eingesogen - und verlässt das Sauggebläse 6 - als Sauggebläseabluft 20 - über eine Ableitung 30 auf dessen Abluftseite 37 in die Umgebung 14.
  • Mittels eines Temperatursensors 19, welcher im Bereich der Ableitung 30 der Sauggebläseabluft 20 angeordnet ist, wird die Temperatur der Sauggebläseabluft 20 gemessen.
  • Eine Steuereinheit 22 regelt in Abhängigkeit der gemessenen Sauggebläseablufttemperatur das Regelventil 17 sowie einen das Sauggebläse 6 antreibenden Sauggebläsemotor 21.
  • FIG 4 zeigt in einer Koordinaten-Darstellung (Abszisse 23 [Zeit t], Ordinate 24 [Massenströme ms]) den Verlauf der Massenströme ms 25, 26 der Umgebungsluft 7 durch die Dampfturbine 29 sowie der beigemischten Umgebungsluft 8 durch den Bypass 17 bei dem Forced Cooling zum thermischem Schutz des Sauggebläses 6.
  • Bei Beginn des Forced Cooling ist nur eine kleine, minimale durch die Dampfturbine 29 geführte Menge an (kühler) Umgebungsluft 7 erforderlich bzw. zulässig, um die max. zulässige Abkühlrate bzw. um die zulässigen Abkühlgradienten der Turbinenbauteile zu erreichen.
  • Diese geringe Menge an Umgebungsluft 7 wird durch die zu diesem Zeitpunkt noch hocherhitzte Dampfturbine 29 - durch Wärmeaustausch mit den sehr heißen Turbinenbauteilen - ebenfalls stark erhitzt.
  • Um die zu diesem Zeitpunkt dann sehr heiße, aus der Dampfturbine 29 ausströmende Umgebungsluft 7 auf die für das Sauggebläse 6 zulässige Sauggebläseablufttemperatur zu kühlen, wird über den Bypass 17 und geregelt über das Regelventil 18 die weitere Umgebungsluft 8 in maximaler Menge beigemischt.
  • Mit - über die Zeit t - abnehmender Dampfturbinentemperatur wird kontinuierlich die Menge an Umgebungsluft 7 durch die Dampfturbine 29 erhöht (vgl. FIG 4, Kurve 26), wobei gleichzeitig die beigemischte Menge an weiterer Umgebungsluft 8 kontinuierlich reduziert wird (vgl. FIG 4, Kurve 25), bis am Ende des Forced Cooling die beigemischte Menge an weiterer Umgebungsluft 8 auf ihre minimale Menge reduziert bzw. die Menge an Umgebungsluft 7 durch die Dampfturbine 29 auf ihre maximale Menge erhöht ist.
  • Das Gemisch 36 - aus Umgebungsluft 7 durch die Dampfturbine 29 sowie aus Umgebungsluft 8 durch den Bypass 17 - hat so zu jeder Zeit während des Forced Cooling bei Eintritt in das Sauggebläse 6 eine zulässige Sauggebläseeintrittstemperatur bzw. respektive zulässige Sauggebläseablufttemperatur.
  • Somit kann ein Überhitzen des Sauggebläses 6 - bei gleichzeitiger "Ausschöpfung der maximalen Abkühlraten der Turbinenbauteile" - wirkungsvoll verhindert werden.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (15)

  1. Turbinenanlage (3) mit einer von einem Prozessgas (15) im Betrieb in einer Strömungsrichtung (27) von einem Turbineneintritt (4) zu einem Turbinenaustritt (5) durchströmbare Turbine (29)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mit dem Turbinenaustritt (5) ein Sauggebläse (6) gekoppelt ist, unter Verwendung dessen ein durch das Sauggebläse (6) über den Turbineneintritt (4) in die Turbine (29) eingesogenes Kühlmedium (7) in der Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) saugbar ist, oder dass mit dem Turbineneintritt (4) ein Sauggebläse (6) gekoppelt ist, unter Verwendung dessen ein über den Turbinenaustritt (5) in die Turbine (29) eingesogenes Kühlmedium (7) entgegen der Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) saugbar ist.
  2. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Sauggebläse (6) mit dem Turbinenaustritt (5), insbesondere mit einem Abdampfkanal (9) an dem Turbinenaustritt (5), gekoppelt ist, wobei das über den Turbineneintritt (4) in die Turbine (29) eingesogene Kühlmedium (7) in der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) saugbar ist.
  3. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Sauggebläse (6) mit dem Turbineneintritt (4), insbesondere mit einer Frischdampf-/HZÜ-/Überströmzuleitung (13) an dem Turbineneintritt (4), gekoppelt ist, wobei das über den Turbinenaustritt (5) in die Turbine (29) eingesogene Kühlmedium (7) entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) saugbar ist.
  4. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Sauggebläse (6) mit einer Hochdruckteilturbine, Mitteldruckteilturbine und/oder Niederdruckteilturbine (29) der Turbine (29), insbesondere mit einem Abdampfkanal (9) oder einer Frischdampf-/HZÜ-/Überströmzuleitung (13) der Hochdruckteilturbine, der Mitteldruckteilturbine und/oder der Niederdruckteilturbine (29), gekoppelt ist.
  5. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    das Kühlmedium (7) Umgebungsluft ist, insbesondere deren Einströmung in die Turbine (29) unter Verwendung eines Ventils (12, 11) kontrollier-, regel- und/oder steuerbar ist.
  6. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessgas (15) ein Wasserdampf ist.
  7. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine (29) einen, insbesondere zwischen Ventilen (12, 11) angeordneten, Fönstutzen (10), insbesondere angeordnet an dem Turbineneintritt (4), aufweist, über welches das Kühlmedium (7), insbesondere kontrolliert, geregelt und/oder gesteuert mittels mindestens eines der Ventile (12, 11), unter Verwendung des Sauggebläses (6) in die Turbine (29) einsaugbar ist.
  8. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet mit einer weiteren, an einem Eintritt (16) des Sauggebläses (6) angeordneten Kühlmediumzuführung (17), insbesondere einem Bypass (17), über welchen ein weiteres Kühlmedium (8) dem aus der Turbine (29) austretenden und in das Sauggebläse (6) eingesogenen Kühlmedium (7) beimischbar ist.
  9. Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
    die Turbine (29) eine Dampfturbine, insbesondere eine mehrteilige Dampfturbine ohne eine Niederdruckteilturbine, oder eine Teilturbine einer Dampfturbine, insbesondere einer mehrteilige Dampfturbine ohne eine Niederdruckteilturbine, ist.
  10. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) mit einer Turbine (29), welche von einem Prozessgas (15) im Betrieb in einer Strömungsrichtung (27) von einem Turbineneintritt (4) zu einem Turbinenaustritt (5) durchströmt wird, bei dem ein Kühlmedium (7) unter Verwendung eines mit dem Turbineneintritt (4) oder mit dem Turbinenaustritt (5) gekoppelten Sauggebläses (6) in die Turbine (29) eingesogen (110) und in oder entgegen der betrieblichen Prozessgasströmungsrichtung (27) durch die Turbine (29) gesogen wird (120), wodurch die Turbine (29) durch das Kühlmedium (7) gekühlt wird (130).
  11. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, bei dem das Kühlmedium (7) über einen, insbesondere zwischen Ventilen (12, 11) angeordneten, Fönstutzen (10) in einer Zuleitung (13) der Turbine (29), insbesondere in einer Zuleitung (13) auf einer Frischdampf-Seite (FD-Seite) einer Hochdruckteilturbine der Turbine oder in einer Zuleitung einer heißen Zwischenüberhitzungs-Seite (HZÜ-Seite) einer Mitteldruckteilturbine der Turbine, in die Turbine eingesogenen wird (110).
  12. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) nach mindestens dem voranstehenden Verfahrensanspruch, bei dem unter Verwendung mindestens eines der Ventile (12, 11), insbesondere eines Schnellschluss- (11) und/oder Stellventils (12), das Einsaugen (110) des Kühlmediums (7) in die Turbine (29) kontrolliert, gesteuert und/oder geregelt wird.
  13. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Verfahrensansprüche, bei dem dem in das Sauggebläse (6) eingesogenen Kühlmedium (7) vor Eintritt in das Sauggebläse (6) ein weiteres Kühlmedium (8), insbesondere Umgebungsluft, beigemischt wird (140).
  14. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) nach mindestens dem voranstehenden Verfahrensanspruch, bei dem die Beimischung (140) des weiteren Kühlmediums (8) kontrolliert, geregelt und/oder gesteuert, insbesondere unter Verwendung von einem Stellventil(18), erfolgt, insbesondere dass die Beimischung (140) abhängig von einer Turbinentemperatur und/oder von der Temperatur des vom Sauggebläse (6) angesaugten Kühlmediums (7) und/oder von der Temperatur des beigemischten, weiteren Kühlmediums (8) und/oder der Temperatur des vom Sauggebläse (8) ausgeblasenen Kühlmediumsgemisches (20) erfolgt.
  15. Verfahren (100) zu einer Kühlung einer Turbinenanlage (3) nach mindestens einem der voranstehenden Ansprüche, eingesetzt in einer Turbinenanlage (3) ohne Kondensator, insbesondere in einer Gegendruckturbinenanlage (3).
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