PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69220240T2 15.01.1998
EP-Veröffentlichungsnummer 0618997
Titel WASSERDAMPFSYSTEM FÜR EINE ANLAGE MIT MEHREREN KESSELN
Anmelder ABB Carbon AB, Finspang, SE
Erfinder KEMMER, Leif, S-610 13 Lotorp, SE;
NILSSON, Karl, Johan, S-612 34 Finspong, US
Vertreter Hansmann & Vogeser, 65929 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69220240
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 03.12.1992
EP-Aktenzeichen 939014494
WO-Anmeldetag 03.12.1992
PCT-Aktenzeichen SE9200837
WO-Veröffentlichungsnummer 9313298
WO-Veröffentlichungsdatum 08.07.1993
EP-Offenlegungsdatum 12.10.1994
EP date of grant 04.06.1997
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.01.1998
IPC-Hauptklasse F01K 7/22
IPC-Nebenklasse F01K 11/02   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Anlagenkonzept für Kraftwerksanlagen, die Kesselmoduln mit Wiedererhitzung von Dampf haben für Turbinen in einem gemeinsamen Dampfsystem.

Stand der Technik

In Kraftwerksanlagen, in denen mehr als ein Kesselmodul verwendet wird zur Erzeugung von Dampf für die betreffenden Kesselmoduln in getrennten Dampfgeneratoren, kann Dampf von den entsprechenden Dampfgeneratoren eine Dampfturbine treiben, welche allen Kesselmoduln gemeinsam ist. Wenn der Dampfgenerator in jedem Kesselmodul einen Hochdrucküberhitzer und einen Wiedererhitzer enthält, wird der Hochdruckdampf von den verschiedenen Kesselmoduln über Ventile zu einer gemeinsamen Hochdruckturbine geleitet, wo der Dampf entspannt wird und Energie liefert, worauf der Dampf den Kesselmoduln zur Wiedererhitzung in einem Wiedererhitzer in dem entsprechenden Kesselmodul wieder zugeführt wird. Der Dampf von den verschiedenen Wiedererhitzern wird dann zu einer Zwischendruck- und Niederdruckturbine geleitet, die für alle Moduln dieselbe ist, worauf der Dampf nach Kondensierung dem Speisewassertank zugeführt wird, aus welchem das Wasser für eine erneute Dampferzeugung entnommen wird.

Ein Grund für die Verwendung von weniger Turbinen als der Anzahl vorhandener Kesselmoduln besteht in der beträchtlichen Ersparnis von Kosten für die Installation von weniger Dampfturbineneinheiten in der Anlage.

Im normalen Betriebsbereich, das heißt von 30 bis 100% der Ausgangsleistung der Anlage, wird heute eine gleitende Drucksteuerung verwendet. Hierunter wird verstanden, daß der Druck des Hochdruckdampfes, im folgenden Frischdampf genannt, sowie der Druck des wiedererhitzten Dampfes etwa proportional dem Dampffluß ist. Während des Hochfahrens und Stilisetzens der Anlage und im Falle einer Turbinenabschaltung (Notstop der Turbine) erfolgt die Steuerung des Kessels beziehungsweise der Turbine in der sorgfältigsten Weise. Dies bedeutet, daß der Druck im Wiedererhitzer, der bestimmt wird durch den Druck in der Zwischendruck- und Niederdruckturbine, und folglich der Volumenfluß (die Dampfquote) durch den Hochdrucküberhitzer und den Wiedererhitzer im Lastbereich innerhalb akzeptabler Grenzen ohne eine spezielle Steuerung variiert.

Wenn zwei Kessel, die Wiedererhitzer enthalten, mit einer gemeinsamen Dampfturbine für beide Kessel installiert sind, treten keine Probleme bezüglich des Hochdruckaustritts der Dampfturbine und bezüglich der Wiedererhitzer der Kessel auf, da die beiden Kessel mit der gleichen Leistung betrieben werden. Die individuellen Kessel und die Dampfturbine haben die gleiche Last, ausgedrückt als Prozentsatz. Andererseits muß die Verteilung des Dampfflusses der Wiedererhitzer der beiden Kessel im Verhältnis zueinander mit Hilfe von Ventilen gesteuert werden.

Steuerungsschwierigkeiten für ein Anlagenkonzept mit zwei Kesseln und einer gemeinsamen Dampfturbine entstehen, wenn die beiden Kessel mit verschiedener Last betrieben werden. Der Dampfdruck vor der Zwischendruckturbine ist dann gleich der Summe der augenblicklichen Dampfflüsse durch die Wiedererhitzer der entsprechenden Kessel, geteilt durch den Nennfluß der beiden Wiedererhitzer. Vor die Hochdruckturbine gelten die gleichen Bedingungen für den Dampfdruck, das heißt, die Summe der Dampfflüsse in den beiden Überhitzern für Hochdruckdampf in den betreffenden Kesseln, geteilt durch den Nenndampffluß dieser Überhitzer, liefert den Druck vor der Hochdruckturbine. Wenn beispielsweise ein Kessel mit 50% Last betrieben wird und der andere Kessel mit 100% Last betrieben wird, wird die Dampfturbine mit 75% der vollen Nennlast betrieben. Dies bedeutet, daß die Turbine einen Eintrittsdampfdruck empfängt, der 75% des Vollastdruckes beträgt. Der Überhitzer für Frischdampf in dem Kessel, der mit 100% Last betrieben wird, ist so bemessen, daß er bei dieser Last einen Volumenfluß und eine Dampfquote hat, die den vollen Druck im Überhitzer verlangen. Aus diesem Grunde wird verlangt, daß ein höherer Druck dem Überhitzer in diesem Vollastkessel zugeführt wird, als der Druck, der durch den Einlaßdruck der Dampfturbine gerechtfertigt ist. In diesem Zusammenhang wird beispielsweise am Kesselaustritt des Überhitzers ein Drosselventil verwendet, wodurch der Druck in diesem Überhitzer steigt. Ein Nachteil dieser Methode besteht darin, daß ein zusätzlicher Drosselverlust auftritt.

Andererseits wird der Überhitzer in dem Kessel, der mit nur 50% Last betrieben wird, mit einem Druck beaufschlagt, der um 50% zu hoch ist, was einen beträchtlich kleineren Volumenfluß des Dampfes durch den Überhitzer zur Folge hat, verglichen mit dem Fall, daß die Kessel unter äquivalenten Bedingungen arbeiten.

Der Dampfdruck an der Zwischendruckturbine, der bestimmt wird durch den Fluß durch die Zwischendruck- und Niederdruckturbine, liegt auch bei 75% des Vollastdruckes. Der Dampffluß in den Wiedererhitzern für den betreffenden Kessel muß so verteilt werden, daß der Wiedererhitzer eines jeden Kessels mit dem korrekten Dampffluß im Verhältnis zu dem Frischdampffluß aus dem betreffenden Kessel versorgt wird. Der Dampfdruck der Wiedererhitzer wird unrichtig für beide Kessel in der gleichen Weise, wie in dem oben beschriebenen Fall eines Ungleichgewichtes zwischen den Frischdampfdrücken der betreffenden Kessel. Der Druck am Ausgang der Hochdruckturbine, der für beide Kessel gleich ist, muß aufrecht erhalten werden, um zu hohe Dampfquoten in demjenigen Wiedererhitzer zu vermeiden, der zu dem Vollastkessel gehört. Als Folge hiervon ist die Entspannungslinie der Hochdruckturbine reduziert, was bedeutet, daß die Ausgangsleistung der Anlage verkleinert ist im Vergleich mit der Ausgangsleistung, die während des Parallelbetriebes der beiden Kessel mit gleicher Last erreicht wird, wo die Summenlast der beiden Kessel die gleiche wie in dem beschriebenen Beispiel ist. Infolge der reduzierten Entspannung ist gleichzeitig die Temperatur am Ausgang der Hochdruckturbine höher als die berechnete Temperatur in dem Wärmeübertragungsbereich des Wiedererhitzers. Die Temperatur muß beispielsweise durch Wasserinjektion reduzert werden, was zu einem verschlechterten Wirkungsgrad führt. Der Kessel, der nur mit 50% Vollast betrieben wird, ist andererseits den entgegengesetzten Bedingungen ausgesetzt. Der Wiedererhitzer in diesem Kessel mißt einen zu hohen Druck, was einen zu niedrigen Volumenfluß zur Folge hat, während die Temperatur des Eintrittsdampfes zu niedrig ist, was wiederum dazu beiträgt, daß die Temperatur des Austrittsdampfes des Wiedererhitzers zu niedrig wird. Diese Umstände begründen einen Bedarf nach zusätzlicher Wasserinjektion in den Wiedererhitzern in diesem Teillastkessel, wodurch ein hoher Druckverlust am Wiedererhitzer erreicht wird. Auch dies trägt zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades der Anlage bei, wenn die Anlage nicht mit äquivalenten Lasten der beiden Kessel betrieben wird. Die niedrigere Temperatur des aus dem Wiedererhitzer austretenden Dampfes im Verhältnis zu der Dampfturbinenlast kann für die Dampfturbine nach den herrschenden Standards ein Problem begründen.

Die GB-A-14 73 413 beschreibt eine Kesselanlage mit zwei Kesseln, von denen jeder mit den Abgasen einer zugeordneten Gasturbine geheizt wird. Der überhitzte Dampf beider Kessel wird über einen gemeinsamen Dampfverteiler zum Eingang der Hochdruckdampfturbine geleitet, von deren Ausgang aus der Dampf direkt einer Niederdruckdampfturbine zugeführt wird. Beide Turbinen sind mit dem gleichen Generator gekoppelt. Die Kessel haben keine Wiedererhitzer, und der überhitzte Dampf wird entweder der Reihenschaltung der Hochdruckdampf turbine mit der Niederdruckdampfturbine zugeführt oder über einen Entüberhitzer direkt in den Kondensator der Niederdruckturbine.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfaßt eine Anzahl von Kesselmoduln, eine Zwischendruck- und Niederdruckturbine, die für diese Kesselmoduln gemeinsam ist, und eine separate Hochdruckturbine für den jeweiligen Kesselmodul. Die verschiedenen Hochdruckturbinen sind in ihrer Flußkapazität ihren Kesselmoduln angepaßt.

Ein Generator, der von den verschiedenen Turbinen getrieben wird, kann aus einem für die Turbinen gemeinsamen Generator bestehen oder aus einem Generator für die Zwischendruck- und Niederdruckturbine mit separaten Generatoren für jede Hochdruckturbine.

Mit einem Anstieg der Anzahl der Turbinen gemäß der Erfindung ändert sich die normale Verteilung zwischen Kessel und Dampfzyklus. In einem Kesselkonzept gemäß der Erfindung können der Gaskreis, der Überhitzer für Frischdampf, die Hochdruckturbine und der Wiedererhitzer als Teil des Kessels betrachtet werden, während die Zwischendruck- und Niederdruckturbine die Dampfseite darstellt.

Ein Vorteil des Kesselkonzepts gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Hochdruckturbinen unabhängig voneinander angetrieben und der Last angepaßt werden können, mit welcher der Kessel der entsprechenden angeschlossenen Hochdruckturbine betrieben wird. Auf diese Weise werden die oben genannten Drosselungsverluste, welche im Stand der Technik unvermeidbar sind, vermieden, wenn verschiedene Kesselmoduln unter veränderlichen Lastbedingungen betrieben werden müssen. Der Druck in den Wiedererhitzern wird auch dem Druck angepaßt, der der Last des betreffenden Kesselmoduls entspricht.

Wenn beispielsweise ein Kesselkonzept gemäß dem oben Gesagten in einer PFBC-Anlage verwendet wird, ist es möglich, die Hochdruckdampfturbine und die Gasturbine, die von den Abgasen der Verbrennung in dem PFBC-Brennkammer angetrieben wird, an eine gemeinsame Welle anzuschließen, wobei die Dampfturbine entweder abkoppelbar oder nicht abkoppelbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt schematisch eine Kesselanlage mit zwei Kesselmoduln und den zugehörigen Dampfturbinen gemäß der Erfindung.

Die Figuren 2 und 3 zeigen Varianten der Verbindung zwischen Dampfturbinen und Generatoren.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Kesselanlage mit zwei Kesselmoduln 1a, 1b. Diese Kesselmoduln können in einer beliebigen Weise beheizt werden; die Art der Heizung liegt außerhalb der Betrachtungen dieser Beschreibung. Der erste Kesselmodul enthält einen ersten Überhitzer 2a für Frischdampf und einen Wiedererhitzer (Zwischenüberhitzer) 3a. In entsprechender Weise enthält der zweite Kesselmodul einen zweiten Überhitzer 2b für Frischdampf und einen zweiten Wiedererhitzer 3b. Speisewasser wird über die Leitungen 4a und 4b den entsprechenden Überhitzern 2a, 2b zugeführt.

Von dem ersten Überhitzer 2a für Frischdampf in dem ersten Kesselmodul 1a wird der Dampf über eine Leitung 6a einer ersten Hochdruckturbine 5a zugeführt, die von dem Dampf angetrieben wird. In entsprechender Weise wird Dampf von dem zweiten Überhitzer 2b für Frischdampf in dem zweiten Kesselmodul 1b über eine Leitung 6b einer zweiten Hochdruckturbine 5b zugeführt, die von dem Dampf aus dem zweiten Überhitzer 2b angetrieben wird.

Der in der ersten Hochdruckturbine 5a entspannte Dampf wird zur Wiedererhitzung dem Wiedererhitzer 3a des ersten Kesselmoduls über eine Leitung 7a zugeführt. Entsprechend dem gleichen Vorgang wird der in der zweiten Hochdruckturbine 5b entspannte Dampf zu dem Wiedererhitzer 3b des zweiten Kesselmoduls zurückgeführt, wonach der wiedererhitzte Dampf den zweiten Kesselmodul über die Leitung 8b verläßt.

Der wiedererhitzte Dampf aus den beiden Wiedererhitzern 3a, 3b wird in einer gemeinsamen Dampfleitung 9 zusammengeführt, die an eine beiden Kesselmoduln 1a, 1b gemeinsame Zwischendruck- und Niederdruckturbine angeschlossen ist. Von dieser Turbine 10 wird der niedrig temperierte Dampf einem Kondensator 11 zugeführt.

Die beiden Hochdruckturbinen 5a, 5b und die gemeinsame Zwischendruck- und Niederdruckturbine 10 können an eine gemeinsame Welle angeschlossen sein, zusammen mit einem Generator 12 zur Erzeugung elektrischer Energie, der allen drei Turbinen 5a, 5b, 10 gemeinsam ist. In diesem Falle sind die Hochdruckturbinen 5a, 5b an die gemeinsame Zwischendruck- und Niederdruckturbine 10 über Kupplungen 14a, 14b angeschlossen.

In den Dampfleitungen 8a, 8b für wiedererhitzten Dampf befindet sich ein erstes Wiedererhitzer-Absperrventil 15a für Dampf von dem ersten Kesselmodul 1a und ein zweites Wiedererhitzer-Absperrventil 15b für Dampf von dem zweiten Kesselmodul 1b. Beim Anfahren, Stillsetzen oder Abschalten irgendeines der Kesselmoduln 1a, 1b der Anlage kann der gewünschte Kesselmodul durch Schließen des oben genannten ersten Wiedererhitzer-Absperrventils 15a oder alternativ des oben genannten zweiten Wiedererhitzer-Absperrventils 15b von dem Rest der Anlage getrennt werden. Der notwendige Dampf des abgetrennten Kesselmoduls wird dann über ein erstes Hochdruck-Bypass-Ventil 16a oder ein zweites Hochdruck-Bypass-Ventil 16b, welches zu dem betreffenden Kesselmodul gehört, durch den Wiedererhitzer 3a oder 3b geschleust und wird über ein entsprechendes erstes IP-, LP-Bypass-Ventil 17a oder ein zweites IP-, LP-Bypass-Ventil 17b in einen Kondensator 11 geschleust. So arbeiten die beiden Kessel vollständig getrennt.

Während Halblastbetriebes eines der Kesselmoduln 1a, 1b können die Hochdruckturbinen 5a, 5b mit der gewünschten Last völlig unabhängig voneinander betrieben werden. Durch Drosselung entweder des ersten Wiedererhitzer-Absperrventils 15a oder des zweiten Wiedererhitzer-Absperrventils 15b kann der Druck in dem betreffenden Wiedererhitzer 3a, 3b aufrechterhalten werden und somit ein Betrieb mit unterschiedlichen Lasten in den betreffenden Kesselmoduln 1a, 1b erreicht werden. Wie sich aus den schematischen Figuren 2 und 3 ergibt, sind alternative Konzepte für die Schaltung der Generatoren an die verschiedenen Turbinen möglich. Figur 2 zeigt eine Variante, in welcher ein Generator G1, G2, G3 an jede einzelne Turbine 5a, 5b, 10 angeschlossen ist. Eine andere alternative Variante zeigt Figur 3, in welcher ein Generator G1 an eine der Hochdruckturbinen 5a angeschlossen ist, während ein anderer Generator G2 an die andere Hochdruckturbine 5a und die Zwischendruck- und Niederdruckturbine 10 angeschlossen ist, wobei die beiden letztgenannten Turbinen an eine gemeinsame Welle mit einer Zwischenkupplung 14b angeschlossen sind.

Das oben beschriebene Anlagenkonzept zeigt nur ein Beispiel, bei dem zwei Kesselmoduln separate Hochdruckturbinen benutzen, während eine Zwischendruck- und Niederdruckturbine beiden Kesselmoduln gemeinsam ist. In entsprechender Weise kann eine Anlage aufgebaut werden mit mehr als zwei Kesseln, wobei jeder Kessel eine separate Hochdruckturbine antreibt, während den verschiedenen Kesseln eine gemeinsame Zwischendruck- und Niederdruckturbine zugeordnet ist.


Anspruch[de]

1. Kesselanlage mit mindestens zwei Kesseln (1a, 1b) mit einem gemeinsamen Dampfsystem, wobei in jedem getrennten Kessel ein Überhitzer (2a, 2b) und ein Wiedererhitzer (3a, 3b) zur Erzeugung und/oder Erhitzung von Dampf angeordnet sind und wobei der Dampf der genannten Kessel Hochdruckturbinen (5a, 5b) und eine Zwischen- und Niederdruckturbine (10) treibt, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf von den Hochdrucküberhitzern (2a, 2b) der getrennten Kesseln (1a, 1b) getrennte Hochdruckturbinen (5a, 5b) treibt, während wiedererhitzter Dampf von den entsprechenden Wiedererhitzern (3a, 3b) einer Zwischendruck- und Niederdruckturbine (10), die beiden Kesseln (1a, 1b) gemeinsam ist, zugeführt wird und diese treibt.

2. Kesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hochdruckturbinen (5a, 5b), die Zwischendruck- und Niederdruckturbine (10) und ein für die Turbinen gemeinsamer Generator (12) auf derselben Welle angeordnet sind, wobei die Verbindung der Hochdruckturbinen (5a, 5b) mit dieser Welle über Kupplungen (14a, 14b) erfolgt.

3. Kesselanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Hochdruckturbinen (5a, 5b) auf einer separaten Welle angeordnet ist und einen Generator (G1, G3) treibt.

4. Kesselanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kessel (1a, 1b) und die Hochdruckturbine (5a, 5b), die zu dem betreffenden Kessel gehört, bei Teillast mit Hilfe von Drosselventilen (15a, 15b) in gleichem Maße betrieben werden können, die jedem der Wiedererhitzer (3a, 3b) zugeordnet sind.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com