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Patent Searching and Data


Title:
STEAM POWER INSTALLATION HAVING A STEAM GENERATOR THAT COMPRISES A DRUM-PRESSURE-MAINTAINING FITTING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2015/135772
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a steam power installation (1) comprising a steam turbine (3) and a steam generator (2), a drum being formed in said steam generator (2) together with a drum-pressure-maintaining fitting (20) that is designed to govern the pressure. In addition to the governing function, the drum-pressure-maintaining fitting (20) also takes over a rapid shut-off function in the event of a malfunction and for example receives a signal during an overspeed, thus permitting the supply of steam to be rapidly shut off.

Inventors:
HAVEMANN JÜRGEN (DE)
HEUE MATTHIAS (DE)
KORKMAZ ÖZGÜR (DE)
LÖTTERS HEINZ (DE)
PIEPER NORBERT (DE)
RIEMANN STEFAN (DE)
ZIMMER GERTA (DE)
Application Number:
EP2015/054234
Publication Date:
September 17, 2015
Filing Date:
March 02, 2015
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
International Classes:
F01K13/02; F22B37/44
Foreign References:
US20100162721A12010-07-01
US3616787A1971-11-02
EP1953350A22008-08-06
EP2385285A12011-11-09
EP2592241A12013-05-15
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Claims:
Patentansprüche

1. Dampfkraftanlage (1)

umfassend eine Dampfturbine (3) und einen Dampferzeuger (2) mit einer Trommel sowie

einer Dampfleitung (5, 17) von der Trommel zur Dampfturbine (3) ,

wobei die Dampfleitung (5, 17) eine Trommeldruckhaltearma- tur (20) aufweist,

wobei die Trommeldruckhaltearmatur (20) dazu ausgebildet ist, einen konstanten Druck zu halten,

wobei die Trommeldruckhaltearmatur (20) derart ausgebildet ist, dass diese in einem Fehlerfall geschlossen ist, wobei die Trommeldruckhaltearmatur (20) als Schnellschluss-

Armatur ausgebildet ist.

2. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1,

wobei die Entfernung zwischen dem Dampferzeuger (2) und der Dampfturbine (3) L0 beträgt und die Entfernung zwischen dem

Dampferzeuger (2) und der Trommeldruckhaltearmatur (20) LDT beträgt,

wobei gilt: O < LDT < 0,1 L0, O < LDT < 0,2 L0, O < LDT < 0,3 L0, O < LDT < 0,4 L0 oder O < LDT < 0,5 L0.

3. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2,

wobei die Dampfturbine (3) eine Hochdruck-Teilturbine (3a) , eine Mitteldruck-Teilturbine (3b) und eine Niederdruck- Teilturbine (3c) aufweist,

wobei die Dampfleitung (17) mit der Niederdruck-Teilturbine

(3c) strömungstechnisch verbunden ist.

4. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 3,

wobei der Dampferzeuger (2) eine Erhitzereinheit (4a) zur Erzeugung von Frischdampf aufweist,

wobei die Erhitzereinheit (4a) mit der Hochdruck-Teiltur- bine (3a) strömungstechnisch verbunden ist,

wobei der Dampferzeuger (2) einen Mitteldruck-Erhitzer (4b) aufweist, der mit einer Abdampfseite (30) der Hochdruck- Teilturbine (3a) strömungstechnisch verbunden ist,

wobei ein Ausgang (31) des Mitteldruck-Erhitzers (4b) mit einem Eingang (32) der Mitteldruck-Teilturbine (3b) strö¬ mungstechnisch verbunden ist.

5. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 4,

wobei der Dampferzeuger (2) einen dritten Erhitzer (4c) aufweist, der über die Dampfleitung (17) mit einem Eingang

(33) der Niederdruck-Teilturbine (3c) strömungstechnisch verbunden ist.

6. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 5,

wobei eine Überströmleitung (12) einen Ausgang (34) strömungstechnisch mit der Dampfleitung (17) verbindet.

7. Dampfkraftanlage (1) nach Anspruch 6,

mit einer Abzweigung (35) in der Dampfleitung (17), die mit der Überströmleitung (12) verbunden ist,

wobei in der Dampfleitung ein Ventil (36) angeordnet ist.

8. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei die Trommeldruckhaltearmatur (20) mit einem Trommel-

Steuersystem (21) gekoppelt ist,

wobei in einem Fehlerfall vom Trommel-Steuersystem (21) ein Signal zur Trommeldruckhaltearmatur (20) geht und ein

Schließen der Trommeldruckhaltearmatur (20) erfolgt.

9. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei das Trommel-Steuersystem (21) mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem gekoppelt ist.

10. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei das Trommel-Steuersystem (21) derart ausgebildet ist, dass im Falle einer Detektion einer Überdrehzahl der Dampf- turbine (3) ein Signal zum Schließen der Trommeldruckhalte- armatur (20) erfolgt.

11. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Trommel eine Niederdrucktrommel ist.

12. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei das Dampfkraftwerk für einen GuD-3-Druck-Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet ist.

13. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

wobei die Dampfleitung (5) mit einer Niederdruck-Teiltur- bine (3c) strömungstechnisch gekoppelt ist.

14. Dampfkraftanlage (1) nach einem der vorhergehenden

Ansprüche,

wobei der Dampferzeuger (2) eine Niederdruck-Trommel und eine Hochdruck-Trommel aufweist.

Description:
Beschreibung

Dampfkraftanlage mit Dampferzeuger umfassend eine

Trommeldruckhaltearmatur

Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage umfassend eine Dampfturbine und einen Dampferzeuger mit einer Trommel sowie einer Dampfleitung von der Trommel zur Dampfturbine, wobei die Dampfleitung eine Trommeldruckhaltearmatur aufweist.

Dampfkraftanlagen umfassen im Wesentlichen eine aus mehreren Teilturbinen bestehende Dampfturbine. Üblicherweise werden solche Dampfturbinen in eine Hochdruck-Teilturbine, Mittel- druck-Teilturbine und Niederdruck-Teilturbine eingeteilt und gegebenenfalls als separate Bauteile gefertigt. Darüber hin ¬ aus sind Bauformen bekannt, bei der der Hochdruck-Teil und der Mitteldruck-Teil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind. Es sind ebenfalls Bauformen bekannt, bei der der Mit- teldruck-Teil und der Niederdruck-Teil in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Neben der Dampfturbine umfasst eine Dampfkraftanlage übli ¬ cherweise einen Dampferzeuger, der im Wesentlichen gekenn- zeichnet ist durch zahlreiche Leitungen und eine Trommel. Die Trommel ist im Wesentlichen dazu ausgebildet, Dampf und Was ¬ ser zu trennen. Von dem Dampferzeuger werden Leitungen zu Einlassöffnungen der Dampfturbine angeordnet, wobei in den Dampfleitungen üblicherweise ein Schnellschluss- und ein Stellventil angeordnet sind. Dies betrifft insbesondere die

Leitungen zu den Hochdruck-Teilturbinen und Mitteldruck-Teilturbinen. Der Dampf aus der Mitteldruck-Teilturbine wird final über die Niederdruck-Teilturbine entspannt. Zudem wird in manchen Dampfkraftwerken zusätzlicher Dampf aus dem Dampf- erzeuger in die Niederdruck-Teilturbine eingespeist (3-Druck- Prozess) . Diese zusätzliche Dampfleitung umfasst ein Schnell ¬ schlussorgan und ein Stellorgan, das in manchen Ausführungsformen als eine Klappe ausgebildet ist. Im Normalbetrieb sind die Schnellschlussorgane geöffnet und die Stellorgane regeln den Zufluss des Dampfes zur jeweiligen Teilturbine. Im Falle eines Störfalles, zum Beispiel bei Er- reichen einer Überdrehzahl, muss die Dampfzufuhr schlagartig unterbrochen werden, was dazu führt, dass das Hochdruck- Schnellschlussventil und das Mitteldruck-Schnellschlussventil schlagartig zuschließt so wie das in der zusätzlichen Dampf ¬ leitung befindliche Schnellschlussorgan.

Die Armaturen im Bereich des Dampferzeugers, wie zum Beispiel die Trommeldruckhaltearmatur, werden nicht zur Absicherung der Dampfturbine verwendet. So auch nicht das Trommeldruck- halteventil an der Niederdruck-Zudampftrommel . Dieses Trom- meldruckhalteventil wird unter anderem eingesetzt, um bei

Schwachlastbetrieb und Verbrennung von Brennstoff mit erhöh ¬ tem Schwefelgehalt die Abgastemperatur des Abhitzedampferzeugers zu erhöhen. Damit wird die Bildung von Schwefel ¬ säure durch Taupunktunterschreitung im Kesselaustrittsbereich verhindert.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine gesamt- kostenoptimierte Dampfkraftanlage anzubieten. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Dampfkraftanlage gemäß Anspruch 1.

Mit der Erfindung wird nunmehr vorgeschlagen, Armaturen im Bereich des Dampferzeugers zur Absicherung der Dampfturbine zu verwenden. Dazu kann eine in der zusätzlichen Dampfleitung befindliche Zudampf-Schnellschlussklappe gänzlich verschwin ¬ den. Die Aufgabe solch einer Zudampf-Schnellschlussklappe würde durch die Trommeldruckhaltearmatur übernommen werden. Dadurch verringern sich die Gesamtkosten einer solchen Dampfkraftanlage . Der Trommeldruckhaltearmatur wird somit zusätzlich eine verfahrenstechnische Aufgabe übertragen, bei Überdrehzahl der Dampfturbine ausreichend schnell und sicher zu schließen. Dabei kommt eine Lösung zum Einsatz, welche die Anforderungen an die funktionale Sicherheit für den gesamten Sicherheits ¬ lebenszyklus, wie zum Beispiel Redundanz, Ausfallwahrscheinlichkeit und regelmäßige Prüfung erfüllt. Durch diese zusätz ¬ liche Funktionsübernahme der Trommeldruckhaltearmatur kann auf die Schnellschlussklappe der Dampfturbine in der Nieder- druck-Zudampfleitung und darüber hinaus die Entwässerung zwischen der Schnellschlussklappe und Stellventilklappe verzich ¬ tet werden. Der Herstellungs- , Montage-, Inbetriebsetzungs ¬ und Wartungsaufwand für die Dampfturbine sinkt dadurch und führt zu einer Kostenersparnis. Die Doppelabsperrung wird da- rüber hinaus durch die Zudampf-Stellklappe gemeinsam mit dem Trommeldruckhalteventil erzielt.

Außerdem wird bei einer Benutzung von zwei Armaturen in der Zudampfleitung gegenüber bisher drei Armaturen die Ausfall- Wahrscheinlichkeit verringert, was zu einer verbesserten An- lagenverfügbarkeit führt.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen an gegeben .

In einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die Trommel druckhaltearmatur mit einem Trommelsteuersystem gekoppelt, wobei in einem Fehlerfall dem Steuersystem ein Signal zur Trommeldruckhaltearmatur geht und ein Schließen der Trommel druckhaltearmatur erfolgt.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Trommel-Steuersystem mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem gekoppelt. Somit lässt sich im Falle einer Überdrehzahl, dessen Signal vom Dampfturbinen-Schutzsystem kommt, auf das Trommel Steuersystem übertragen und ein schnelles Schließen der

Dampfzufuhr erreichen. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Trommel-Steuersystem derart ausgebildet, dass im Falle einer Detektion einer Überdrehzahl der Dampfturbine ein Signal zum Schließen der Trommeldruckhaltearmatur erfolgt.

Vorteilhafterweise ist die Trommel als eine Niederdrucktrom ¬ mel ausgebildet. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Dampfkraftwerk für eine GuD-3-Druck-Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet.

Vorteilhafterweise ist die Dampfleitung mit einer Nieder ¬ druck-Teilturbine strömungstechnisch gekoppelt.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung weist der

Dampferzeuger eine Niederdruck-Trommel und eine Hochdruck- Trommel auf.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, , die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen: Figur 1 Dampfkraftanlage gemäß dem Stand der Technik, Figur 2 erfindungsgemäße Dampfkraftanlage .

Die Figur 1 zeigt eine Dampfkraftanlage 1 gemäß dem Stand der Technik. Solch eine Dampfkraftanlage 1 zeichnet sich durch einen Dampferzeuger 2 und einer Dampfturbine 3 aus. Die

Dampfturbine 3 umfasst in diesem Fall eine kombinierte Hoch ¬ druck-Teilturbine 3a und eine Mitteldruck-Teilturbine 3b, die in einem gemeinsam Gehäuse angeordnet sind und eine Nieder ¬ druck-Teilturbine 3c.

Der Dampferzeuger 2 weist eine Erhitzereinheit 4a auf, die über eine Frischdampfleitung 5 Frischdampf zur Hochdruck- Teilturbine 3a erzeugt. Der Frischdampf strömt durch ein Hochdruck-Schnellschlussventil 6 und ein Hochdruck-Stellven ¬ til 7 und von dort in die Hochdruck-Teilturbine 3a. Anschlie ¬ ßend strömt der Dampf aus dem kalten Teil der Zwischenüber- hitzung 8 zu einem Mitteldruck-Erhitzer 4b. Im Mitteldruck- Erhitzer 4b wird der Dampf wieder auf eine höhere Temperatur gebracht und von dort über eine Mitteldruck-Leitung 9 und einem Mitteldruck-Schnellschlussventil 10 und einem Mittel ¬ druck-Stellventil 11 zur Mitteldruck-Teilturbine 3b geführt.

Der Mitteldruck-Erhitzer 4b ist strömungstechnisch mit einer Abdampfseite 30 der Hochdruck-Teilturbine 3a verbunden. Ein Ausgang 31 des Mitteldruck-Erhitzers 4b ist strömungstech ¬ nisch mit einem Eingang 32 der Mitteldruck-Teilturbine 3b verbunden.

Nachdem der Dampf durch die Mitteldruck-Teilturbine 3b strömt, gelangt der Dampf über eine Überströmleitung 12 zu einem Einlass der Niederdruck-Teilturbine 3c. In der Nieder- druck-Teilturbine 3c entspannt sich der Dampf weiter und ge ¬ langt über Ausströmleitungen 13 zu einem Kondensator 14 und von dort über eine Pumpe 15 und einer Rückführleitung 16 zum Dampferzeuger 2 zurück. Im Kondensator 14 kondensiert der Dampf zu Wasser und wird über die Rückführleitung 16 und der Pumpe 15 zum Dampferzeuger 2 geführt und dort wieder zu Dampf umgewandelt .

Der Dampferzeuger 2 weist einen dritten Erhitzer 4c auf, der über die Dampfleitung 17 mit einem Eingang 33 der Mittel- druck-Teilturbine 3c strömungstechnisch verbunden ist.

Neben der Überströmleitung 12 umfasst die Dampfkraftanlage 1 eine Niederdruck-Zuströmleitung 17, in der eine Niederdruck- Schnellschlussklappe 18 und eine Niederdruck-Stellklappe 19 angeordnet sind. Im Dampferzeuger 2 ist eine Niederdruck- Erhitzereinheit 4c ausgebildet, die in eine nicht näher dar ¬ gestellte Trommel mündet und von dort über ein Trommeldruck- halteventil 20 mit der Niederdruck-Teilturbine 3c verbunden ist .

Das Trommeldruckhalteventil 20 soll den Druck in der Nieder ¬ druck-Zuströmleitung 17 bei einem konstanten Druck halten. Im Normalbetrieb sind die Hochdruck-Schnellschlussventile 6, Mitteldruck-Schnellschlussventile 10 und die Niederdruck- Stellklappen 19 geöffnet. Im Falle eines Störfalls, bei ¬ spielsweise bei einer Überdrehzahl, schließen die vorgenannten Organe schlagartig zu und sperren den Zufluss des Dampfes zur Dampfturbine 3.

Die Überströmleitung verhindert einen Ausgang 34 der Mitteldruck-Teilturbine 3b mit der Dampfleitung 17. Die Dampflei ¬ tung 17 weist eine Abzweigung 35 auf, die mit der Überström- leitung 12 verbunden ist.

Das Trommeldruckhalteventil 20 übernimmt daher keine Aufgabe zur Absicherung der Dampfturbine. In der Figur 2 ist eine Dampfkraftanlage 1 mit einer erfin ¬ dungsgemäßen Änderung dargestellt. Der Unterschied zur Dampf- kraftanlage 1 gemäß Figur 1 besteht darin, dass das Trommel ¬ druckhalteventil 20 nunmehr zur Absicherung der Dampfturbine verwendet wird und neben der Regelungsaufgabe eine Schnell- Schlussaufgabe übernimmt. Somit wird die erforderliche ver ¬ fahrenstechnische Redundanz auf der Niederdruck-Zudampfstufe, die bisher durch die Komponenten 18 und 19 realisiert wurden, durch die Einbeziehung des Trommeldruckhalteventils 20 an der Niederdruck-Zudampftrommel des Abhitzedampferzeugers in das Absicherungskonzept der Dampfturbine 3 erzielt. Die Kompo ¬ nente 19 ist als Ventil 36 ausgebildet. Dazu muss das Trom ¬ meldruckhalteventil 20 „fail safe" schließend ausgeführt werden und vom Dampfturbinen-Schutzsystem angesteuert werden. In der gemäß Figur 2 dargestellten Ausführung stellt das Trommeldruckhalteventil 20 eine Redundanz zur Niederdruck- Zudampfklappe dar. Daher wird das Trommeldruckhalteventil 20 mit einem Trommelsteuersystem 21 ausgebildet, das wiederum mit einem Dampfturbinen-Schutzsystem (nicht dargestellt) signaltechnisch gekoppelt ist. Die Niederdruck-Schnellschluss ¬ klappe 18 kann gänzlich verschwinden, was in der Figur 2 dargestellt ist. In der Niederdruck-Zuströmleitung 17 bleiben lediglich das mit Absicherungsaufgaben erweiterte Trommel- druckhalteventil 20 und die Niederdruck-Stellklappe 19. So ¬ fern das Trommel-Steuersystem eine Überdrehzahl detektiert, wird ein Signal zum Schließen an die Trommeldruckhaltearmatur weitergeleitet. Das Dampfkraftwerk ist für einen GuD-3-Druck- Prozess oder GuD-2-Druck-Prozess ausgebildet. Neben der Nie- derdruck-Trommel weist der Dampferzeuger 2 eine nicht näher dargestellte Hochdruck-Trommel auf.

Das Trommeldruckhalteventil 20 wird nahe genug an der Dampf ¬ turbine 3 angeordnet. Damit wird erreicht, dass sich bei feh- lerhaftem Offenbleiben der Zudampfklappe aus dem Dampfspei ¬ cher zwischen Druckhalteventil und Zudampfklappe nicht zu viel Dampf in die Dampfturbine 3 entleert und die Drehzahl dadurch unzulässig ansteigt. Das Trommeldruckhalteventil 20 wird damit immer noch nahe genug am Abhitze-Dampferzeuger an- geordnet. Dadurch braucht nicht die gesamte Zudampfleitung für ein erhöhtes Druckniveau ausgelegt zu werden. Durch den Entfall der Niederdruck-Schnellschlussklappe 18 werden Ge ¬ samtkosten gespart sowie der Herstellungs- , Montage-, Inbe- triebsetzungs- und Wartungsaufwand für die Dampfturbine ver- ringert. Das Trommeldruckhalteventil 20 wird sowohl von der Druckregelung des AHDE angesteuert als auch über getrennte Eingänge mehrkanalig in Ruhestrom vom Dampfturbinen-Schutzsystem. Die Schutzansteuerung hat Priorität gegenüber der Regelungsfunktion .

Diese erfindungsgemäße Lösung kann für alle Dampfturbinen eingesetzt werden, bei denen Dampf über eine Absperrarmatur zur Dampfturbine geleitet wird. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verfassen .