DE102007030764B4

DE102007030764B4 - Dampfturbine mit Heizdampfentnahme

Info

Publication number: DE102007030764B4
Application number: DE102007030764.2A
Authority: DE
Inventors: Dirk Hartmann; Franz-Josef HÖLY
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: Arabelle Solutions France Fr
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2007-07-02
Publication date: 2020-07-02
Anticipated expiration: 2027-07-03
Also published as: CN101109298B; JP2008025570A; US20080010968A1; CN101109298A; DE102007030764A1; US7681396B2; JP5008485B2

Abstract

Dampfturbine (10) mit Heizdampfentnahme, umfassend eine Mehrzahl von Teilturbinen (11, 12, 15, 17, 19, 20) für den Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckbereich, wobei die Teilturbinen (11, 12, 15, 17, 19, 20)jeweils in einem eigenen Gehäuse angeordnet und durch eine gemeinsame Welle (28) verbunden sind, und welche eine Hochdruckturbine (11), wenigstens eine nachfolgende, ausgangsseitig mit zwei in Serie geschalteten Heizern (21, 24) eines Fernwärmekreislaufs (27) verbundene Mitteldruckturbine (15, 17) und eine nachfolgende Niederdruckturbine (19, 20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Heizdampfentnahme zwei parallel arbeitende Mitteldruckturbinen (15, 17) in separaten Gehäusen vorgesehen sind, die ausgangsseitig jeweils mit einem der Heizer (21, 24) verbunden sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Dampfturbinen. Sie betrifft eine Dampfturbine mit Heizdampfentnahme gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
STAND DER TECHNIK
Heizwärmeauskopplung aus Kondensationsturbinen ist eine gängige Maßnahme zur Fernwärmeerzeugung. Hierbei wird meistens aus den Anzapfungen der Niederdruckturbine der Heizdampf ausgekoppelt, um auf tiefem Temperaturniveau eine exergetisch optimale Lösung zu erreichen.
Bei grosser Heizleistung und damit grossen Dampfentnahmemengen wirken die Anzapfschlitze und Stutzen der Niederdruckturbine begrenzend, so dass spezielle Mitteldruck-Teilturbinen für Heizdampfentnahme erforderlich werden. Eine solche Lösung ist bereits aus der US 4 628 693 A bekannt.
Die Druckschrift EP 1 445 429 A1 beschreibt ein Dampfturbinensystem, welches verschiedene Turbinen umfasst, die mit unterschiedlichen Dampfdrücken betrieben werden, mit dazwischen geschalteten Wärmetauschern.
Die Druckschrift US 4 550 569 A beschreibt eine Dampfturbine mit einem inneren und einem äusseren Gehäuse, wobei der Zwischenraum zwischen den Gehäusen als Einströmdurchgang für Abdampf dient. Ein erstes Einlassrohr leitet Dampf in das innere Gehäuse, ein das erste Einlassrohr umgebendes zweites Einlassrohr ist vorgesehen. Der Zwischenraum zwischen beiden Rohren bildet einen Kühldurchgang der mit einer Zwischenstufe der Turbine verbunden ist, wobei der Dampf von der Zwischenstufe eine geringere Temperatur und Druck hat als der Dampf des ersten Einlassrohrs.
Die Druckschrift US 4 492 084 A beschreibt Verfahren bei denen Wärmekreisläufe mit Dampf von einem Kraftwerk versorgt werden. Hierbei sind zwei Heizstufen mit zwei verschiedenen Temperaturen beschrieben um Wärmekessel verwenden zu können, welche ohne Druckzufuhr auskommen.
Die Druckschrift US 4 043 130 A beschreibt ein Dampfturbinenkraftwerk mit einem geschlossenen Kreislauf zum Gewinnen von Wärme und Bereitstellen zu einem externen Verbraucher.
Bei Dampfturbinen mit sehr hoher elektrischer Leistung (z.B. >500 MW) und gleichzeitig höchster Heizwärmeerzeugung mit geringen Vor- und Rücklauftemperaturen werden die auszukoppelnden Dampfvolumenströme mit den bisherigen Konzepten nicht mehr beherrschbar. Für moderne Dampfturbinenprozesse werden auch hohe Zwischenüberhitzerdrücke und Zwischenüberhitzertemperaturen gefordert, so dass die Expansion auf das sehr niedrige Druckniveau der im Fernwärmekreislauf angeordneten Heizer nicht in einer, sondern in zwei hintereinandergeschalteten MD-Turbinen aufgeteilt werden muss.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Dampfturbine zu schaffen, mit der auf einfache Weise hohe Volumenströme des Heizdampfes sicher beherrscht werden können.
Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Massgeblich für die erfinderische Lösung ist, dass zur Heizdampfentnahme zwei parallel arbeitende Mitteldruckturbinen in separaten Gehäusen vorgesehen sind, die ausgangsseitig jeweils mit einem der Heizer verbunden sind. Durch den Einsatz von 2 Mitteldruck-Heizturbinen mit großen Austrittsstutzen, die mit den Heizern des Fernwärmekreislaufs verbunden sind, lassen sich die großen Volumenströme beherrschen.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mitteldruckturbinen jeweils doppelflutig ausgebildet sind.
Eine andere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die beiden Mitteldruckturbinen eingangsseitig miteinander in Verbindung stehen, dass die erste Mitteldruckturbine den Dampf auf einen ersten Druck entspannt, dass die zweite Mitteldruckturbine den Dampf auf einen zweiten Druck entspannt, welcher kleiner ist als der erste Druck, und dass die erste Mitteldruckturbine mit dem stromabwärts liegenden zweiten Heizer des Fernwärmekreislaufs, und die zweite Mitteldruckturbine mit dem ersten Heizer des Fernwärmekreislaufs verbunden sind.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwei Niederdruckturbinen in separaten Gehäusen vorgesehen sind, dass die beiden Mitteldruckturbinen ausgangsseitig jeweils mit einer der Niederdruckturbinen verbunden sind, und dass die Niederdruckturbinen der jeweiligen Mitteldruckturbine angepasst sind. Damit ist auch eine zweistufige Kondensation möglich.
In einer Ausgestaltungsvariante können die zwei Niederdruckturbinen ausgangsseitig miteinander in Verbindung stehen.
Insbesondere sind die Niederdruckturbinen jeweils doppelflutig ausgebildet.
Eine Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den beiden Mitteldruckturbinen und den zugehörigen Niederdruckturbinen jeweils eine Regelklappe angeordnet ist.
Gemäss einer anderen Ausgestaltung ist zwischen der Hochdruckturbine und den beiden Mitteldruckturbinen eine dritte Mitteldruckturbine angeordnet, die ausgangsseitig mit den Eingängen der ersten und zweiten Mitteldruckturbine verbunden ist.
Bevorzugt wird ein Kraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung mit einer solchen Dampfturbine ausgestattet.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt ein stark vereinfachtes Schema einer Dampfturbine mit Heizdampfentnahme gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
In der Figur ist ein stark vereinfachtes Schema einer Dampfturbine mit Heizdampfentnahme gemäss einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben. Die Dampfturbine 10 umfasst insgesamt sechs Teilturbinen 11, 12, 15, 17, 19 und 20, die durch eine gemeinsame Welle 28 gekoppelt sind. Jede der sechs Teilturbinen hat ein separates Turbinengehäuse. Um die hohen Volumenströme des Heizdampfes beherrschen zu können, kommt somit eine 6-gehäusige Dampfturbine zum Einsatz, die aus folgenden Teilturbinen besteht:

- einer Hochdruck- oder HD-Turbine 11
- drei Mitteldruck- oder MD-Turbinen 12, 15 und 17, und
- zwei Niederdruck- oder ND-Turbinen 19, 20.

Die Hochdruckturbine 11 erhält aus einem (nicht dargestellten) Dampferzeuger über einen Frischdampfeinlass 13 Frischdampf, der auf einen mittleren Druck entspannt und dann über einen Zwischenüberhitzer 14 auf den Eingang der ersten Mitteldruckturbine 12 gegeben wird. Der am Ausgang der ersten Mitteldruckturbine 12 anstehende Dampf wird auf die beiden parallel arbeitenden nachfolgenden Mitteldruckturbinen 15 und 17 aufgeteilt und dort weiter entspannt. Die Mitteldruckturbine 17 hat üblicherweise mehr Stufen als die Mitteldruckturbine 15, so dass ihr Ausgangsdruck tiefer liegt. Entsprechend wird der Mitteldruckturbine 17 Dampf für einen ersten Heizer 24 in einem Fernwärmekreislauf 27 entnommen, während der Dampf für den in der Serienschaltung nachfolgenden zweiten Heizer 21 aus der Mitteldruckturbine 15 stammt. Im Fernwärmekreislauf 27 wird ein geeignetes Medium, z.B. Wasser, in den beiden Heizern 21, 24 erwärmt und mittels einer Umwälzpumpe 22 zu einem Wärmeverbraucher 23 und von dort zurück zu den Heizern 21, 24 gepumpt.
Der für Heizzwecke nicht benötigte Dampf wird von den Mitteldruckturbinen 15 und 17 über Regelklappen 16 und 18 jeweils zu einer nachfolgenden, doppelflutigen Niederdruckturbine 19 bzw. 20 geführt, wo er auf das Druckniveau des im Wasser/Dampf-Kreislauf nachfolgenden Kondensators 25 entspannt und schliesslich als Kondensat über einen Kondensatauslass 26 zu einem (nicht dargestellten) Speisewasserkessel gepumpt wird. Bei einer Ausführungsvariante mit zweistufiger Kondensation kommen zwei getrennte Kondensatoren zum Einsatz.
Die Niederdruckturbinen 19, 20 sind den unterschiedlichen Drücken am Ausgang der Mitteldruckturbinen 5 und 17 angepasst.
Als HD-Turbine 11 wird eine konventionelle HD-Turbine eingesetzt, die für überkritische Dampfdrücke mit höchsten Temperaturen geeignet ist. Die MD-Turbine 12 ist geeignet für höchste Temperaturen und entspannt den Dampf von Zwischenüberhitzerdruck auf den Druck vor den MD-Turbinen 15 und 17. Die MD-Turbine 15 entspannt einen Teil des aus der MD-Turbine 12 austretenden Dampfes auf den notwendigen Druck des zweiten Fernwärme-Heizers 21. Die MD-Turbine 17 entspannt den restlichen Teil des aus der MD-Turbine 12 austretenden Dampfes auf den notwendigen Druck des ersten Fernwärme-Heizers 24. Die beiden ND-Turbinen 19 und 20, die jeweils mit dem überströmenden Dampf der MD-Turbinen 15 und 17 beaufschlagt werden, sind mit unterschiedlicher Schluckfähigkeit ausgestattet.
Vor jeder ND-Turbine 19, 20 müssen Regelklappen 16, 18 angeordnet werden, um ggf. den Heizdampfdruck einhalten zu können.
Die Dampfturbine 10 ist vorzugsweise Teil eines Kraftwerkes mit Kraft/Wärme-Kopplung, wobei die Dampfturbine 10 in einem geschlossenen Wasser/Dampfkreislauf arbeitet, der u.a. eine Dampferzeuger (ggf. mit Überhitzer), einen Speisewasserkessel, eine Speisewasserpumpe, einen Kondensator, eine Kondensatpumpe und verschieden Wärmetauscher umfasst.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass sich nur durch den Einsatz der zwei doppelflutigen MD-Heizturbinen 15, 17 mit grossen Austrittsstutzen, die mit den Fernwärme-Heizern 21 und 24 verbunden sind, die grossen Volumenströme beherrschen lassen.
Bezugszeichenliste

10: Dampfturbine
11: Hochdruckturbine (HD-Turbine)
12,15,17: Mitteldruckturbine (MD-Turbine)
13: Frischdampfeinlass
14: Zwischenüberhitzer
16,18: Regelklappe
19,20: Niederdruckturbine (ND-Turbine)
21,24: Heizer
22: Umwälzpumpe
23: Wärmeverbraucher
25: Kondensator
26: Kondensatauslass
27: Fernwärmekreislauf
28: Welle

Claims

Dampfturbine (10) mit Heizdampfentnahme, umfassend eine Mehrzahl von Teilturbinen (11, 12, 15, 17, 19, 20) für den Hochdruck-, Mitteldruck- und Niederdruckbereich, wobei die Teilturbinen (11, 12, 15, 17, 19, 20)jeweils in einem eigenen Gehäuse angeordnet und durch eine gemeinsame Welle (28) verbunden sind, und welche eine Hochdruckturbine (11), wenigstens eine nachfolgende, ausgangsseitig mit zwei in Serie geschalteten Heizern (21, 24) eines Fernwärmekreislaufs (27) verbundene Mitteldruckturbine (15, 17) und eine nachfolgende Niederdruckturbine (19, 20) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass zur Heizdampfentnahme zwei parallel arbeitende Mitteldruckturbinen (15, 17) in separaten Gehäusen vorgesehen sind, die ausgangsseitig jeweils mit einem der Heizer (21, 24) verbunden sind.
Dampfturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mitteldruckturbinen (15, 17) jeweils doppelflutig ausgebildet sind.
Dampfturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Mitteldruckturbinen (15, 17) eingangsseitig miteinander in Verbindung stehen, dass die erste Mitteldruckturbine (15) den Dampf auf einen ersten Druck entspannt, dass die zweite Mitteldruckturbine (17) den Dampf auf einen zweiten Druck entspannt, welcher kleiner ist als der erste Druck, und dass die erste Mitteldruckturbine (15) mit dem stromabwärts liegenden zweiten Heizer (21) des Fernwärmekreislaufs (27), und die zweite Mitteldruckturbine (17) mit dem ersten Heizer (24) des Fernwärmekreislaufs (27) verbunden sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Niederdruckturbinen (19, 20) in separaten Gehäusen vorgesehen sind, dass die beiden Mitteldruckturbinen (15, 17) ausgangsseitig jeweils mit einer der Niederdruckturbinen (19, 20) verbunden sind, und dass die Niederdruckturbinen (19, 20) der jeweiligen Mitteldruckturbine (15, 17) angepasst sind.
Dampfturbine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckturbinen (19, 20) ausgangsseitig miteinander in Verbindung stehen.
Dampfturbine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruckturbinen (19, 20) jeweils doppelflutig ausgebildet sind.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Mitteldruckturbinen (15, 17) und den zugehörigen Niederdruckturbinen (19, 20) jeweils eine Regelklappe (16, 18) angeordnet ist.
Dampfturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Hochdruckturbine (11) und den beiden Mitteldruckturbinen (15, 17) eine dritte Mitteldruckturbine (12) angeordnet ist, die ausgangsseitig mit den Eingängen der ersten und zweiten Mitteldruckturbine (15, 17) verbunden ist.