Die Erfindung betrifft eine Dampfturbine mit mindestens einer
Hochdruck-, mindestens einer Mitteldruck- und mindestens einer
Niederdruckstufe.
Bekannte Dampfkraftwerke umfassen in der Regel mehrere Dampfturbinen,
welchen aus einem Dampfkessel Betriebsdampf hoher
Temperatur zugeführt wird. Die in diesem Betriebsdampf enthaltene
Energie wird von der Dampfturbine umgesetzt in Rotationsenergie,
welche wiederum mittels mindestens eines, mit
der oder den Dampfturbinen verbundenen Generators in elektrische
Energie umgesetzt wird.
Um die im Betriebsdampf enthaltene Energie möglichst gut ausnutzen
zu können, umfassen bekannte Dampfturbinen oftmals
mehrere Turbinenstufen, beispielsweise eine Hochdruck-, eine
Mitteldruck-, und eine Niederdruckstufe. Bei derartigen
Dampfturbinen wird die Restenergie, welche sich im Dampf befindet,
nachdem dieser eine Turbinenstufe verlässt, in der
darauf folgenden Turbinenstufe ausgenutzt, so dass sich ein
möglichst hoher Wirkungsgrad der Dampfturbine ergibt.
Der Wirkungsgrad von Dampfkraftwerken ist hauptsächlich bestimmt
durch den Druck und die Temperatur des den Turbinenstufen
zuströmenden Dampfes sowie der Anzahl von Zwischenüberhitzungsstufen
sowie deren jeweiliger Überhitzungstemperatur.
Die Zwischenüberhitzungsstufen bekannter Dampfkraftanlagen
sind üblicherweise im Dampfkessel angeordnet, so dass der gesamte
Dampf, welcher aus einer Turbinenstufe austritt, im
Dampfkessel überhitzt und der nachfolgenden Turbinenstufe zugeführt
wird.
Um die Flexibilität insbesondere im Hinblick auf das Verhalten
der Dampfturbinen bei einem Lastsprung zu steigern, werden
oftmals die Frischdampfventile von bekannten Dampfturbinen
angedrosselt, um im Bedarfsfall diese Ventile innerhalb
kurzer Zeit weiter oder komplett öffnen zu können, so dass
eine schnelle Turbinenstellreserve realisiert ist, insbesondere
um Netzeinbrüche stabilisieren zu können, welche sich
beispielsweise in einer (plötzlichen) Abweichung der aktuellen
von einer gewünschten Netzfrequenz äußern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bekannte Dampfturbinen
zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf den zu erzielenden
Wirkungsgrad und ferner im Hinblick auf eine verbesserte
Lebensdauer der Laufschaufeln der Dampfturbine, insbesondere
der Laufschaufeln des Niederdruckteils.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Dampfturbine
mit mindestens einer Hochdruck-, mindestens einer Mitteldruck-
und mindestens einer Niederdruckstufe, sowie mindestens
einem Dampfkanal, welcher zwischen der Mitteldruckund
der Niederdruckstufe angeordnet ist, so dass Dampf aus
der Mitteldruckstufe der Niederdruckstufe zuführbar ist, wobei
in den Dampfkanal mindestens ein Zwischenüberhitzer geschaltet
ist, welcher mittels Dampf beheizbar ist.
Im Stand der Technik ist eine ein- und mehrfache Zwischenüberhitzung
bekannt, bei der der Gesamtdampf nach Austritt
aus der Hochdruckstufe im Dampfkessel mittels einer Zwischenüberhitzungsstufe
überhitzt wird. Derartige Zwischenüberhitzungsstufen
sind folglich nicht mit Dampf, sondern mit Heißgas
beheizt, welches im Dampfkessel geführt wird. Der derart
zwischenüberhitzte Dampf wird dann dem Mitteldruckteil der
Turbine zugeleitet.
Bei derartigen bekannten Dampfturbinen ist es weiterhin üblich,
dass der die Mitteldruckstufe verlassende Dampf in einer
Überströmungsleitung geführt und dem Niederdruckteil zugeführt
wird.
Ausgehend von diesem Stand der Technik schlägt die Erfindung
vor, in den Dampfkanal zwischen dem Mitteldruckteil und dem
Niederdruckteil einen dampfbeheizten Zwischenüberhitzer zu
schalten.
Der Dampfkanal kann beispielsweise als eine Überströmleitung
("Cross over pipe") oder als ein Strömungskanal innerhalb des
Turbinengehäuses (z.B. ein Ringkanal) ausgebildet sein.
Da der Zwischenüberhitzer gemäß der Erfindung nicht mit Heißgas
des Dampfkessels, sondern mit Dampf beheizbar ist, wird
dieser Zwischenüberhitzer bevorzugt nicht im Dampfkessel,
sondern unmittelbar an oder nahe bei der Dampfturbine (z.B.
im Turbinengehäuse, wobei der Dampfkanal ein Ringkanal sein
kann) angeordnet, so dass die Dampfführung zum erfindungsgemäßen
Zwischenüberhitzer, sowohl im Hinblick auf den mittels
des Zwischenüberhitzers aufzuheizenden Dampf, als auch dessen
Heizdampf gemäß der Erfindung vereinfacht ist.
Mittels eines derartigen in den Dampfkanal geschalteten
dampfbeheizten Zwischenüberhitzers zwischen der Mitteldruckund
der Niederdruckstufe wird daher im Vergleich zum Stand
der Technik eine weitere Zwischenüberhitzung erzielt, wodurch
der Wirkungsgrad der Dampfturbine verbessert ist.
Als erfindungsgemäßer Zwischenüberhitzer können in einer Ausführungsform
die vorhandenen Leitschaufeln der Dampfturbine
genutzt werden.
Die Verbesserung hat ihre Ursache u.a. darin, dass der Energieumwandlungsprozess
der Dampfturbine mittels des erfindungsgemäßen
dampfbeheizten Zwischenüberhitzers näher an den
idealen Carnot-Kreisprozess herangeführt wird. Außerdem wird
mittels des erfindungsgemäßen dampfbeheizten Zwischenüberhitzers
die Dampfnässe des Dampfes reduziert.
Ferner wird die Flexibilität des Betriebes einer erfindungsgemäßen
Dampfturbine erhöht, da beispielsweise mittels einer
Abschaltung der Dampfversorgung des dampfbeheizten Zwischenüberhitzers
eine relativ schnell erreichbare Leistungssteigerung
der Dampfturbine erzielbar ist. Ferner wird durch die
oben genannte reduzierte Dampfnässe im Dampf, welche der Niederdruckstufe
zugeführt ist, die Lebensdauer der Turbinenschaufeln
der Niederdruckstufe erhöht.
Vorteilhaft ist der Dampf, mittels welchem der Zwischenüberhitzer
beheizbar ist, einem Dampfstrom entnehmbar, welcher
einem weiteren Zwischenüberhitzer zugeführt ist.
Ein derartiger weiterer Zwischenüberhitzer kann beispielsweise
im Dampfkessel angeordnet sein. Bei dieser Ausführung der
Erfindung ist nun vorgesehen, den Heizdampf für den dampfbeheizten
Zwischenüberhitzer dem Dampfstrom zu entnehmen, welcher
dem weiteren Zwischenüberhitzer zur Zwischenüberhitzung
zugeführt ist.
In bekannten Dampfkraftanlagen finden sich oftmals mehrere
Zwischenüberhitzer, welche auf einem jeweils unterschiedlichen
Temperaturniveau arbeiten, so dass daraus leicht ein geeigneter
Zwischenüberhitzer ausgewählt werden kann, dessen
ihm zugeführter Dampf zum Zweck des Einsatzes als Heizdampf
gemäß der Erfindung eine geeignete Temperatur aufweist.
Der weitere Zwischenüberhitzer kann z.B. derjenige Zwischenüberhitzer
sein, mittels welchem die bekannte, so genannte
erste Zwischenüberhitzung realisiert ist. Der Dampf, der einem
derartigen weiteren Zwischenüberhitzer zugeführt ist,
eignet sich besonders für einen Einsatz als Heizdampf im Zusammenhang
mit der Erfindung, so dass diesem Dampf vorteilhaft
ein Dampfstrom entnommen und dem dampfbeheizten Zwischenüberhitzer
als Heizdampf zugeführt ist. Das bei der erfindungsgemäßen
dampfbeheizten Zwischenüberhitzung anfallende
Kondensat wird vorteilhaft einer vorhandenen dampfseitigen
Nebenkondensat-Einspeisung eines Vorwärmers einer Turbinenstufe
zugeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist mittels des weiteren Zwischenüberhitzers Dampf aufheizbar,
welcher die Hochdruckstufe verlässt und der Mitteldruckstufe
zuleitbar ist.
Dieser Ausführungsform der Erfindung ist der weitere Zwischenüberhitzer
derjenige Zwischenüberhitzer, welcher den
Dampf aus der Hochdruckstufe zwischenüberhitzt und der Mitteldruckstufe
zuleitet. Der Dampf, welcher einem derartigen
weiteren Zwischenüberhitzer zugeleitet ist, weist besonders
günstige Temperatureigenschaften im Hinblick auf dessen Verwendung
als Heizdampf für den erfindungsgemäßen Zwischenüberhitzer
auf.
Der weitere Zwischenüberhitzer ist vorteilhaft innerhalb eines
Dampfkessels angeordnet.
Ein derartiger weiterer Zwischenüberhitzer ist folglich mittels
des im Dampfkessel geführten Heizgases beheizt.
Weiterhin kann der Dampfkessel vorteilhaft mittels eines fossilen
Brennstoffs beheizt oder als Abhitzekessel ausgebildet
sein, der mittels Abgas einer Gasturbine beheizbar ist.
Erstgenannte Ausführungsform umfasst aktiv beheizte Dampfkessel,
welche Brenner aufweisen, denen fossiler Brennstoff zugeführt
ist.
Letztgenannter Dampfkessel umfasst einen nicht aktiv mittels
Brenner und Brennstoff beheizten Kessel, sondern einen Kessel,
dem bereits heißes Heizgas zugeführt sind.
Besonders geeignet für derartige Heizzwecke eines Dampfkessels
ist das Abgas einer Gasturbine, welches eine Temperatur
aufweist, welche zur Erzeugung von Betriebsdampf für eine
Dampfturbine in einem Abhitzekessel geeignet ist.
Derartige Abhitzekessel sind bevorzugt in Kraftwerken einsetzbar,
welch mindestens eine Gas- und eine Dampfturbine umfassen,
beispielsweise Gas- und -Dampfkraftwerke. Dabei wird
das heiße Abgas der Gasturbine zur Erzeugung von Betriebsdampf
für die Dampfturbine ausgenutzt, wobei oftmals die zusätzliche
aktive Aufheizung des Abgases entfallen kann.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher
dargestellt. Es zeigt:
FIG eine erfindungsgemäße Dampfturbine.
Die erfindungsgemäße Dampfturbine 1 umfasst eine Hochdruckstufe
3, eine Mitteldruckstufe 5 sowie mindestens eine Niederdruckstufe
7.
Zur Erzeugung von elektrischer Energie ist die Dampfturbine 1
an einen Generator 9 gekoppelt, welcher sich auf der selben
Welle wie die Turbinenstufen befinden kann.
Zum Betrieb der erfindungsgemäßen Dampfturbine 1 wird der
Hochdruckstufe 3 mittels einer Dampfeinspeisung 11 Frischdampf
zugeführt, welcher bevorzugt mittels eines Dampfkessels
13 erzeugt ist.
Im Dampfkessel 13 sind üblicherweise mehrere Überhitzungsstufen
angeordnet, welche mittels eines Heizgases 22 beheizt
werden.
In der Figur wurde zugunsten einer besseren Übersichtlichkeit
auf die Darstellung dieser verschiedenen Überhitzerstufen
verzichtet und nur diejenigen Details dargestellt, welche im
Zusammenhang mit der Erfindung von Bedeutung sind.
Ein Dampfstrom 20, welcher nach Verrichtung von Arbeit in der
Hochdruckstufe 3 diese verlässt, wird mittels eines im Dampfkessel
13 angeordneten weiteren Zwischenüberhitzers 15 überhitzt
und der Mitteldruckstufe 5 zugeführt.
Die Mitteldruckstufe 5 ist durch eine Überströmungsleitung 17
mit der Niederdruckstufe 7 verbunden. In diese Überströmungsleitung
17 ist erfindungsgemäß ein Zwischenüberhitzer 14 geschaltet,
der mit Dampf beheizbar ist. Der dazu benötigte
Heizdampf ist bevorzugt dem Dampfstrom 20 entnommen, welcher
die Hochdruckstufe 3 verlässt. Der Heizdampf für den Zwischenüberhitzer
14 wird mittels einer Heizdampfleitung 12 dem
Zwischenüberhitzer 14 zugeführt. Die Überströmungsleitung 17
kann, wie in der Figur durch Punkte dargestellt, von der Niederdruckstufe
7 zu einer weiteren Niederdruckstufe weitergeführt
sein.
Analog zur erfindungsgemäßen Dampfturbine 1 ist in einer Abwandlung
der Erfindung denkbar, in einer Überströmungsleitung
zwischen der Niederdruckstufe und einer weiteren Niederdruckstufe
einer Dampfturbine ebenfalls einen dampfbeheizten Zwischenüberhitzer
vorzusehen. Der Heizdampf dafür kann beispielsweise
einem Dampfstrom entnommen werden, welcher einem
der im Dampfkessel angeordneten Überhitzungsstufen zugeführt
ist, einschließlich dem dargestellten weiteren Zwischenüberhitzer
15. Die Auswahl eines geeigneten Zwischenüberhitzers
erfolgt vorteilhaft aufgrund des Temperaturbereichs, in welchem
der jeweilige weitere Zwischenüberhitzer arbeitet.
Wesentliche Aspekte der Erfindung lassen sich wie folgt zusammenfassen:
Bei einer erfindungsgemäßen Dampfturbine 1 ist ein dampfbeheizter
Zwischenüberhitzer 14 vorgesehen, welcher in die Überströmungsleitung
17 zwischen der Mitteldruck- 5 und der
Niederdruckstufe 7 der Dampfturbine 1 geschaltet ist.
Der Heizdampf für den Zwischenüberhitzer 14 ist dabei bevorzugt
der sogenannten kalten ersten Zwischenüberhitzung entnommen.
Mittels der Erfindung ist eine Wirkungsgradsteigerung der
Dampfturbine 1 erzielbar.