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EP1048823A2 - Sealing steam supply - Google Patents

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Info

Publication number
EP1048823A2
EP1048823A2 EP00810328A EP00810328A EP1048823A2 EP 1048823 A2 EP1048823 A2 EP 1048823A2 EP 00810328 A EP00810328 A EP 00810328A EP 00810328 A EP00810328 A EP 00810328A EP 1048823 A2 EP1048823 A2 EP 1048823A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
barrier
temperature
point
live
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Withdrawn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
EP00810328A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP1048823A3 (en
Inventor
Gerald Charoton
Jean-Pierre Rickli
Ernst Walz
Peter Zeller
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.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Alstom Schweiz 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 ABB Alstom Power Switzerland Ltd, Alstom Schweiz AG filed Critical ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Publication of EP1048823A2 publication Critical patent/EP1048823A2/en
Publication of EP1048823A3 publication Critical patent/EP1048823A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current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
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • 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
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/02—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type
    • F01D11/04—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages by non-contact sealings, e.g. of labyrinth type using sealing fluid, e.g. steam
    • F01D11/06—Control thereof

Definitions

  • the present invention relates to a system for supplying sealing steam in shaft seals of a steam turbine, the steam turbine by one Boiler is supplied with live steam, which boiler from at least one Evaporator and a superheater, and at least one Place the superheater below the live steam temperature Tapping point is provided
  • Blocking system prevents steam from escaping the high pressure shaft seal prevented.
  • the leakage steam is therefore discharged into a separate system, instead of pouring into the atmosphere.
  • This steam can be used for Low-pressure shaft seal, where it flows out as sealing steam, and displaced air from the shaft seal.
  • the high-pressure leakage quantity and the Sealing steam quantity to the low-pressure shaft seal in equilibrium are usually provided over which excess Leakage vapor is discharged into the condenser, for example, or vice versa Additional barrier steam is supplied.
  • the additional sealing steam feed particularly important in transient operating conditions if for example, when starting the machine, the pressure in the High-pressure housings are not yet sufficient to provide sufficient sealing steam deliver. In the case of strongly throttled or closed control valves, The high pressure shaft seals are even supplied with sealing steam.
  • the additional barrier steam is usually from the live steam line fed. This creates sealing steam with the high thermodynamic data of live steam at the turbine inlet, which is successively is reduced to conditions, for example by water injection especially the material temperature of the shaft and housing Steam turbine are adapted to the respective sealing point.
  • EP 0 605 156 B1 proposes the possibility of providing the live steam line of different temperature levels of the boiler to dine. While the turbine is starting up, the supply of the the highest superheated steam to the live steam line in whole or in part interrupted. In this case, the live steam supply comes from a Intermediate stage of the superheater with reduced temperature level. By Another admixture of saturated steam from the boiler drum Possibility to control the live steam temperature.
  • thermodynamic state of the steam which is used as an additional barrier steam Barrier steam system is still directed to the live steam state coupled.
  • the result of this is that even when implementing the specified circuit measures for the conditioning of the barrier steam are necessary in certain operating states.
  • Steam turbine quick shutdown therefore also exists when using the Circuit and the method according to EP 0 605 156 B1 are very dangerous, especially in the field of high-pressure shaft seals, the shaft and that To impose large temperature jumps on the housing:
  • the steam from the high pressure shaft seal namely expanded at least over a few labyrinth tips and thus already considerably cooler than live steam.
  • water injection can also be used do not compensate for this temperature jump and continue to lead to the Danger of dropping water on the surface of the hot wave.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the aim of the invention is in a Circuit for feeding steam into the barrier steam system Steam turbine, the steam turbine passing from a boiler Live steam line is supplied with live steam, which boiler is off there is at least one evaporator and a superheater, and wherein at least at one point of the superheater below the Fresh steam temperature there is a tapping point, the circuit so execute that the sealing steam temperature to the material temperatures in Range of shaft seals is adjusted.
  • this is achieved in that the tapping point is such is chosen that the steam temperature at this point of withdrawal Material temperature is adjusted in the area of a high pressure shaft seal, that a feed line to the barrier steam system with this tapping point is connected, and that the feed line and the sealing steam system are completely isolated from the live steam line.
  • the essence of the invention is therefore to supply the steam turbine with the additional steam from the live steam supply to the machine to decouple.
  • a withdrawal point on Superheater of the boiler created, at which superheated steam below the live steam temperature is taken, which is used as additional barrier steam is being used.
  • the feed line for the additional barrier steam is therefore connected to a removal point of the superheater, at which
  • the tapping point is the steam temperature below the live steam temperature lies and with the material temperature of the shaft and housing especially in High pressure shaft seal range is compatible.
  • the feed line can be directly from the Lead the tapping point of the superheater to the sealing steam system; at a appropriate design of the water-steam cycle can Removal point of the superheater but also with an auxiliary steam rail be connected, for example, steam at a pressure of 20 bar and a temperature of around 400 ° C. from this auxiliary steam rail can then other subsystems such as for example, the evacuation ejectors are supplied with steam.
  • a Auxiliary steam rail is also advantageous if several steam sources, such as for example the waste heat boilers of several gas turbines or an additional one Auxiliary boilers to be connected to the steam turbine subsystems.
  • Fig. 1 shows an embodiment of the invention, in which the Intermediate tapping point of the superheater directly with the Barrier steam system is connected.
  • Fig. 2 shows another preferred Embodiment in which an auxiliary steam rail between the Barrier steam system and the tapping point is switched.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of the invention.
  • Feed water is supplied by one Pump 12 brought to a pressure and evaporated in an evaporator 1.
  • the saturated steam in is a superheater 2 to the live steam state overheated and via a live steam line 3, the quick-closing valve 44 and the turbine control valve 43 fed to the steam turbine 5 and relaxed.
  • the relaxed steam is liquefied in the condenser 6 and stands available again as feed water.
  • the pressure in the sealing steam system 9 is in the interaction of the valves 8 and 45 regulated.
  • an amount of steam flows from the high pressure part of the turbine 5 to the high pressure shaft seal 55 and from there into the barrier steam system.
  • This amount of steam is in one Injection cooler 10 cooled by the injection of water into the steam and led as sealing steam to the low pressure shaft seal 56, the Water injection branches off the feed water line, and the Injection quantity is set by an injection control valve 46.
  • the pressure relief valve 45 is derived, for example, into the condenser.
  • sealing steam i.e. a minimum pressure in the Barrier steam system 9
  • the additional vapor control valve opens 8 if the pressure in the sealing steam system is too low
  • Additional vapor control valve 8 and a feed line 7 is that Additional steam system 9 with the superheater 2 at a suitable Tapping point 24 connected to the superheated steam at a temperature is available that is compatible with the material temperature that is used in stationary operation is present on the high pressure shaft seal.
  • the feed line 7 is not permanently flowed through by superheated steam is, it is appropriate, in this line, if possible, directly upstream of the Additional bubble control valve 8 to provide drainage. Otherwise there is a risk that 7 steam has condensed out in the feed line, and this condensate when opening the additional vapor control valve in the Barrier steam system 9 is entrained into it.
  • the drainage 11 Avoided that under certain circumstances condensate droplets on hot Impact material in the area of the high pressure shaft seal and Cause jumps in temperature.
  • the mode of operation of the invention is as follows: Barrier steam system in normal operation has already been explained. The invention now comes into play especially when additional barrier steam is used High pressure shaft seal must be performed, especially as above mentioned, when starting up and during a turbine shutdown. After this State of the art is the feed line 7 with the live steam line 3 connected upstream of the quick-closing valve 44. Especially with one Rapid shutdown would mean that live steam immediately High-pressure shaft seal 55 flows, which in normal operation with partially relaxed Steam is applied from the high pressure part of the turbine 5. It follows from this a temperature shock for the material of the shaft and the housing in the Area of high pressure shaft seal 55. To local Avoiding overheating of the material can result in one such cases also in the sealing steam supply line to the high pressure shaft seal a water injection may be present.
  • FIG. 2 shows a further embodiment variant of the invention.
  • the The water-steam cycle is identical to that described above.
  • the barrier steam system is supplied with a Auxiliary steam rail 20 between the removal point 24 of the superheater 2 and the barrier steam system 9 switched.
  • a reducing valve 21 in the feed line 71.
  • the pressure of the auxiliary steam rail is regulated.
  • the variant is suitable especially if several steam sources are on one or more Consumers are switched on.
  • the Barrier steam system 9 also evacuation ejectors 22 on the Auxiliary steam rail switched on.
  • another steam source is connected to the auxiliary steam rail. This could be another kettle, or a small auxiliary kettle, as is often the case is used in combi systems to accelerate auxiliary steam for an Ready to start the system.
  • the auxiliary steam rail is also advantageous equipped with a drainage 11.
  • the reducing valve 21 regulates the pressure of the Auxiliary steam system.
  • the pressure in the auxiliary steam system 9 becomes as above described by the additional vapor control valve 8 and that Pressure relief valve 45 set.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

The blocking steam supply circuit has a tap-off point (24) provided at a point in the steam over heater (2) which is below t fresh steam temperature and at which the steam temperature corresponds to the material temperature of a high pressure shaft seal (55), coupled via a supply line (7) to the blocking steam system (9). A regulating valve (8) can be incorporated in the blocking steam supply line.

Description

Technisches GebietTechnical field

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Einspeisung von Sperrdampf in Wellendichtungen einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine von einem Kessel mit Frischdampf versorgt wird, welcher Kessel aus wenigstens einem Verdampfer und einem Überhitzer besteht, und wobei zumindest an einer Stelle des Überhitzers unterhalb der Frischdampftemperatur eine Entnahmestelle vorgesehen istThe present invention relates to a system for supplying sealing steam in shaft seals of a steam turbine, the steam turbine by one Boiler is supplied with live steam, which boiler from at least one Evaporator and a superheater, and at least one Place the superheater below the live steam temperature Tapping point is provided

Stand der TechnikState of the art

An den Stellen von Dampfturbinengehäusen, an denen die Welle der Maschine das Gehäuse durchdringt, müssen Vorrichtungen vorgesehen werden, die das Eindringen von Luft in die Niederdruckturbinenstufen verhindern, wie auch den Austritt von Dampf aus Gehäusesektionen höheren Drucks in die Atmosphäre unterbinden. Dabei kommen wesentlich nur berührungslose Dichtungen in Frage, die selbstverständlich Restleckagemengen aufweisen. In the places of steam turbine housings where the shaft of the machine penetrates the housing, devices must be provided that the Prevent air from entering the low pressure turbine stages as well Steam escapes from housing sections of higher pressure into the atmosphere prevent. Only non-contact seals are essential Question that of course have residual leakage amounts.

Üblicherweise werden deshalb Systeme implementiert, in denen ein Sperrsystem den Austritt von Dampf aus der Hochdruck-Wellendichtung verhindert. Der Leckagedampf wird also in ein gesondertes System abgeführt, anstatt in die Atmosphäre zu strömen. Dieser Dampf kann zweckmässig zur Niederdruck-Wellendichtung geführt werden, wo er als Sperrdampf ausströmt, und Luft aus der Wellendichtung verdrängt.Systems are usually implemented in which a Blocking system prevents steam from escaping the high pressure shaft seal prevented. The leakage steam is therefore discharged into a separate system, instead of pouring into the atmosphere. This steam can be used for Low-pressure shaft seal, where it flows out as sealing steam, and displaced air from the shaft seal.

Idealerweise befinden sich die Hochdruck-Leckagemenge und die Sperrdampfmenge zur Niederdruck-Wellendichtung im Gleichgewicht; jedoch werden üblicherweise Systeme vorgesehen, über die überschüssiger Leckagedampf beispielsweise in den Kondensator abgeführt, oder umgekehrt Zusatzsperrdampf zugeführt wird. Dabei ist die Zusatz-Sperrdampfeinspeisung insbesondere in transienten Betriebszuständen von Bedeutung, wenn beispielsweise beim Anfahren der Maschine der Druck in den Hochdruckgehäusen noch nicht ausreicht, um hinreichend viel Sperrdampf zu liefern. Im Falle stark angedrosselter oder geschlossener Regelventile muss den Hochdruck-Wellendichtungen gar Sperrdampf zugeführt werden.Ideally, the high-pressure leakage quantity and the Sealing steam quantity to the low-pressure shaft seal in equilibrium; however systems are usually provided over which excess Leakage vapor is discharged into the condenser, for example, or vice versa Additional barrier steam is supplied. Here is the additional sealing steam feed particularly important in transient operating conditions if for example, when starting the machine, the pressure in the High-pressure housings are not yet sufficient to provide sufficient sealing steam deliver. In the case of strongly throttled or closed control valves, The high pressure shaft seals are even supplied with sealing steam.

Der Zusatzsperrdampf wird üblicherweise von der Frischdampfleitung gespiesen. Damit steht Sperrdampf mit den hohen thermodynamischen Daten des Frischdampfes am Turbineneintritt zur Verfügung, der sukzessive beispielsweise durch eine Wassereinspritzung auf Zustände reduziert wird, die insbesondere der Materialtemperatur von Welle und Gehäuse der Dampfturbine an der jeweiligen Dichtstelle angepasst sind.The additional barrier steam is usually from the live steam line fed. This creates sealing steam with the high thermodynamic data of live steam at the turbine inlet, which is successively is reduced to conditions, for example by water injection especially the material temperature of the shaft and housing Steam turbine are adapted to the respective sealing point.

Im transienten Betrieb einer Turbine resultieren aus der Einspeisung von Frischdampf in das Sperrdampfsystem insbesondere beim Anfahren oder einer Schnellabschaltung unzulässig grosse Temperatursprünge, mit denen das Gehäuse und die Wellenzapfen beaufschlagt werden. Derart plötzliche Veränderungen der Frischdampfdaten können durch eine Wassereinspritzung ausgeregelt werden. Jedoch ist die Reduktion der Dampftemperatur mittels Wassereinpritzung gerade bei Hochdruck-Wellendichtungen nicht unproblematisch: Es besteht die Gefahr, dass unverdampftes Wasser auf die heisse Welle gerät, was wiederum zu unerwünschten Thermoschocks führt.In the transient operation of a turbine, the infeed of Live steam in the barrier steam system especially when starting up or one Rapid shutdown impermissibly large temperature jumps with which the Housing and the shaft journal are applied. So sudden Changes in live steam data can be caused by water injection be settled. However, the reduction in steam temperature is moderate Not water injection especially with high pressure shaft seals unproblematic: There is a risk that unevaporated water will reach the hot wave, which in turn leads to undesirable thermal shocks.

Die beim Anfahren einer Anlage auftretenden Probleme lassen sich vorderhand durch eine hinreichend langsame Steigerung der Temperatur am Austritt des Überhitzers des Kessels - mithin also der Kessel-Feuerungstemperatur - beherrschbar gestalten. Insbesondere beim Betrieb von Kombi-Anlagen ergibt sich hieraus die Forderung, die Gasturbinen über einen längeren Zeitraum auf sehr geringer Last zu betreiben. Abgesehen von der schlechten Wirtschaftlichkeit eines solches Betriebes resultieren aus einer solchen Anlagenfahrweise nicht zu unterschätzende betriebstechnische Schwierigkeiten.The problems that occur when starting up a system can be solved for the time being by a sufficiently slow increase in the temperature at the outlet of the Superheater of the boiler - hence the boiler firing temperature - make it manageable. Especially when operating combination systems this leads to the requirement that the gas turbines remain open for a longer period of time very low load. Aside from the bad The profitability of such an operation results from such an operation Plant operation not to be underestimated Trouble.

An dieser Stelle schlägt die EP 0 605 156 B1 vor, die Möglichkeit vorzusehen, die Frischdampfleitung von unterschiedlichen Temperaturniveaus des Kessels zu speisen. Während des Anfahrens der Turbine wird dabei die Zufuhr des am höchsten überhitzten Dampfes zur Frischdampfleitung ganz oder teilweise unterbrochen. Die Frischdampfversorgung erfolgt in diesem Falle aus einer Zwischenstufe des Überhitzers mit vermindertem Temperaturniveau. Durch eine Zumischung von Sattdampf aus der Kesseltrommel besteht eine weitere Möglichkeit, die Frischdampftemperatur zu steuern.At this point, EP 0 605 156 B1 proposes the possibility of providing the live steam line of different temperature levels of the boiler to dine. While the turbine is starting up, the supply of the the highest superheated steam to the live steam line in whole or in part interrupted. In this case, the live steam supply comes from a Intermediate stage of the superheater with reduced temperature level. By Another admixture of saturated steam from the boiler drum Possibility to control the live steam temperature.

Abgesehen vom sehr hohen apparativen Aufwand, der zur Realisierung des in EP 0 605 156 B1 offenbarten Verfahrens notwendig ist, ist der thermodynamische Zustand des Dampfes, der als Zusatz-Sperrdampf zum Sperrdampfsystem geleitet wird, nach wie vor an den Frischdampfzustand gekoppelt. Daraus resultiert, dass auch bei Implementation der dort angegebenen Schaltung Massnahmen zur Konditionierung des Sperrdampfes in bestimmten Betriebszuständen notwendig sind. Insbesondere bei einer Dampfturbinen-Schnellabschaltung besteht damit auch bei Anwendung der Schaltung und des Verfahrens nach EP 0 605 156 B1 grosse Gefahr, insbesondere im Bereich der Hochdruck-Wellendichtung die Welle und das Gehäuse mit unerlaubt grossen Temperatursprüngen zu beaufschlagen: Im Betrieb der Maschine ist der Dampf aus der Hochdruck-Wellendichtung nämlich mindestens über einige Labyrinthspitzen expandiert und somit bereits erheblich kühler als der Frischdampf. Bei einer Turbinen-Schnellabschaltung aber wird der Hochdruck-Wellendichtung plötzlich deutlich heisserer Frischdampf zugeführt. Wie oben erwähnt, kann auch eine Wassereinspritzung diesen Temperatursprung nicht kompensieren und führt weiterhin zu der Gefahr, Wassertropfen auf die Oberfläche der heissen Welle aufzubringen.Apart from the very high expenditure on equipment required to implement the EP 0 605 156 B1 disclosed method is necessary thermodynamic state of the steam, which is used as an additional barrier steam Barrier steam system is still directed to the live steam state coupled. The result of this is that even when implementing the specified circuit measures for the conditioning of the barrier steam are necessary in certain operating states. Especially with one Steam turbine quick shutdown therefore also exists when using the Circuit and the method according to EP 0 605 156 B1 are very dangerous, especially in the field of high-pressure shaft seals, the shaft and that To impose large temperature jumps on the housing: In Operation of the machine is the steam from the high pressure shaft seal namely expanded at least over a few labyrinth tips and thus already considerably cooler than live steam. With a quick turbine shutdown but suddenly the high-pressure shaft seal becomes significantly hotter Live steam supplied. As mentioned above, water injection can also be used do not compensate for this temperature jump and continue to lead to the Danger of dropping water on the surface of the hot wave.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Ziel der Erfindung ist es, bei einer Schaltung zur Einspeisung von Dampf in das Sperrdampfsystem einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine von einem Kessel über eine Frischdampfleitung mit Frischdampf versorgt wird, welcher Kessel aus wenigstens einem Verdampfer und einem Überhitzer besteht, und wobei zumindest an einer Stelle des Überhitzers unterhalb der Frischdampftemperatur eine Entnahmestelle vorhanden ist, die Schaltung so auszuführen, dass die Sperrdampftemperatur den Materialtemperaturen im Bereich der Wellendichtungen angepasst ist.The invention seeks to remedy this. The aim of the invention is in a Circuit for feeding steam into the barrier steam system Steam turbine, the steam turbine passing from a boiler Live steam line is supplied with live steam, which boiler is off there is at least one evaporator and a superheater, and wherein at least at one point of the superheater below the Fresh steam temperature there is a tapping point, the circuit so execute that the sealing steam temperature to the material temperatures in Range of shaft seals is adjusted.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass die Entnahmestelle derart gewählt ist, dass die Dampftemperatur an dieser Entnahmestelle der Materialtemperatur im Bereich einer Hochdruck-Wellendichtung angepasst ist, dass eine Anspeiseleitung zum Sperrdampfsystem mit dieser Entnahmestelle verbunden ist, und dass die Anspeiseleitung und das Sperrdampfsystem vollkommen von der Frischdampfleitung isoliert sind. According to the invention, this is achieved in that the tapping point is such is chosen that the steam temperature at this point of withdrawal Material temperature is adjusted in the area of a high pressure shaft seal, that a feed line to the barrier steam system with this tapping point is connected, and that the feed line and the sealing steam system are completely isolated from the live steam line.

Kern der Erfindung ist es also, die Versorgung der Dampfturbine mit dem notwendigen Zusatzsperrdampf von der Frischdampfversorgung der Maschine zu entkoppeln. Hierzu wird erfindunggemäss eine Ennahmestelle am Überhitzer des Kessels geschaffen, an welcher überhitzter Dampf unterhalb der Frischdampftemperatur entnommen wird, welcher als Zusatzsperrdampf genutzt wird.The essence of the invention is therefore to supply the steam turbine with the additional steam from the live steam supply to the machine to decouple. For this purpose, according to the invention, a withdrawal point on Superheater of the boiler created, at which superheated steam below the live steam temperature is taken, which is used as additional barrier steam is being used.

Die Vorteile dieser Schaltung kommen insbesondere bei einer Schnellabschaltung der Dampfturbine zum Tragen, wenn die Dampfturbine bereits eine gewisse Zeit im Betrieb war, und die Bauteile der Maschine zum Beispiel im Bereich der Hochdruck-Wellendichtung längere Zeit mit teilexpandiertem Hochdruckdampf aus dem Turbinengehäuse beaufschlagt war. Bei einer Turbinen-Schnellabschaltung muss den Wellendichtungen sehr schnell Zusatzsperrdampf zugeführt werden. Bei einer Schaltung, die dem zitierten Stand der Technik entspricht, wird dem Sperrdampfsystem Zusatzdampf mit Frischdampftemperatur zugeführt, der erst sukzessive bespielsweise durch eine Wassereinspritzung auf eine materialkompatible Temperatur abgekühlt wird. Diese Temperaturregelung ist selbstverständlich träge, weshalb Welle und Gehäuse in transienten Betriebszuständen mit schädlichen Temperatursprüngen beaufschlagt werden.The advantages of this circuit come in particular at one Rapid shutdown of the steam turbine to be carried when the steam turbine has already been in operation for a certain time, and the components of the machine for Example in the area of high-pressure shaft seals for a long time partially expanded high pressure steam from the turbine housing was. With a quick turbine shutdown, the shaft seals have to be very Additional sealing steam can be supplied quickly. In a circuit that the corresponds to the cited prior art, the barrier steam system Supplementary steam supplied with live steam temperature, the only gradually for example by water injection to a material compatible Temperature is cooled. This temperature control is a matter of course sluggish, why shaft and housing in transient operating conditions with harmful temperature jumps.

Erfindungsgemäss wird die Anspeiseleitung für den Zusatzsperrdampf daher mit einer Entnahmestelle des Überhitzers verbunden, an welcher Entnahmestelle die Dampftemperatur unterhalb der Frischdampftemperatur liegt und mit der Materialtemperatur von Welle und Gehäuse insbesondere im Bereich der Hochdruck-Wellendichtung kompatibel ist. Vorzugsweise ist dabei eine Entnahmestelle des Überhitzers zu wählen, an welcher der Dampf mit einer Temperatur um 400 °C vorliegt.According to the invention, the feed line for the additional barrier steam is therefore connected to a removal point of the superheater, at which The tapping point is the steam temperature below the live steam temperature lies and with the material temperature of the shaft and housing especially in High pressure shaft seal range is compatible. Preferably there is choose a point of withdrawal of the superheater at which the steam a temperature of around 400 ° C.

Zur Regelung des Zusatzsperrdampfstromes in das Sperrdampfsystem ist mit Vorteil ein Regelventil in der Anspeiseleitung vorhanden. Diese regelt den Druck im Sperrdampfsystem, und gibt den Zusatzsperrdampf frei, wenn der Druck unter einen bestimmten Mindestwert fällt. Dabei ist es weiterhin sinnvoll, die Anspeiseleitung möglicht unmittelbar stromauf dieses Regelventils mit einer Entwässerungsvorrichtung zu versehen, oder sie so zu verlegen, dass sie sich selbsttätig entwässert: Da die Anspeiseleitung nicht fortwährend von Dampf durchströmt wird, kann sich hier Kondensat bilden, dessen Eindringen in das Sperrdampfsystem schädlich wäre.To control the additional steam flow into the steam system is with The advantage of a control valve in the feed line. This regulates the Pressure in the barrier steam system, and releases the additional barrier steam when the Pressure falls below a certain minimum value. It still makes sense the feed line enables upstream of this control valve with a To provide drainage device, or to lay it so that it is automatically drained: Since the feed line is not continuously steam is flowed through, condensate can form here, its penetration into the Barrier steam system would be harmful.

In einem einfachen Fall kann die Anspeiseleitung unmittelbar von der Entnahmestelle des Überhitzers zum Sperrdampfsystem führen; bei einer entsprechenden Auslegung des Wasser-Dampf-Kreislaufes kann die Entnahmestelle des Überhitzers aber auch mit einer Hilfsdampfschiene verbunden sein, in der beispielsweise Dampf bei einem Druck von 20 bar und einer Temperatur von rund 400 °C vorliegt. von dieser Hilfsdampfschiene können dann neben dem Sperrdampfsystem weitere Subsysteme, wie beispielsweise die Evakuierungsejektoren, mit Dampf versorgt werden. Eine Hilfsdampfschiene ist weiterhin von Vorteil, wenn mehrere Dampfquellen, wie zum Beispiel die Abhitzekessel mehrerer Gasturbinen oder ein zusätzlicher Hilfkessel, auf die Subsysteme der Dampfturbine aufzuschalten sind.In a simple case, the feed line can be directly from the Lead the tapping point of the superheater to the sealing steam system; at a appropriate design of the water-steam cycle can Removal point of the superheater but also with an auxiliary steam rail be connected, for example, steam at a pressure of 20 bar and a temperature of around 400 ° C. from this auxiliary steam rail can then other subsystems such as for example, the evacuation ejectors are supplied with steam. A Auxiliary steam rail is also advantageous if several steam sources, such as for example the waste heat boilers of several gas turbines or an additional one Auxiliary boilers to be connected to the steam turbine subsystems.

Kurze Beschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die Erfindung sei nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Zwischenentnahmestelle des Überhitzers unmittelbar mit dem Sperrdampfsystem verbunden ist. Fig. 2 zeigt eine weitere bevorzugte Ausführungsform, bei der eine Hilfdampfschiene zwischen das Sperrdampfsystem und die Entnahmestelle geschaltet ist. The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows Fig. 1 shows an embodiment of the invention, in which the Intermediate tapping point of the superheater directly with the Barrier steam system is connected. Fig. 2 shows another preferred Embodiment in which an auxiliary steam rail between the Barrier steam system and the tapping point is switched.

Es sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnung nur Beispiele und bevorzugte Ausführungen darstellt, die die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung erläutern, aber nicht einschränken.It should be noted that the drawing is only examples and preferred Representations that represent the invention characterized in the claims explain, but do not limit.

Weg zur Ausführung der ErfindungWay of carrying out the invention

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführung der Erfindung. Speisewasser wird von einer Pumpe 12 auf einen Druck gebracht und in einem Verdampfer 1 verdampft. Der Sattdampf in wird einem Überhitzer 2 auf den Frischdampfzustand überhitzt und über eine Frischdampfleitung 3, das Schnellschlussventil 44 sowie das Turbinen-Regelventil 43 der Dampfturbine 5 zugeführt und entspannt. Der entspannte Dampf wird im Kondensator 6 verflüssigt und steht wieder als Speisewasser zur Verfügung.Fig. 1 shows a first embodiment of the invention. Feed water is supplied by one Pump 12 brought to a pressure and evaporated in an evaporator 1. The saturated steam in is a superheater 2 to the live steam state overheated and via a live steam line 3, the quick-closing valve 44 and the turbine control valve 43 fed to the steam turbine 5 and relaxed. The relaxed steam is liquefied in the condenser 6 and stands available again as feed water.

Der Druck im Sperrdampfsystem 9 wird im Zusammenspiel der Ventile 8 und 45 geregelt. Im normalen Betrieb der Dampfturbine 5 strömt eine Dampfmenge aus dem Hochdruckteil der Turbine 5 zur Hochdruck-Wellendichtung 55 und von dort in das Sperrdampfsystem. Diese Dampfmenge wird in einem Einspritzkühler 10 durch die Einspritzung von Wasser in den Dampf gekühlt und als Sperrdampf zur Niederdruck-Wellendichtung 56 geführt, wobei die Wassereinspritzung von der Speisewasserleitung abzweigt, und die Einspritzmenge durch ein Einspritz-Regelventil 46 eingestellt wird. Falls nicht die gesamte an der Hochdruck-Wellendichtung 55 einströmende Dampfmenge an der Niederdruck-Wellendichtung nutzbar ist, wird ein Teil des Dampfes über das Druckentlastungsventil 45 beispielsweise in den Kondensator abgeleitet.The pressure in the sealing steam system 9 is in the interaction of the valves 8 and 45 regulated. During normal operation of the steam turbine 5, an amount of steam flows from the high pressure part of the turbine 5 to the high pressure shaft seal 55 and from there into the barrier steam system. This amount of steam is in one Injection cooler 10 cooled by the injection of water into the steam and led as sealing steam to the low pressure shaft seal 56, the Water injection branches off the feed water line, and the Injection quantity is set by an injection control valve 46. if not the total amount of steam flowing into the high-pressure shaft seal 55 part of the steam is usable at the low pressure shaft seal the pressure relief valve 45 is derived, for example, into the condenser.

Jedoch ist eine hinreichende Sperrdampfmenge, also ein Mindestdruck im Sperrdampfsystem 9, auch dann zu gewährleisten, wenn das Turbinen-Regelventil oder das Turbinen-Schnellschluss-Ventil geschlossen oder sehr stark angedrosselt sind, und somit der Druck am Eintritt in die Turbine 5 klein ist, so, dass von dort kein Dampf zur Hochdruck-Wellendichtung strömen kann. Derartige Betriebszustände treten insbesondere beim Anfahren und bei einer Schnellabschaltung auf. In diesem Fall öffnet das Zusatzsperrdampf-Regelventil 8 bei zu niedrigem Druck im Sperrdampfsystem 9. Über das Zusatzsperrdampf-Regelventil 8 und eine Anspeiseleitung 7 ist das Zusatzsperrdampfsystem 9 mit dem Überhitzer 2 an einer geeigneten Entnahmestelle 24 verbunden, an der überhitzter Dampf mit einer Temperatur vorliegt, die zu der Materialtemperatur kompatibel ist, die im stationären Betrieb an der Hochdruckwellendichtung vorliegt. Hier wird sich eine Anspeise-Dampftemperatur von etwa 400°C in den meisten Fällen als geeignet erweisen.However, there is a sufficient amount of sealing steam, i.e. a minimum pressure in the Barrier steam system 9, even if the turbine control valve or the turbine quick-closing valve closed or very are strongly throttled, and thus the pressure at the inlet to the turbine 5 is small is such that no steam can flow from there to the high-pressure shaft seal. Such operating states occur in particular when starting up and when Rapid shutdown on. In this case, the additional vapor control valve opens 8 if the pressure in the sealing steam system is too low Additional vapor control valve 8 and a feed line 7 is that Additional steam system 9 with the superheater 2 at a suitable Tapping point 24 connected to the superheated steam at a temperature is available that is compatible with the material temperature that is used in stationary operation is present on the high pressure shaft seal. Here is a feed steam temperature of around 400 ° C in most cases prove to be suitable.

Da die Anspeiseleitung 7 nicht permanent von überhitztem Dampf durchströmt ist, ist es zweckmässig, in dieser Leitung möglicht unmittelbar stromauf des Zusatzsperrdampf-Regelventils 8 eine Entwässerung vorzusehen. Ansonsten besteht das Risiko, dass in der Anspeiseleitung 7 Dampf auskondensiert ist, und dieses Kondensat beim Öffnen des Zusatzsperrdampf-Regelventils in das Sperrdampfsystem 9 hinein mitgerissen wird. Mittels der Entwässerung 11 wird also vermieden, dass unter Umständen Kondensattröpfchen auf heisses Material im Bereich der Hochdruck-Wellendichtung auftreffen und Temperatursprünge verursachen.Since the feed line 7 is not permanently flowed through by superheated steam is, it is appropriate, in this line, if possible, directly upstream of the Additional bubble control valve 8 to provide drainage. Otherwise there is a risk that 7 steam has condensed out in the feed line, and this condensate when opening the additional vapor control valve in the Barrier steam system 9 is entrained into it. By means of the drainage 11 Avoided that under certain circumstances condensate droplets on hot Impact material in the area of the high pressure shaft seal and Cause jumps in temperature.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Die Dampfführung im Sperrdampfsystem im normalen Betrieb wurde bereits erläutert. Die Erfindung kommt nun insbesondere dann zum Tragen, wenn Zusatzsperrdampf zur Hochdruck-Wellendichtung geführt werden muss, insbesondere also, wie oben erwähnt, beim Anfahren und bei einer Turbinen-Schnellabschaltung. Nach dem Stand der Technik ist die Anspeiseleitung 7 mit der Frischdampfleitung 3 stromauf des Schnellschluss-Ventils 44 verbunden. Gerade bei einer Schnellabschaltung würde dies bedeuten, dass unmittelbar Frischdampf zur Hochdruck-Wellendichtung 55 strömt, die im Normalbetrieb mit teilentspanntem Dampf aus dem Hochdruckteil der Turbine 5 beaufschlagt wird. Hieraus folgt ein Temperaturschock für das Material der Welle und des Gehäuses im Bereich der Hochdruck-Wellendichtung 55. Um lokale Überhitzungserscheinungen des Materials zu vermeiden, kann in einem solchen Falle auch in der Sperrdampfzuleitung zur Hochdruck-Wellendichtung eine Wassereinspritzung vorhanden sein. Jedoch kann auch diese die Sperrdampftemperatur nur endlich schnell regeln, und insbesondere ist auch das Auftreffen von Wassertröpfchen auf die heissen Bauteile zu vermeiden. Ebenso wird beim Anfahren das Sperrdampfsystem mit Frischdampf angespiesen, wodurch Welle und Gehäuse an der Hochdruck-Wellendichtung 55 mit sehr grossen Temperaturdifferenzen beaufschlagt werden. In der Summe resultieren diese Vorgänge einerseits in einer potentiellen Lebendauerverkürzung, aber auch in ungünstigen Relativdehnungen, weshalb Betriebsspiele grösser als notwendig und einem hohen Wirkungsgrad zuträglich dimensioniert werden müssen.The mode of operation of the invention is as follows: Barrier steam system in normal operation has already been explained. The invention now comes into play especially when additional barrier steam is used High pressure shaft seal must be performed, especially as above mentioned, when starting up and during a turbine shutdown. After this State of the art is the feed line 7 with the live steam line 3 connected upstream of the quick-closing valve 44. Especially with one Rapid shutdown would mean that live steam immediately High-pressure shaft seal 55 flows, which in normal operation with partially relaxed Steam is applied from the high pressure part of the turbine 5. It follows from this a temperature shock for the material of the shaft and the housing in the Area of high pressure shaft seal 55. To local Avoiding overheating of the material can result in one such cases also in the sealing steam supply line to the high pressure shaft seal a water injection may be present. However, this can also Only finally regulate the sealing steam temperature quickly, and in particular it is to avoid water droplets hitting hot components. The barrier steam system with live steam is also activated when starting powered, causing the shaft and housing to the high pressure shaft seal 55 with very large temperature differences. In the On the one hand, these processes result in a potential Shortening of life, but also in unfavorable relative expansions, which is why Operating cycles larger than necessary and high efficiency must be dimensioned appropriately.

Bei einer erfindungsgemässen Zusatzsperrdampfeinspeisung werden diese Nachteile vermieden, indem das Sperrdampfsystem 9 wie bereits erwähnt nicht mit Frischdampf, sondern mit Dampf aus einer Zwischenentnahme 24 des Überhitzers angespeist wird, dessen Temperatur niedriger als die Frischdampftemperatur ist.In the case of an additional shut-off steam feed according to the invention, these are Disadvantages avoided by the barrier steam system 9, as already mentioned, not with live steam, but with steam from an intermediate withdrawal 24 of Superheater is fed, whose temperature is lower than that Live steam temperature is.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsvariante der Erfindung dargestellt. Der Wasser-Dampf Kreislauf ist identisch zu dem oben beschriebenen aufgebaut. Hingegen ist bei der Anspeisung des Sperrdampfsystems eine Hilfsdampfschiene 20 zwischen die Entnahmestelle 24 des Überhitzers 2 und das Sperrdampfsystem 9 geschaltet. Bei der gezeigten Variante befindet sich ein Reduzierventil 21 in der Anspeiseleitung 71. Mit Hilfe dieses Ventils wird der Druck der Hilfsdampfschiene geregelt. Die Variante eignet sich insbesondere dann, wenn mehrere Dampfquellen auf einen oder mehrere Verbraucher aufgeschaltet werden. In diesem Beispiel sind neben dem Sperrdampfsystem 9 auch Evakuierungs-Ejektoren 22 auf die Hilfsdampfschiene aufgeschaltet. Weiterhin ist mittels einer Verbindungsleitung 23 eine weitere Dampfquelle auf die Hilfsdampfschiene aufgeschaltet. Dies könnte ein weiterer Kessel sein, oder auch ein kleiner Hilfskessel, wie er häufig in Kombi-Anlagen eingesetzt wird, um Hilfsdampf für einen beschleunigten Start der Anlage bereitzustellen. Vorteilhaft wird auch die Hilfsdampfschiene mit einer Entwässerung 11 ausgestattet.2 shows a further embodiment variant of the invention. The The water-steam cycle is identical to that described above. On the other hand, when the barrier steam system is supplied with a Auxiliary steam rail 20 between the removal point 24 of the superheater 2 and the barrier steam system 9 switched. In the variant shown there is a reducing valve 21 in the feed line 71. With the help of this valve the pressure of the auxiliary steam rail is regulated. The variant is suitable especially if several steam sources are on one or more Consumers are switched on. In this example, in addition to the Barrier steam system 9 also evacuation ejectors 22 on the Auxiliary steam rail switched on. Furthermore, by means of a connecting line 23 another steam source is connected to the auxiliary steam rail. This could be another kettle, or a small auxiliary kettle, as is often the case is used in combi systems to accelerate auxiliary steam for an Ready to start the system. The auxiliary steam rail is also advantageous equipped with a drainage 11.

Im dargestellten Beispiel regelt das Reduzierventil 21 den Druck des Hilfsdampfsystems. Hier wird sich häufig 20 bar, bei rund 400°C als zweckmässig erweisen. Der Druck im Hilfsdampfsystem 9 wird wie oben beschrieben durch das Zusatzsperrdampf-Regelventil 8 und das Druckentlastungsventil 45 eingestellt.In the example shown, the reducing valve 21 regulates the pressure of the Auxiliary steam system. Here is often 20 bar, at around 400 ° C as prove appropriate. The pressure in the auxiliary steam system 9 becomes as above described by the additional vapor control valve 8 and that Pressure relief valve 45 set.

BezugszeichenlisteReference list

11
VerdampferEvaporator
22nd
ÜberhitzerSuperheater
33rd
FrischdampfleitungLive steam line
55
Turbineturbine
66
Kondensatorcapacitor
77
AnspeiseleitungSupply line
88th
Zusatzsperrdampf-RegelventilAdditional vapor control valve
99
SperrdampfsystemBarrier steam system
1010th
WassereinspritzungWater injection
1111
Entwässerungdrainage
1212th
KesselspeisepumpeBoiler feed pump
2020th
HilfsdampfschieneAuxiliary steam rail
2121
ReduzierventilReducing valve
2222
Evakuierungs-EjektorenEvacuation ejectors
2323
VerbindungsleitungConnecting line
2424th
Entnahmestellen des ÜberhitzersTapping points of the superheater
4343
Turbinen-Regelventil Turbine control valve
4444
Turbinen-SchnellschlussventilTurbine quick-closing valve
4545
DruckentlastungsventilPressure relief valve
4646
Wassereinspritz-RegelventilWater injection control valve
5555
Hochdruck-WellendichtungHigh pressure shaft seal
5656
Niederdruck-WellendichtungLow pressure shaft seal
7171
AnspeiseleitungSupply line

Claims (7)

Schaltung zur Einspeisung von Zusatz-Sperrdampf in das Sperrdampfsystem einer Dampfturbine, wobei die Dampfturbine (5) von einem Kessel über eine Frischdampfleitung (3) mit Frischdampf versorgt wird, welcher Kessel aus wenigstens einem Verdampfer (1) und einem Überhitzer (2) besteht, und wobei zumindest an einer Stelle des Überhitzers unterhalb der Frischdampftemperatur eine Entnahmestelle (24) vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmestelle derart gewählt ist dass die Dampftemperatur an dieser Entnahmestelle der Materialtemperatur im Bereich einer Hochdruck-Wellendichtung (55) angepasst ist, dass eine Anspeiseleitung (7) zum Sperrdampfsystem (9) mit dieser Entnahmestelle verbunden ist, und dass die Anspeiseleitung und das Sperrdampfsystem vollkommen von der Frischdampfleitung getrennt sind.Circuit for feeding additional sealing steam into the Barrier steam system of a steam turbine, the steam turbine (5) from a boiler is supplied with live steam via a live steam line (3) which boiler consists of at least one evaporator (1) and one Superheater (2) exists, and at least at one point of the superheater a tapping point (24) is present below the live steam temperature is characterized in that the removal point is selected in this way that the steam temperature at this point of withdrawal of the Material temperature in the area of a high pressure shaft seal (55) is adapted that a feed line (7) to the barrier steam system (9) this tapping point is connected, and that the feed line and that The barrier steam system is completely separated from the live steam line. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampftemperatur an der Entnahmestelle zwischen 350 und 420 °C beträgtCircuit according to claim 1, characterized in that the Steam temperature at the tapping point is between 350 and 420 ° C Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Anspeiseleitung (7) und dem Sperrdampfsystem (9) ein Zusatzsperrdampf-Regelventil (8) eingebaut ist.Circuit according to claim 1, characterized in that between the Feed line (7) and the barrier steam system (9) an additional barrier steam control valve (8) is installed. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anspeiseleitung (7) mit einer Entwässerungsvorrichtung (11) versehen ist.Circuit according to claim 1, characterized in that the Feed line (7) is provided with a drainage device (11). Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anspeiseleitung (7) unmittelbar von der Entnahmestelle (24) zum Sperrdampfsystem (9) führt. Circuit according to claim 1, characterized in that the Feed line (7) directly from the tapping point (24) to Barrier steam system (9) leads. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahmestelle (24) mit einer Hilfsdampfschiene (20) verbunden ist, welche Hilfsdampfschiene über die Anspeiseleitung (7) mit dem Sperrdampfsystem (9) verbunden ist.Circuit according to claim 1, characterized in that the Tapping point (24) is connected to an auxiliary steam rail (20), which Auxiliary steam rail via the feed line (7) with the sealing steam system (9) is connected. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsdampfschiene mit Entnahmestellen mehrerer Überhitzer verbunden ist.Circuit according to claim 6, characterized in that the Auxiliary steam rail is connected to the tapping points of several superheaters.
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