VDI VDE 3508 Blatt 2-2007 Unit control of thermal power stations - Steam power stations involving gas turbines.pdf

1、VEREINDEUTSCHERINGENIEUREVERBAND DERELEKTROTECHNIKELEKTRONIKINFORMATIONSTECHNIKBlockregelung von WrmekraftwerkenDampfkraftwerke unter Beteiligung von GasturbinenUnit control of thermal power stationsSteam power stations involving gas turbinesVDI/VDE 3508Blatt 2 / Part 2Ausg. deutsch/englischIssue Ge

2、rman/EnglishVDI/VDE-Handbuch Mess- und Automatisierungstechnik, Band 3: AutomatisierungstechnikVDI-Handbuch EnergietechnikFrhere Ausgabe: 03.06 Entwurf,deutschFormer edition: 03/06 Draft, in German onlyVDI/VDE-RICHTLINIENZu beziehen durch / Available at Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vo

3、rbehalten / All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 25.040.40, 27.100August 2007Inhalt SeiteVorbeme

4、rkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Anwendungsbereich . . . . . . . . . . . . . 22 Begriffe und Definitionen . . . . . . . . . . . 33 Formelzeichen, Abkrzungen/Indizes . . . . 54 Kraftwerkstypen: Klassifizierung und Benennungen . . . .

5、 . . . . . . . . . . . . . 65 Blockregelung bei den verschiedenen Anlagentypen . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.1 Zweiwellenanlagen . . . . . . . . . . . . 125.2 Einwellenanlagen . . . . . . . . . . . . . 215.3 Kombi-/Verbundanlagen mit Kraft-Wrme-Kopplung . . . . . . . . . . 25Schrifttum . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Terms and definitions. . . . . . . . . . . . . . 33 Symbols, abbreviations/subscripts

7、. . . . . . 54 Types of power plants: Classification anddesignations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Unit control in the various types of power plants. . . . . . . . . . . . . . . . . . .115.1 Two-shaft power plants . . . . . . . . . . .125.2 Single-shaft power plants . . . . . . . . . .215.

8、3 Combined/compound plants with cogeneration (combined heat andpower, CHP) . . . . . . . . . . . . . . . .25Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .26The German version of this guideline shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.

9、VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA)Fachausschuss Leittechnik in konventionellen DampfkraftwerkenB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 2 VDI/VDE 3508 Blatt 2 / Part 2Vorbemerkun

10、gDer Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unter sorg-fltiger Bercksichtigung der Vorgaben und Empfeh-lungen der Richtlinie VDI 1000.Allen, die ehrenamtlich an der Erstellung dieserRichtlinie mitgewirkt haben, sei auf diesem Wege ge-dankt.Alle Rechte vorbehalten, auch das des Nachdrucks,der Wieder

11、gabe (Fotokopie, Mikrokopie), der Spei-cherung in Datenverarbeitungsanlagen und der ber-setzung, auszugsweise oder vollstndig. Die Nutzungdieser VDI-Richtlinie als konkrete Arbeitsunterlageist unter Wahrung des Urheberrechtes und unter Be-achtung der VDI-Merkbltter 1 bis 7 mglich. Aus-knfte dazu sow

12、ie zur Nutzung im Wege der Daten-verarbeitung erteilt die Abteilung VDI-Richtlinienim VDI.EinleitungDie Richtlinie VDI/VDE 3508 Blatt 2 greift die Dar-legungen unter Abschnitt 4.4 und Abschnitt 5.5 derRichtlinie VDI/VDE 3508 zum zustzlichen Einsatzvon Gasturbinen bei der Blockregelung von Dampf-kraf

13、twerken auf. Es erweitert die dortigen Anstzeum eine generelle Behandlung des gesamten derzeiti-gen Spektrums von Kraftwerkstypen, in denen dieGasturbine an der Erbringung einer geregelten elek-trischen und gegebenenfalls thermischen Blockleis-tung mageblich beteiligt ist.1 AnwendungsbereichDie vorl

14、iegende Richtlinie greift die Festlegungen inder Richtlinie VDI/VDE 3508 zur Blockregelungvon Wrmekraftwerken“ in jenen Teilen auf, in de-nen die thermische Energie zur Dampferzeugungganz oder zum Teil aus den heien Rauchgasen einerGasturbine bezogen wird, die ihrerseits zur Stromer-zeugung des Bloc

15、ks insgesamt beitrgt. Die ur-sprnglichen Darlegungen in VDI/VDE 3508, Ab-schnitt 5.5 beschrnken sich auf zwei fr die Gro-kraftwerkstechnik typische Prozess- bzw. Anlagen-typen. Bei nherer Betrachtung erweist sich jedochdas Einsatzspektrum der Gasturbine in Dampfkraft-werken als erheblich weitlufiger

16、. So entstand imLaufe der Zeit eine Vielzahl von Anlagentypen, diebezglich ihrer Regelung durchaus unterschiedlichzu behandeln sind. Zudem gibt es bisher fr die ver-schiedenen Typen keinen systematischen und einver-nehmlich verwendeten Benennungsschlssel; viel-mehr werden oft vereinzelte Wortbestand

17、teile undKrzel wie Kombi, GuD oder Verbund, an ihrer his-torischen Erstverwendung oder an speziellen Firmen-Preliminary noteThe content of this guideline has been developed un-der thorough consideration of the requirements andrecommendations of guideline VDI 1000.We wish to express our gratitude to

18、all honorary con-tributors to this guideline.All rights reserved including those of reprinting, re-production (photocopying, microcopying), storage indata processing systems, and translation, either of thefull text or of extracts. This VDI guideline can beused as a concrete project document without

19、infringe-ment of copyright and with regard to VDI notices 1to 7. Information on this, as well as on the use in dataprocessing, may be obtained by the VDI GuidelinesDepartment at the VDI.IntroductionThe guideline VDI/VDE 3508 Part 2 elaborates theexplanations given in Section 4.4 and Section 5.5 ofth

20、e guideline VDI/VDE 3508, concerning the addi-tional use of gas turbines in the unit control of steampower plants. The statements made there are ampli-fied by a general discussion of the entire currentrange of power plant types in which gas turbinesmake a considerable contribution to a controlled el

21、ec-trical and, as the case may be, thermal unit output.1ScopeThe present guideline deals with the specifications ofthe guideline VDI/VDE 3508 on the “unit control ofthermal power plants” inasmuch as they concernpower plants where all, or part, of the thermal energyfor steam generation is drawn from

22、the hot flue gasesof a gas turbine which, in turn, contributes to powergeneration by the unit as a whole. The original expla-nations given in VDI/VDE 3508, Section 5.5 are lim-ited to two types of processes or power plants typicalof the technology of large-scale power plants. Uponcloser examination,

23、 however, the application range ofgas turbines in steam power plants proves to be muchbroader. In the course of time, a multitude of powerplant types have been developed which must betreated quite differently as far as their control is con-cerned. Furthermore, no systematic and agreed termi-nology h

24、as so far been used for the different types. Onthe contrary, various abbreviations and designationssuch as CCPP (combined cycle power plant), gas-steam power plant or compound power plant are of-ten used, depending on which term was used firstB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - St

25、and 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 VDI/VDE 3508 Blatt 2 / Part 2 3 belangen orientiert, verwendet. Hier wurde es imHinblick auf eine erwnschte einheitliche Benen-nung ntig, genauere terminologische Festlegungenzu treffen; die hier gewhlten Bezeichnung

26、en lehnensich an die in VDI/VDE 3508, Abschnitt 4.4 bereitsausgesprochenen Empfehlungen weitgehend an.In der vorliegenden Richtlinie wird das Einsatzspek-trum der Gasturbine angesprochen, insofern sie zurDampferzeugung in Wrmekraftwerken beitrgt. Da-bei werden die verschiedenen technischen Anlagen-t

27、ypen zunchst systematisch geordnet bzw. klassifi-ziert, und es wird eine einheitliche und eindeutigeBezeichnungsweise fr die unterschiedlichen Typeneingefhrt. Anschlieend wird auf die prozesstechni-schen Eigenheiten und blockregelungstechnischenBesonderheiten der wichtigsten Anlagentypen imEinzelnen

28、 eingegangen. Zuerst jedoch werden diewichtigsten Definitionen fr solche Begriffe zusam-mengestellt, die im allgemeinen Sprachgebrauchhufig noch ohne streng eingegrenzte Bedeutungs-festlegung benutzt werden, in dieser Richtlinie dage-gen in ausschlielichem Sinne verwendet werden.Unter Wrmekraftwerke

29、n werden in dieser Richt-linie, entsprechend den Vorgaben der RichtlinieVDI/VDE 3508, Dampfkraftwerke in weitestemSinne verstanden, die als Blockkraftwerke betriebenwerden. Damit erfhrt der Geltungsbereich dieserRichtlinie nach zwei Seiten hin eine technische Ab-grenzung: Zum einen stellen sich rein

30、e Gasturbinen-Kraftwerke zwar nach auen hin als Blockkraftwerkedar, doch fehlt ihnen der hier zum Hauptgegenstandgemachte Wasser/Dampf-Kreislauf. Zum anderenfallen Sammelschienenkraftwerke also solche, beidenen Dampf aus mehreren Kesseln einer gemeinsa-men Rohrleitung zugefhrt wird und diese eine od

31、ermehrere Turbinen mit Dampf versorgt ebenfallskonzeptionell aus dem Rahmen der Blockregelunggem der Vorgabe der VDI/VDE 3508 heraus.Beide genannten Anlagentypen sind somit nicht Ge-genstand dieser Richtlinie.2 Begriffe und DefinitionenAbhitzedampferzeuger (AhDE)Dampferzeuger, in dem die in den Rauc

32、hgasen derGasturbine enthaltene Abwrme zur Erzeugung vonDampf fr die Dampfturbine genutzt wird.DampfkraftwerkThermisches Kraftwerk, in dem als Arbeitsmittel nurWasserdampf verwendet wird, der, aus einem kon-ventionellen Dampferzeuger oder einem industriel-len Abhitzekessel erzeugt, in einer Dampftur

33、bineNutzleistung erbringt.(historically), or on special company interests. With aview to desirable harmonisation, it was necessary togive precise terminological specifications; the desig-nations chosen here are largely in line with the rec-ommendations of VDI/VDE 3508, Section 4.4.The present guidel

34、ine treats the applications of gasturbines in so far as they contribute to steam genera-tion in thermal power plants. First, the various tech-nical types of power plants are classified systemati-cally, and harmonised and clear designations areintroduced for the different types. Then, the processchar

35、acteristics and unit-control specifics of the prin-cipal power plant types are dealt with in greater de-tail. First of all, however, a list of definitions explainsthe most important terms which are still often usedwithout a strict definition in general usage but used inan exclusive sense in this gui

36、deline.By thermal power plants, this guideline, in accord-ance with the guideline VDI/VDE 3508, means steampower plants in the broadest sense, which are used asunit-type power plants. The scope of this guideline isthus technically limited in two different ways. On theone hand, although pure gas-turb

37、ine power plants ap-pear to be unit-type power plants outwardly, they lackthe water/steam cycle which is the principal subject ofthis guideline. On the other hand, common-headerpower plants, where several boilers supply steam to acommon header which, in turn, supplies steam to oneor several turbines

38、, do not fall within the scope of unitcontrol as specified in VDI/VDE 3508, on account oftheir conceptual design. These two types of powerplants are, therefore, not included in the scope of thisguideline.2 Terms and definitionsHeat recovery steam generator (HRStG)Steam generator which utilises the w

39、aste heat in theflue gases from the gas turbine for generating steamto be supplied to the steam turbine.Steam power plantThermal power plant exclusively using steam (vapor-ised water) as the working fluid which is produced ina fossil-fired steam generator or an industrial waste-heat boiler and yield

40、s useful output power in a steamturbine.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2007 4 VDI/VDE 3508 Blatt 2 / Part 2GuD (Gas-und-Dampf“)Allgemeine Bezeichnung fr Wrmekraftwerksanla-gen mit Gas- und Dampfturbi

41、nen, die bei der elektri-schen und/oder thermischen Leistungsabgabe ener-getisch (z.B. ber die Rauchgasabwrme der Gastur-bine) miteinander gekoppelt sind.Kombi-AnlageHeute allgemein verbreiteter Begriff fr Anlagenvom Typ GuD. Seine erste, eher historische Verwen-dung fand er zur Bezeichnung von Anla

42、gen, in deneneine relativ kleine Gasturbine nebst elektrischer Leis-tung lediglich heie Frischluft“ als Sauerstofftrgerfr die Verbrennung in einem konventionellenDampferzeuger lieferte.Anmerkung: (Diese Anmerkung bezieht sich nur auf die englischeFassung.)Kraft-Wrme-Kopplung (KWK)Abspaltung eines Te

43、il-Dampfmassenstroms aus derDampfturbine (DT) als Entnahme fr Prozess- oderFernwrmezwecke. Die elektrische/thermische Leis-tung der DT im Sinne der Blockregelung ist dabeinicht als einfache Summengre anzusehen, da dernicht elektrische Leistungsanteil an der DT thermody-namisch je nach den Prozessgeg

44、ebenheiten als Leis-tung“ unterschiedlich definiert und gewertet wird.LeistungIm Sinne der Blockregelung als elektrische Leistung(ab Generator) und gegebenenfalls als thermischeLeistung beide nach auen abgegeben verstanden.Die thermische“ Leistung besteht dabei in dem for-mal-mathematischen Produkt

45、von dem der Dampf-turbine fr ein Prozessdampf- oder ein Fernwrme-netz entnommenen Dampfmassenstrom mal dessenim Prozess nutzbaren Anteil des Wrmeinhalts.LeistungsverzweigungSiehe Kraft-Wrme-Kopplung (KWK).StellgreGre, die im Sinne der Erreichung eines Regelzielsbei der Blockregelung originr verstell

46、t wird. Siekann von energetischer Art sein (z.B. Brennstoffzu-fhrung ber entsprechende Ventile), sie kann aberauch nur die Aufteilung eines bestehenden Leis-tungsflusses bewirken (wie die Dampfturbinen-Stell-klappen zur Leistungsverzweigung).VerbundIn der Blockregelung bislang nicht exklusiv und ver

47、-bindlich festgelegter Begriff, mit dem sowohl dieGas-steamGeneral designation for thermal power plants usingboth gas and steam turbines which are energeticallycoupled (e.g. via the flue-gas waste heat from the gasturbine) during electrical and/or thermal power gen-eration.Combined cycle power plant

48、 (CCPP)Designation commonly used nowadays for powerplants of the gas-steam type. Its first, rather historical,use was for plants where a relatively small gas turbineproduced, apart from the electrical output, merely“hot fresh air” supplying oxygen for combustion in afossil-fired steam generator.Note

49、: Instead of “Combined heat and power (CHP)”, the term “co-generation” is used vastly in many instances. Although, for the sakeof simplicity, CHP is used throughout this guideline, the term “co-generation” may equally be applied with identical meaning to des-ignate the applicable operation mode of the power plant.Combined heat and power (CHP)Extracting a partial steam mass flow from the steamturbine for the generation of process or district heat.For the purposes of unit cont