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Dampfkraftanlage mit Zwangsdurchla:uf-Dampferzeuger Die Erfindung
bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage mit einem Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger sowie
mit einer von der Vorschalttu rbine durch Zwischenüberhitzer getrennten Nachschalt.tu
rbine und ferner mit einer die Vorschaltturbine umgehenden Bypaßleitung.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypaßleitung
ein auf den Druck am Überhitzeraustritt ansprechendes Bypaßven.til und in Strömungsrichtung
daliiiiterliegend ein vornehmlich auf den Austrittsdruck der Vorschaltturbine bei
Vollast eingestelltes, den Druck in der Bypaßleitung auf diesem ,',Niveau konstant
haltendes Drosselventil und zwischen diesen Leiden Ventilen ein Wasserabscheider
angeordnet i.st und daß von der Verbindungsleitung zwischen Wasserabscheider und
Drosselventil eine mindestens zu einem Teil der Speisewasservorwärmer führende Heizdampfleitung
abzweigt.
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Da da: Arbeitsmittel während des Anfahrens noch nicht den normalen
Betriebszustand hat, wird es im wesentlichen durch lwpaßleitungen geführt, welche
die einzelnen Teile der Turbine überbrücken. Damit die Zwischenüberhitzer in ausreichender
Weise --ekühlt werden, wozu man wegen der Schwierigkeit des Ausblasens nur Dampf
und kein Speisewasser verwenden darf, ist es bereits vorgeschlagen worden, in (lie
Bypaßleitung, -,velche den Hochdruckteil der Turbine überbrückt, hinter dem Bypaßventil
einen `@'asseralischeider anzuordnen, aus dessen Dampfraum Wasserdampf zur Kühlung
der 7_wischenüb:rliitzer entnommen werden kann.
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\\"ährend des Anfahrens kann noch keine Anzapfdampfsl;eisewasservorwärmung
erfolgen. Um nun r seits die Anfahrzeit abzukürzen und um anc1rerseits die im Dampferzeuger
an das Arbeitsmittel ütrertragene Wärme auszunutzen, sind bereits Vorschläge gemacht
worden, statt des Anzapfdampfes wälir°nd des Anfahrens Arbeitsmittel zur Beheiz;ttng
cler Speisewasservorwärmer zu verwenden, welches entweder aus einer Zwischenstufe
des Dampferzeugers oder umnittelhar hinter d:m Dampferzeuger entnornnien wird. 1m
allgemeinen besteht aber dieses Arbeitsmittel aus einem Dampf-Wasser-Gemisch. Eine
Speisewass.ervorwärmtt@ig, welche der durch die Kondensation des Anzapfdampfes bewirkten
Vorwärmung gleichwertig ist, ließe sich in diesem Fall nur erreichen, wenn die Entwässerungsvorrichtungen
der Sheisewasservorwärmer wesentlich größer als üblich wären. Eine solche konstruktive
Änderung ist aber im allgemeinen nicht möglich, da die gleichen Speisewasservorwärmer
während der weitaus längeren Zeit ihres Betriebes durch Anzapfdampf beheizt werden
sollen. Weiterhin muß bei den bekannten Vorschlägen in den das Arbeitsmittel zu
den Speisewasservorwärmern führenden Leitungen ein Druckreduzierventil eingeschaltet
und mindestens dem Speisewasservorwärmer höchsten Drucks ein Sicherheitsventil zugeordnet
sein, damit die Speisewasservorwärmer auf ihrer Heizmittelseite nicht etwa dem hohen
im Dampferzeugerrohrsystem herrschenden Druck unterworfen sind.
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Ein weiterer Vorschlag geht dahin, bei einer Dampfkraftanlag° mit
einem Kessel und mit einer von der Vorschaltturbine durch einen Zwischenüberhitzer
getrennten Nachschaltturbine von einer die Vorschaltt.url>ine umgehenden Frischdampfleitung
eine zu einem Speisewasse rvorwärmer führende Heizdampfleitung abzuzweigen, wobei,
um den Einbau größerer Entwässerungsvorrichtungen zu vermeiden, das Arbeitsmittel
durch den Zwischenüberhitzer geleitet wird, bevor es in den Vorwärmer eintritt.
Eine solche Schaltung hat jedoch den Nachteil sehr schlechten Wirkungsgrades, weil
der aus dem Überhitzer ströniende Dampf, ohne Arbeit geleistet zu haben, mit sehr
hohem Druck und Temperaturgefälle zur Vorwärmung herangezogen wird. Sie hat aber
auch den weiteren Nachteil, daß die von dem Arbeitsmittel durchströmten Heizflächen
im Anfahrvorgang, d. h. solange die Turbine noch nicht angestoßen ist, nur in dem
Maße durchflossen werden, wie das Arbeitsmittel in den Vorwärmern kondensiert. Eine
solche Zwangläufigkeit würde bei der der Erfindung zugrunde liegenden Dampfkraftanlage
zu einem unverhältnismäßig
langsamen und vorsichtigen Anfahren
der Anlage zwingen., wollte man, nicht Gefahr laufen, Schädigungen an den Heizflächen
zu gewärtigen.
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Alle diese Nachteile werden bei Verwendung der erfindungsgemäßen Anlage
vermieden. Wenn das zur Beheizung der Speisewasservorwärrnung verwendete Arbeitsmittel
erst hinter dem Wasserabscheider aus der Bypaß:leitung entnommen wird, dann ist
sichergestellt, daß den Speiseivasservorwärmern zur Beheizung lediglich Dampf zugeführt
wird. Allerdings mnß hinter dem Wasserabscheider und hinter der Abzweigung der Heizdampfleitung
noch ein Drosselorgan angeordnet sein, welches den Druck in Wasserabscheider und
Heizdampflei.tung aufrechterhält. Das Drosselorgan kann vorzugsweise als Regelventil
ausgebildet sein, welches den Druck vor dem Ventil einstellt. Auf diese Weise ist
es ohne Schwierigkeiten möglich, im Wasserabscheider einen Dampfdruck einzuregeln,
der etwa demjenigen Druck entspricht, welcher .bei Vollast in der Anzapfdampfstufe
höchsten Drucks der Turbine herrscht. Da .diesem Druck eine bestimmte Kondensationstemperatur
zugeordnet ist, die ihrerseits ungefähr als oberste Grenze der Speisewasservorwärmung
zu gelten hat, ist mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung bereits beim Anfahren
die gleiche Speisewasservorwärmung erreichbar wie bei Vollast. Darüber hinaus ist
der Wasserabscheider üblicher`veise schon mit einem Sicherheitsventil versehen,
so daß die Heizdampfleitung unmittelbar - also ohne Zwischenschaltung eines Druckreduzierventils
und Zuordnung eines Sicherheitsventils - zum Speis:ewasservorwärmer höchsten Drucks
führen kann. Im übrigen kann der Dampf höheren Drucks aus dem Wasserabscheider noch
an anderen Stellen der Anlage mit Vorteil verwendet werden, beispielsweise für die
Versorgung der Sperrdampfeinrichtung und für den Betrieb von Dampfstrahlejekto.ren
zum Absaugen der Luft aus dem Kondensator.
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Vorzugsweise führt eine mit einem Durchflußregelorgan ausgestattete
Überbrückungsleitung aus einer Zwischenstelle des Dampferzeugerrohrsystems in den
Wasserabächeider und überbrückt dabei mindestens einen Teil der Uberhitzerheizflächen.
Bei Zwangsdurchlauf-Dampferzeugern sind nämlich während des Anfahrens zwei einander
widersprechende Bedingizngen zu erfüllen. Einerseits muß selbst bei geringster Feuerleistung
eine bestimmte Arbeitsmi.ttelmindestmenge durch die die Brennkammerauskleidung bildenden
Heizflächen geleitet werden, damit diese ausreichend gekühlt sind. Andererseits
soll zumindest durch die Überhitzerheizflächen eine möglichst geringe Arbeitsmittelmengegeleitet
werden, damit rasch eine hohe Temperatur des den Dampferzeuger verlassenden Arbeitsmittels
erreicht wird. Diese beiden Bedingungen lassen sich aber erfindungsgemäß auf einfache
Art erfüllen. Das. aus einer Zwischenstelle des Rohrsystems entnommene Arbeitsmittel
wirdunter gleichzeitiger Entspannung in den Wasserabscheider geleitet. Die in ihm
bereits enthaltene Wärmemenge wird dem Anfahrkreislauf auf einem verhältnismäßig
hohen Tempe.ratu.rniveau zugeführt, so daß der sich gegebenenfalls bei der Entspannung
bildende Dampf sowohl zur Kühlung der Zwisch.enüberhitzer als auch zur Beheizung
der Speisewasservorwärmer Verwendung finden kann. Außerdem kann das aus der Zwischenstelle
des Rohrsystems abgezweigte Arbeitsmittel dazu dienen, bereits erhitzten Dampf,
welcher aus dem Dampferzeuger in den Wasserabscheider strömt, wieder zu enthitzen.
Die Heizdampfleitung kann zweckmäßi:gerweise zu dem in Strömungsrichtung letzten
dampfheheizteen Speisewasservorwärmer führen, und in diese Heizdampfleitung kann
dann die mit einer Rückschlagklappe versehene Anzapfdampfleitung aus der Anzapfdampfstufe
höchsten Drucks der Turbine münden. Weiterhin können von der Heizdampfleitung mit
Druckreduzierventilen ausgestattete Zweigleitungen abgehen und zu Speisewasservorwärmern
führen, welche dem letzten Speisewasservorwärmer vorgeschaltet sind. Man kann also
die gleichen Speisewasservorwärmer während des Normalbetriebes mit Anzapfdampf und
während des Anfahrens mit Dampf aus dem Wasserabscheider beheizen. Als Speisewasservorwärmer
werden hierbei alle Bauelemente bezeichnet, in denen eine Speisewasservorwärmung
bewirkt wird, also beispielsweise Oberfläehenvorwärmer oder Mischvorwärmer.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung,
in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert
wird.
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In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Dampfkraftanlage mit einem
Zwangsdurchlauf-Dampferzeuger und einer zweiteiligen Turbine dargestellt, wobei
der Hochdruck- und der Niederdruckteil der Turbine über einen Zwischenüberhitzer
miteinander verbunden sind.
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Der Dampferzeuger 1 mit der Brennkammer 2 und dem Rauchgaszu:g 3 ist
lediglich schematisch dargestellt. Im Normalbetrieb nimmt das Arbeitsmittel den
folgenden Weg. Es wird dem Dampferzeuger über die beiden der Speisewasserregulierung
dienenden Ventile 4 und 5 zugeführt und tritt zunächst in den Economiser 6 und anschließend
in die Heizfläche 7 ein, die man bei unterkritischem Druck als Verdampferheizflächeund
bei überkritischem Druck als Umwandlungsheizfläche bezeichnen kann und: die hier
als Brennkammerauskleidung dient.. Das Arbeitsmittel strömt dann über die Verbindungsleitung
8 in den Überhitzer 9, weiter über die Leitung 10 mit dem Regelventil 11 und über
den Satz der Ventile 12 :und 13 in den Hochdruckteil 14 :der Turbine. Nach teilweiser
Entspannung strömt das Arbeitsmittel über die Leitung 15 zurück in den Zwischenüberhitzer
16 und anschließend durch die Leitung 17 :und den Satz der Ventile 18 und 19 in
den Niederdruckteil 20 der Turbine, welcher zusammen mit dem Hochdruckteil 14 einen
elektrischen Generator 21 antreibt. Das Arbeitsmittel gelangt weiter über die Leitung
22 in den Kondensator 23, aus welchem es mittels der Kondensatpumpe 24 durch
die Speisewasservorwärmer 25 und 26 und die Leitung 27 in :den Entgaser 28 gepumpt
wird. Aus diesem wird das Arbeitsmittel durch die Pumpe 29 über die Leitung 30 mit
den Speisewasservorwärmern 31 und 32 wieder in den Dampferzeuger gefördert. Damit
ist der Arbeitsmittelkreislauf geschlossen.
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Während dieser Zeit werden die Speisewasservo.rwärmer 25 und 26 durch
Anzapfdampf über die Anzapfdampfleitungen 33 bzw. 33' beheizt, während die Speisewasservo:rwärmer
31 und 32 mit Anzapfdampf über die Leitung 34 bzw. 35, welch letztere in die später
zu beschreibende Heizdampfleitung 56 mündet, beaufschlagt werden. Die Anzapfdampfleitungen
34 und 35 sind je mit einer Rückschlagklappe 36 bzw. 37 versehen. Das sich in den
Spe:isewasservorwärmern 32 und 31 bildende Kondensat wird über die mit (nicht dargestellten)
Kondensattöpfen ausgestatteten Leitungen 38 und 39 in den Entgaser
28
abgelassen, während das Kondensat aus den Speisewasservorwärmern 26 und 25 über
die ebenfalls mit (nicht dargestellten) Kondensattöpfen ausgestatteten Leitungen
40 und 41 in den Kondensator 23 geführt wird. Die Zahl der Speisewasservorwärmer
ist lediglich der Anschaulichkeit wegen so niedrig gehalten. Bei modernen Anlagen
sind zehn und mehr Speisewasservorwärmer keine Seltenheit.
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Während des Anfahrens sind der Hochdruckteil 14 und der Niederdruckteil
20 der Turbine durch Bypaßleitungen überbrückt. So strömt das Arbeitsmittel nach
Verlassen des Überhitzers 9 durch die Bypaßleitung 42, in welcher das auf den Druck
am Überhitzeraustritt ansprechende Bypaßventil 43, ein Wasserabscheider 44 und ein
den Druck in der Bypaßleitung 42 aufrechterhaltendes als Ventil 45 ausgebildetes
Drosselorgan hintereinandergeschaltet sind. Der Wasserabscheider 44 hat verschiedene
Aufgaben. Er dient selbstverständlich zunächst der Wasserabscheidung, so daß zur
Kühlung des Zwischenüberhitzers 16 Sattdampf zur Verfügung steht. Diese Funktion
ist notwendig, da Zwa.ngsdurchlauf-Dampferzeuger im allgemeinen mit überschwemmtem
Überhitzer angefahren werden. Darüber hinaus ist er bei mit überkritischem Druck
betriebenen Dampferzeuger unentbehrlich, da nach der Entspannung im Bypaßventil
43 überhaupt erst eine Trennung der dampfförmigen und der flüssigen Phase stattfinden
kann. Über eine Überbrückungsleitung 46 mit dem Durchfllußregelorgan 47 kann dem
Wasserabscheider 44 Arbeitsmittel aus einer Zwischenstelle 8 des Dampferzeugers
zugeführt werden. Der hierbei frei werdende Dampf kann ebenfalls zur Kühlung des
Zwischenüberhitzers 16 ver--,vendet werden, während gleichzeitig aus dem Überhitzer
durch die Bypaßleitung 42 zuströmender überhitzter Dampf durch das an der Zwischenstelle
8 des Dampferzeugers entnommene Arbeitsmittel enthitzt werden kann; der Wasserabscheider
dient also auch als Dampfkühler. Außerdem ist der Wasserabscheider 44 mit einem
Sicherheitsventil 48 versehen, durch welches sämtliche an den Wasserabscheider angeschlossene
Leitungen, Behälter u. dgl. vor Überdruck geschützt sind. Das im Wasserabscheider
abgetrennte Wasser kann durch die Leitung 49 mit dem durch den Wasserstand im Abscheider
gesteuerten Ventil 50 abgelassen werden.
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Der den Zwischenüberhitzer 16 verlassende Dampf wird durch die zweite
Bypaßleitung 51 mit dem Bypaßventi152 an dem Niederdrucktei120 vorbei in einen zweiten
Wasserabscheider und Dampfkühler 53 geleitet, in welchen auch das aus dem ersten
Wasserabscheider abgelassene Wasser geführt werden kann. Aus dem Abscheider 53 kann
der Dampf über die Leitung 54 und das Wasser über die Leitung 55 in den Kondensator
23 abgelassen werden.
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Eine wesentliche Neuerung bei dieser Anlage besteht nun darin, daß
eine Heizdampfleitung 56 von der Bypaßleitung 42 zwischen Wasserabscheider 44 und
Ventil 45 abzweigt und in. den Speisewasservorwärmer 32 führt. Da die Anzapfdampfleitung
35 in die Heizdampfleitung 56 mündet, wird diese Leitung 56 sowohl beim Anfahren
als auch beim Normalbetrieb über einen Teil ihrer Länge von Dampf zur Beheizung
des Speisewasservorwärmers 32 durchströmt. Von der Heizdampfleitung 56 zweigt eine
Leitung 57 mit einem Durchflußregelorgan 58 zum Speisewasservorwärmer 31 und eine
Leitung 59 mit einem Durchflußregelorgan 60 zum Entgaser 28 ab. Da die beiden Durchflußregelorgane
58 und 60 erst beim Unterschreiten eines bestimmten Drucks in den nachgeschalteten
Teilen öffnen, sind die Leitungen 57 und 59 während des Normalbetriebes geschlossen
und nur beim Anfahren geöffnet. Umgekehrt sind die Rückschlagklappen 36 und: 37
lediglich beim Anfahren geschlossen und beim Normalbetrieb geöffnet. Damit ergibt
sich die folgende Betriebsweise: Beim Normalbetrieb wird jeder Vorwärmer durch eine
einzelne Anzapfdampfleitung mit Dampf versorgt. Beim Anfahren dagegen wird über
eine einzige Heizdampfleitung mit Abzweigleitungen den in Durchströmrichtung letzten
Speisewasservorwärmern 31 und 32 sowie dem Entgaser 28 Heizdampf zugeführt.
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Selbstverständlich können die Heizdampfleitungen 56, 57 und 59 auch
mit Vorteil bei Schwachlastbetrieb Verwendung finden, wenn der Druck an den Anzapfstufen
der Turbine so weit abgesunken ist, daß eine ausreichende Speisewasservorwärmung
nicht mehr gesichert ist.
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Der Erfindungsvorschlag läßt sich ohne weiteres auch auf Anlagen mit
mehr als einem Zwischenüberhitzer und mehr als zwei Turbinenteilen anwenden. Die
dazu notwendigen geringfügigen Änderungen in der Schaltung und' in der Konstruktion
können von jedem Fachmann ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden. Da die Zeichnung
nur schematisch aufzufassen ist, können. statt einer Überhitzerheizfläche 9 auch
mehrere überhitzerheizflächen im Dampferzeuger 1 angeordnet sein. Insbesondere bei
modernen Anlagen mit hohen Dampftemperaturen .und Dampfdrücken ragen die Überhitzerheizflächen
teilweise bis in die Brennkammer hinein. In diesem Fall wird die Zwischenstelle
8 des Dampferzeugerrohrsystems beispielsweise erst hinter der letzten, als Brennkammerauskleidung
dienenden überhitzerheizfläche angeordnet sein. Die Heizdampfleitung 56 muß nicht
unbedingt unmittelbar aus der Bypaßleitung 42 abzweigen; sie kann beispielsweise
- wenn es konstruktiv einfacher ist - auch aus dem Dampfraum des Wasserabscheiders
44 austreten. Das gleiche gilt von den Abzweigleitungen 57 und 59, die ebenfalls
direkt an den Dampfraum des Wasserabscheiders oder eine der Heizdampfleitung 56
gleichwertige Leitung angeschlossen sein können.