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Dampfkraftanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage mit Kreislauf eines Arbeitsmittels durch einen Zwangdurchlaufdampferzeuger, eine mindestens in zwei Druckstufen unterteilte Dampfkraftmaschine, einen zwischen zwei Druckstufen eingeschalteten Zwischenüberhitzer sowie einen Kondensator.
Die Erfindung ist gekennzeichnet durch zwei Entnahmevorrichtungen für Arbeitsmittel, von denen die eine im Umwandlungsbereich zwischen der Zone flüssigen und der Zone überhitzten dampfförmigen Arbeitsmittels an das Rohrsystem des Dampferzeugers und die zweite an das Ende dieses Rohrsystems sowie an das Eintrittsende des Zwischenleiters angeschlossen ist, und ferner durch zweierlei an diese Entnahmevorrichtungen angeschlossene Abführleitungssysteme,
von denen das erste System unter Parallelschaltung der beiden Entnahmevorrichtungen in den Arbeitsmittelkreislauf zurückführt und das zweite System in Hintereinanderschaltung die erste Entnahmevorrichtung mit der zweiten verbindet und aus der zweiten an eine Stelle ausserhalb des Kreislaufs führt. In weiterer Durchführung der Erfindung kann im zweiten Abführleitungssystem hinter der zweiten Entnahmevorrichtung ein Abscheider angeordnet sein, aus dem abgeschiedener Dampf dem Arbeitsmittel an einer Stelle nach seinem Austritt aus der Kraftmaschine und vor Wiedereintritt in den Dampferzeuger zugeführt und abgeschiedenes Wasser an eine Stelle ausserhalb des Kreislaufs abgeführt wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, das zweite Abführleitungssystem an die Wasseraufbereitungsanlage ausserhalb des Kreislaufs zu führen, aus der aufbereitetes Wasser wieder in den Kreislauf zurückgeführt wird. Ferner kann es zweckmässig sein, in der zweiten Entnahmevorrichtung abgetrennten Dampf dem Kreislauf an einer Stelle vor dem Zwischenüberhitzer zuzuführen. In den Abführleitungssystemen können Regelorgane angeordnet sein, welche, nach Betriebsgrössen geregelt, die abzuführende Arbeitsmittelmenge einstellen. Mittels der im ersten Abführleitungssystem vorgesehenen Regelorgane kann, nach Betriebsgrössen während des Anfahrens oder anomalen Betriebes der Anlage geregelt, die abzuführende Arbeitsmittelmenge eingestellt werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, mittels im zweiten Abführleitungssystem angeordneten Regelorganen, die nach Betriebgrössen während des Dauerbetriebes geregelt werden, die aus dem Kreislauf abgeschlämmte Flüssigkeitsmenge einzustellen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind auch aus der Zeichnung und der nachstehenden Beschreibung zu entnehmen, in der Beispiele von Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung an Hand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Schaltbilder erläutert sind.
Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer bei unterkritischem Druck betriebenen Dampfkraftanlage. In Fig. 2 ist das Schaltbild für eine mit kritischem oder überkritischem Druck betriebene Dampfkraftanlage wiedergegeben.
In beiden Figuren sind die gleichen Einrichtungen mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Mit 1 ist der Zwangdurchlaufdampferzeuger bezeichnet. Die in zwei Druckstufen unterteilte Dampfkraftmaschine ist mit 2 und 3 bezeichnet. 4 ist der von der Kraftmaschine angetriebene Generator. Mit 5 ist der zwischen den beiden Druckstufen eingeschaltete Zwischenüberhitzer bezeichnet. Der Kondensator ist mit 6, die Speisewasserpumpe mit 7 und der Economiser mit 8 bezeichnet.
Das Arbeitsmittel gelangt nach Fig. 1 mittels der Speisewasserpumpe 7 zu dem Economiser 8 im Dampferzeuger und von hier zu der Verdampferheizfläche 9. Von dieser Heizfläche strömt das Arbeitsmittel zu der ersten Entnahmevorrichtung 10. Von hier gelangt ein Teil des Arbeitsmittels über die Leitung 11 zu dem Überhitzerteil 12 und von hier über die Leitung 13, die mit den üblichen Regelventilen
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14 ausgerüstet ist, zu der Hochdruckstufe 2 der Turbinenanlage.
Der die Hochdruckstufe vedasssnde Dampf wird über die Leitung 15 dem Zwischenüberhitzer 5 und von diesem über die Niederdruckstufe 3 der Kraftmaschine und die Leitung 16 dem Kondensator 6 zugeführt. Die Verbindung zwischen dem Kondensator und derSpeisewasserpumpe 7 ist mittels derlettung 17 mit der Pumpe 18 und dem Speisewassergefäss 19 hergestellt.
In der Entnahmevorrichtung 10, die als Kesselwasserabscheider ausgebildet ist, wird das von der Verdampferheizfläche 9 kommende Arbeitsmittel in Wasser und Dampf getrennt. Das abgeschiedene Wasser verlässt die Entnahmevorrichtung über die Leitung 20, die mit einer zweiten Entnahmevorrichtung 21 verbunden ist. In der Leitung 20 ist ein Regelventil 22 vorgesehen dessen Öffnung durch die erste Wasserstandsmesseinrichtung 23 für einen relativ niedrigen Wasserstand inbegrenzter HöheinderEntnahmevor richtung 10 geregelt wird. Die Impulsübertragungsleitung von dieser Messvorrichtung ist mit 24 bezeichnet.
Zwischen dem Regelorgan 22 und dem Austritt aus der Entnahmevorrichtung 10 ist eine Rückschlag-
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20mevorrichtung nach eine Leitung 26 ab, die über einen Kühler, beispielsweise eineEinspritzvQfzichtung 26a, zu dem Kondensator 6 führt. In der Leitung 26 ist ebenfalls ein Regelorgan 27 vorgesehen, dessen Betätigung von einer zweiten Wasserstandsmesseinrichtung 28 für einen relativ höheren Wasserstand in der Entnahmevorrichtung 10 über die Impulsübertragungsleitung 29 beeinflusst wird.
Das von der Entnahmevorrichtung 10 über die Leitung 20 in die Entnahmevorrichtung 21 gelangende
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Druck herrscht als in der Entnahmevorrichtung 10, noch weiterhin in Dampf und Wasser getrennt. Der hier abgetrennte Dampf strömt über die Leitung 30 in die zum Zwischenüberhitzer 5 führende Leitung 15. Die Austrittsseite des Zwischenüberhitzers ist zweckmässig über die mit einem Absperrorgan versehene Leitung 15a an den Einspritzkühler 26a angeschlossen. Das in der Entnahm evorrichtung 21 abgetrennte W as ser wird über die mit einem Absperrorgan 31 versehene Leitung 32 dem Ausdampfgefäss 33 zugeführt. Die Öffnung des Organs 31 wird von der ersten Wasserstandsmesseinrichtung 34 für einen niedrigen Wase
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Zwischen dem Regelorgan 31 und der Entnahmevorrichtung 21 ist auch hier eine Rückschlagklappe 36 vorgesehen. Von der Leitung 32 zweigt zwischen der Rückschlagklappe und der Entnahmevorrichtung noch die Leitung 37 ab, die in die zum Kondensator 6 führende Leitung 26 einmündet. Die Leitung 37 ist ebenfalls mit einem Regelventil 38 ausgerüstet, das in Abhängigkeit von dem Wasserstandsmessgerät 39 für einen höheren Wasserstand dieser Entnahmevorrichtung über die Impulsiibertragungsleitung 40 geregelt wird.
Das über die Leitung 32 in das Ausdampfgefäss 33 eintretende Arbeitsmittel wird in diesem nochmals in Dampf und Wasser getrennt und der Dampfanteil wird über die Leitung 41 in das Speisewassergefäss 19 oder in einen Vorwärmer 19a geführt. Das aus dem Ausdampfgefäss 33 über die Blende 42 abgeführte salzhaltige Wasser kann einer hier nicht gezeigten Entsalzungsanlage zugeführt werden, nach deren Durchlauf es in entsalztem Zustand dem Kreislauf des Arbeitsmittels an der passenden Stelle wieder zageführt werde" kann.
Während des Normalbetriebes der Dampfkraftanlage übernehmen die von den Messgeräten 23 bzw. 34 beeinflussten Ventile 22 bzw. 31 der Entnahmevorrichtungen 10 bzw. 21 die Abführung von in diesen beiden Entnahmevorrichtungen abgeschiedenen Wassermengen. Das Ventil 22 wird so beaufschlagt, dass es etwa 4 % des bei Normalbetrieb umlaufenden Arbeitsmittels über die Leitung 20 der Entnahmevorrichtung 21 zuführt, wo etwa 1/3 dieser Menge ausdampft.
Dieser Dampf wird über den Zwischenüberhitzer 5 in den Kreislauf zurückgeführt. Das in der Entnahmevorsichtung 21 anfallende Wasser wird in das Ausdampfgefäss 33 geführt und der hier abgetrennte Dampf gelangt in das Speisewassergefäss. Es ist zweckmässig, wenigstens einen Teil des im Ausdampfgefäss 33 anfallenden Abschl mmwassers über die Blende oder Ablassregeleinrichtung 42 in dieSpeisewasseraufbereitungs-oder Reinigungsanlage, z. B. eine Totalentsalzungsanlage, zurückzuführen und zu entsalzen. Durch die mehrfache Ausdampfung und durch das Zurückführen der Wärme des aus der Anlage abgeführten Wassers auf einer möglichst hohen Stufe in den Prozess gelingt es, den ökonomischen Betrieb der ganzen Anlage bedeutend zu verbessern.
Beim Anfahren und bei Schwachlast oder bei anormalem Betrieb fällt eine wesentlich grössere Wassermenge in den Entnahmevorrichtungen an. Es ist unzweckmässig, eine derartig grosse Wassermenge auf dem für Normalbetrieb der Kesselanb. ge üblichen Weg abzuführen, weil durch die dabei in der Entnah- mevorrichtung 21 entstehende grosse Dampfmenge die Temperatur vor dem Zwischenüberhitzer 5 zu tief abgesenkt werden könnte und anderseits das Speisewassergefäss 19, in das der grösste Teil-des in flüssiger Form aus der Entnahmevorrichtung 21 abgeführten Arbeitsmittels zuletzt einmündet, mit zu grossen Sicherheitsventilen oder andern geeigneten Mitteln zur Abführung desSchwadcI1dampfesausgerüstet werden müsste.
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Um dies zu vermeiden, sind die in den Leitungen 26 und 37 angeordneten Regelventile 27 und 38 grösser dimensioniert als die Regelventile 22 und 31, so dass sie in der Lage sind, den Abfluss der bei den anormalen Betriebsfällen anfallenden grossen Wasser-oder Kondensatmengen in den Kondensator ohne weiteres zu regeln. Steigt also der Wasserspiegel in den Entnahmevorrichtungen 10 und 21 über die Höhe hinaus, bis zu welcher die Wasserstandsmesseinrichtungen 23 und 34 die Regelaufgabe für die Ventile 27 und 31 übernehmen, so fällt die weitere Regelaufgabe den Ventilen 27 und 38 zu, und die in den Entnahmevorrichtungen. anfallenden grossen Wassermengen werden über den Einspritzkühler 26a in den Kondensator zurückgeführt.
Dieser Einspritzkühler kann so ausgebildet sein, dass die bei der Entspannung des abgeführten Arbeitsmittels entstehenden voluminösen Bampischwaden in den Abdampfstlitzen der Turbine und nur das Restwasser in den unteren Teil des Kondensators gelangen.
Während z. B. jedes der Regelventile 22 und 31 für die Bewältigung vonmaximal 10 % der Arbeitmittelmenge eingerichtet sind, werden im Kesselnormalbetrieb über das Ventil 22 etwa 4 % der Arbeitsmittelmenge abgeführt. Davon werden über das nachgeschaltete Regelventil 31 etwa 2,5 % an flüssigem Arbeitsmittel dem Ausdampfgefäss 33 zugeführt und etwa 1, 5 % strömt in Dampfform dem Zwischen überhitzer 5 zu. Während des Normalbetriebes bleiben die Ventile 27 und 38 geschlossen. Bei anormalen Betrieb werden über das Ventil 27 etwa maximal 20 % und über das Ventil 38, zu dem auch noch die mit dem Bypassventil 43 versehene Bypassleitung 41 führt, maximal etwa 30 - 50 % der Arbeitsmittelmenge abgeführt. Aus dem Ausdampfgefäss 33 strömt etwa 1 % des Arbeitsmittels ab, um einer Entsalzungsanlage zugeführt zu werden.
Etwa l, 5 % der Arbeitsmittelmenge wird in Form von Dampf dem Speisewassergefäss zugeführt.
Die Regelventile 22 und 31 sind normalerweise dauernd in Betrieb, so dass unter Umständen mit ihrer schnelleren Abnützung gerechnet werden muss. Während der Zeit, in welcher eine Überholung dieser Ventile durchgeführt wird, können die Ventile 27 und 38 als Reserveventile benutzt werden. Die letzteren übernehmen den Betrieb automatisch, sobald die Ventile 22 und 31 durch besondere Absperrventile ausser Betrieb gesetzt worden sind und demzufolge der Wasserstand in den Entnahme Vorrichtungen gestiegen ist.
Mit Hilfe der erfindungsgemässenSchaltung wird es ermöglicht, einerseits 4 solo, unter Umständen auch mehr, je nach Arbeitsmitteldruck, aus dem Kreislauf des Arbeitsmittels in der Kesselanlage abzuführen, wobei festgestellt wurde, dass bei diesen abgeführten Wassermengen die erstrebte Salzkonzentration auf die günstigste Art erreicht wird, während anderseits aber aus ölnonomischen Gründen nur etwa 0, 5 - 10/0 dieser Menge dauernd zur Wasseraufbereitung abgeführt zu werden braucht.
Ferner wird erreicht, dass die mit dem abgeführten Wasser anfallende Wärme auf einer möglichst hohen Stufe bzw. in zwei Stufen dem Arbeitsmittelkreislauf wieder zugeführt wird und durch die stattfindende zweistufige Ausdampfung die Salzkonzentration im schliesslich abgeführten Restwasser ungefähr verdoppelt wird.
Während bisher die Anwendung der erfindungsgemässen Einrichtungen für einen bei unterkritischem Druck betriebenen Dampferzeuger beschrieben ist, so lassen sich diese auch für einen Dampferzeuger, der für überkritischen Druck ausgelegt ist, anwenden. Auch ein derartiger Dampferzeuger lässt sich mit der erfindungsgemässen Schaltung sehr ökonomisch mit stark reduzierten Abschlämmengen betreiben. In Fig. 2 ist ein derartiger überkritisch betriebener Dampferzeuger schematisch dargestellt. Die Entnahmevorrichtung kann entweder, wie in Fig. 2 gezeigt ist, ausserhalb des Kessels oder innerhalb des Kessels angeordnet sein.
Da bei überkritisch betriebenen Dampferzeugern an jeder Stelle ihres Rohrsystems nur eine Phase des Arbeitsmittels vorhanden ist, kann hier auch die Regelung für die aus der Entnahmevorrichtung abzuführende Arbeitsmittelmenge nicht mehr durch die Höhe des Wasserstandes geregelt werden, sondern für die aus dieser Entnahmevorrichtung abzuführenden Arbeitsmittelmengen ist z. B. eine von der Temperatur des Arbeitsmittels an bestimmten Stellen im Rohrsystem des Dampferzeugers abhängige Regelung vorgesehen. Die Regelung kann aber auch z. B. in Abhängigkeit vom Salzgehalt des Arbeitsmittels erfolgen.
Nach Fig. 2 gelangt das Arbeitsmittel vom Teil 8 des Economisers über den zweiten in der Brennkammer untergebrachten Economiserteil 50 zu dem ersten Überhitzelteil 51. Zwischen diesen beiden Heizflächenteilen befindet sich derUmwandlungsbereich zwischen der Zone flüssigen und dampfförmigen Arbeitsmittels. In diesem Bereich ist eine Entnahmevorrichtung 52 ausserhalb des Dampferzeugers untergebracht, die gegebenenfalls bei Normalbetrieb z. B. durch Absperrorgane 55 und eine Bypassleitung 56 ausser Betrieb gesetzt werden kann. An diese Entnahmevorrichtung ist die Entnahmeleitung 20 angeschlossen, die zu den parallel geschalteten Regelventilen 22 und 27 führt.
Die Betätigung dieser Ventile wird hier von dem Temperaturfühler 53, der an einer geeigneten Stelle der Überhitzerheizfläche 51 vorgesehen ist, über die Impulsleitung 54 beeinflusst.
Während des Normalbetriebes bleiben die beiden Ventile 22 und 27 geschlossen. Beim Anfahren und bei sonstigem anormalen Betrieb werden si & aber entsprechend den in der Heizfläche 51 herrschenden und
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vom Temperaturfühler 53 festgestellten Temperaturverhältnissen betätigt. Wenn z. B. die vom Temperaturfühler festgestellte Temperatur zu tief ist, so öffnet bei kleiner Abweichung von der Solltemperatur das Ventil 22 und lässt eine gewisse Arbeitsmittelmenge zu der Entnahmevorrichtung 21 abströmen. Wird aber die Solltemperatur an der Stelle 53 stark unterschritten und werden damit die abzuführenden Wassermengen sehr gross, so öffnet das Ventil 27 und lässt Flüssigkeit zu dem Kondensator 6 abströmen.
Auch bei dieser überkritisch betriebenen Anlage arbeiten also die verschieden gross dimensionierten Regelventile 22 und 27 auf die gleiche Weise wie dies bei der mit unterkritischem Druck betriebenen Dampfanlage der Fall ist, nur dass sie hier temperaturabhängig gesteuert werden.
Bei einem grossen Wasseranfall im Dampferzeuger, wie er z. B. beim Anfahren vorkommt und bei dementsprechend sehr niederer Temperatur an der Temperaturmessstelle 53, lässt das Regelventil 27 eine bestimmte Wassermenge zu dem Kondensator 6 abströmen, bei geringem Wasseranfall und dementsprechend etwas höherer Temperatur an der Messstelle 53 öffnet das Regelventil 22 und gibt den Weg für eine bestimmte kleinere Wassermenge zu der Entnahmevorrichtung 21 frei. Diese wird dort ausgedampft und zum Teil als Dampf dem Zwischenüberhitzer und zum Teil als Flüssigkeit dem Ausdampfgefäss 33 zugeführt, wie es auch bei der bei unterkritisch betriebenen Kesselanlage der Fall ist.
Auch hier wird daher ein schnelles Hochfahren der Anlage erreicht und überdies auch die Wärme des abgeführten Wassers dem Kreislauf des Arbeitsmittels auf möglichst hohem Niveau wieder zugeführt. Ferner werden auch hier, wie beim unterkritisch betriebenen Dampferzeuger, die Nachteile der bei normalem Betrieb sehr ökonomisch
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eingeschalteten Zwischenüberhitzer und einen Kondensator, gekennzeichnet durch zwei Entnahmevorrichtungen (10,21) für Arbeitsmittel, von denen die eine (10) im Umwandlungsbereich zwischen der Zone flüssigen und der Zone überhitzten dampfförmigen Arbeitsmittels an das Rohrsystem (9, 12) des Dampferzeugers und die zweite (21) an das Ende dieses Rohrsystems sowie an das Eintrittsende des Zwischenüberhitzers (5) angeschlossen ist,
und ferner durch zweierlei an diese Entnahmevorrichtungen angeschlossene Abführleitungssysteine, von denen das erste System unter Parallelschaltung der beiden Entnahmevorrichtungen in den Arbeitsmittelkreisla. uf zurückführt und das zweite System in Hintereinanderschaltung die erste Entnahmevorrichtung mit der zweiten verbindet und aus der zweiten an eine Stelle ausserhalb des Kreislaufes führt.