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Die Erfindung betrifft ein Dampfkraftwerk mit Dampferzeuger, Hauptdampfleitung, Dampf- turbine und mit einem Speichergefäss mit Dampfraum und Wasserraum, das als Dampfausfallreserve dient, indem es bei Ausfall des Dampferzeugers den Weiterbetrieb der Dampfturbine ermöglicht.
Die Erfindung ist für alle Arten von Dampfkraftwerken geeignet. Mit besonders grossem Vorteil kann die Erfindung für Kernkraftwerke eingesetzt werden, bei denen aus Gründen der im allge- meinen hohen Blockleistung mit Rücksicht auf das Netz eine sofortige, d. h. innerhalb von Sekunden oder Sekundenbruchteilen einsetzbare, Ausfallreserve für den Reaktor und Dampferzeuger gegeben sein muss und eine langfristige, z. B. stundenweise, Überlastbarkeit wirtschaftlich sehr vorteilhaft ist. Eine weitere, besonders vorteilhafte Anwendung ist bei sonnenbeheizten Dampfkraftwerken gegeben, bei denen sowohl eine kurzfristige Ausfallsreserve mit Rücksicht auf kurzzeitige plötz- liche Unterbrechungen der Sonneneinstrahlung, z.
B. durch vorüberziehende Wolken, als auch eine längerfristige Ausfallsreserve zum Ausgleich der in der Nacht fehlenden Sonneneinstrahlung vor- handen sein muss.
Speichergefässe, die Heisswasser enthalten, sind an sich bekannt. Die bisher bekanntgewor- denen Ausführungen haben aber schwerwiegende Nachteile : Als Gefällespeicher (Speicher mit variablem Druck) ausgebildete Speichergefässe verlieren bei Dampfentnahme relativ rasch an Druck, womit die Durchsatzleistung durch die Turbine und die Arbeitsfähigkeit rasch absinken ; sie können daher nicht oder nur unter Inkaufnahme eines starken Leistungsabfalles mit der Frischdampf- leitung verbunden werden.
Gleichdruckspeicher (Speicher mit Wasserumwälzung) haben den Nachteil, dass bis zur Dampflieferung eine gewisse Zeit vergeht, welche zum Anstarten der Umwälzpumpe und zur Förderung des Heisswassers zum Entspanner oder Wärmetauscher erforderlich ist, so dass dieser Speichertyp bei den heutigen hohen Anforderungen als sofort verfügbare Ausfallsreserve ebenfalls nicht geeignet erscheint. Auch bei dem sogenannten Expansionsspeicher, der ähnlich wie der Gleichdruckspeicher eine weitgehende Konstanz des Druckes aufweist und bei welchem
Wasser nicht umgewälzt, sondern aus dem Speichergefäss entspannt und sodann einem Niedertemperaturgefäss zugeführt wird, vergeht bis zum Einsetzen der Dampflieferung eine für den Einsatz als Ausfallreserve zu lange Zeit.
Die Erfindung vermeidet die Nachteile der beschriebenen bekannten Speicheranordnung unter Beibehaltung von deren Vorteilen, nämlich der schnellen Einsatzbereitschaft des Gefällespeichers und der weitgehenden Konstanz des Druckes beim Gleichdruck- oder Expansionsspeicher.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraum des Speichergefässes über Entspanner und dampfführende Rohrleitungen mit der Hauptdampfleitung oder der Dampfturbine des Dampfkraftwerkes verbunden ist und mindestens eine der mit dem Wasserraum des Speichergefässes verbundenen Rohrleitungen in die Hauptdampfleitung an einer Stelle einmündet, an der der Druck niedriger ist als der Druck der mit dem Dampfraum des Speichergefässes verbundenen Rohrleitung.
Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal ist zwischen der Rohrleitung, die vom Dampfraum des Speichergefässes zur Hauptdampfleitung führt, und der Rohrleitung, die mit dem dem Speichergefäss zunächst angeordneten Entspanner verbunden ist, eine Verbindungsleitung mit einem Entladeventil angeordnet.
Weitere Kennzeichen der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen.
Mit der erfindungsgemässen Anordnung wird unmittelbar nach dem Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger die zum Aufrechterhalten der vollen oder nahezu vollen Turbinenleistung erforderliche Dampfmenge aus dem Speicher entnommen, u. zw. vorzugsweise mit Frischdampfdruck, so dass keine Unterbrechung der Dampflieferung und der von der Turbine abgegebenen Leistung eintritt. Der Speicher arbeitet also zu Beginn der Entladung als Gefällespeicher. Um seinen Druck weitgehend zu erhalten, wird jedoch kurz nach dem Ausfall und nach dem Einsetzen der Dampfentnahme aus dem Dampfraum in kontrollierter Weise je nach den Anforderungen des Netzes an die von der Turbine abzugebende Leistung weitgehend auf Wasserentnahme (Expansionsspeicherbetrieb) umgeschaltet, wobei der Druck und die Temperatur im Speicher nunmehr nahezu konstant bleiben.
Dabei ergibt sich unter Umständen eine gewisse Leistungseinbusse gegenüber Frischdampfbetrieb aus dem Dampfraum, die aber relativ gering gehalten werden kann, z. B. dadurch, dass erfindungsgemäss der Dampf aus dem ersten Entspanner vor dem Zwischenüberhitzer eingeleitet
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und durch kondensierenden Dampf aus dem Dampfraum des Speichers überhitzt wird. Auch ist zu beachten, dass bei Speicherbetrieb alle Anzapfungen der Turbine ausser Betrieb sind, da ja die
Speisepumpe des Dampferzeugers wie auch die Kondensatpumpe abgestellt werden.
In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstan- des an Hand von Schaltbildern dargestellt. Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Dampfkraftwerk mit Überhitzer, jedoch ohne Zwischenüberhitzer, Fig. 2 ein solches mit Überhitzer und Zwischenüberhitzer, Fig. 3 ein Dampfkraftwerk ohne Überhitzer, jedoch mit Zwischenüberhitzer, eine Schaltung wie sie bei heutigen Kernkraftwerken üblich ist.
In der Fig. l bedeutet-la-den Dampferzeuger mit Überhitzer --lb--. Der Dampferzeuger kann z. B. mit Öl oder Kohle gefeuert oder mit Sonnenenergie beheizt sein. Über die Hauptdampfleitung --2--, welche bei dieser Anordnung nur aus einem Frischdampfteil besteht, und über das Turbinenventil-18-wird die Dampfturbine --3-- angespeist. Ihr Abdampf wird in einem Kondensator --29-- niedergeschlagen. Das Speichergefäss --4-- mit einem Dampfraum --5-- und einem Wasserraum --6-- ist über die Rohrleitung --7-- mit der Hauptdampfleitung --2-- verbundden. In dieser Rohrleitung --7-- ist ein Ladeventil --33--, ein Entladeventil --17-- und vorzugsweise ein Überhitzungsspeicher --25-- angeordnet, der auch aus mehreren hintereinandergeschalteten Teilen --25a, 25b-- bestehen kann.
Der Überhitzungsspeicher kann ein Heisswasserspeicher hohen Druckes oder ein Festkörperspeicher oder ein Speicher mit hochsiedender Flüssigkeit (z. B.
Glyzerin, Thermoöl oder Alkalimetall) sein.
Bei der Entladung wird aus dem Wasserraum --6-- des Speichergefässes --4-- Wasser entnommen und über die Entspannerarmaturen --21, 22, 23-- den Entspannern --9a, 9b, 9c-- zugeleitet, in denen durch Druckabsenkung Dampf erzeugt wird, der über die dampfführenden Rohrleitungen --8a, 8b, 8c-- unter Benutzung von Teilstücken der Anzapfleitungen-26a, 26b, 26c, 26d-- den entsprechenden Druckstufen der Dampfturbine --3-- zugeführt wird. Vorzugsweise wird
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Weise einen Überhitzer enthalten. Die Regelung der Dampfabgabe erfolgt mit Hilfe des Umgehungs- ventils-24-.
Um zu Beginn der Entladung bei plötzlichem Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger --1-- ein sofortiges Einsetzen des Wasserumlaufes im Speichergefäss --4-- zu erzielen, sind im oberen Teil des Wasserraumes umlauffördernde Einbauten --12a, 12b-- vorgesehen sowie im Dampfraum phasentrennende Einbauten --27--. Ausserdem ist im Dampfraum eine Sprüheinrichtung --13-- vorgesehen, die über eine Leitung mit Füllventil --20-- mit dem warmen Ende --14-- der Speisewasserkette --28-- verbunden ist.
Das bei der Entladung des Speichergefässes --4-- als Expansionsspeicher freiwerdende abgekühlte Wasser wird in einem Wasservorratsbehälter --15-- gesammelt, der in diesem Falle mit dem Speisewasserbehälter kombiniert ist.
Die Entladung des Speichergefässes --4-- erfolgt zunächst vom Dampfraum über die Rohrleitung --7--, den Überhitzerspeicher --25-- und das Ladeventil --33--, das als schnellöffnendes Ventil ausgebildet ist, sowie das Rückschlagventil --34--. Je nach den Druckverhältnissen kann die Entladung anstatt in die Frischdampfleitung auch über die Verbindungsleitung --16-- und das Entladungsventil-17-in eine Stufe der Turbine --3-- mit geringerem Druck erfolgen.
In der Fig. 2 ist für ein Dampfkraftwerk mit Überhitzer und Zwischenüberhitzer eine Variante der Schaltung nach Fig. 1 dargestellt. Hier erfolgt die Ladung des Speichergefässes --4-- nicht mit Frischdampf, sondern mit Dampf aus einer, vorzugsweise der ersten, Anzapfstufe. Ebenso erfolgt die Entladung des Speichers in diese Stufe. Es ist ein Lade/Entladeventil --19-- und vorzugsweise ein Überhitzungsspeicher --25-- vorgesehen.
Die Schaltung nach Fig. 3, welche besonders für Kernkraftwerke heutiger Bauart geeignet ist, unterscheidet sich von der Schaltung nach Fig. 1 und 2 vor allem dadurch, dass ein Feuchtig- keitsabscheider --30-- und ein dampfbeheizter Zwischenüberhitzer --10-- vorhanden sind. Der Zwischenüberhitzer --10-- wird bei der Entladung des Speichers über die Rohrleitung --7-- und die Dampfleitung --11-- mit Sattdampf entsprechenden Druckes beheizt. Das im Feuchtigkeitsabschei-
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der --30-- abgeschiedene Wasser und das Kondensat aus dem dampfbeheizten Zwischenüberhitzer --10-- werden vorzugsweise über eine gemeinsame Leitung --31-- dem Entspanner von entsprechendem Druck --9b-- zugeleitet.
Während für die Überhitzung des Dampfes aus dem ersten Entspanner --9a-- der vorhandene Zwischenüberhitzer --10-- herangezogen wird, erfolgt erfindungsgemäss die Überhitzung des Dampfes aus dem zweiten Entspanner --9b-- mit Hilfe eines mit Speicherwasser beheizten Überhitzers --32--.
Zum Unterschied von Fig. 1 ist hier der Wasservorratsbehälter-15-getrennt vom Speisewasserbehälter angeordnet.
An Stelle des Ladeventils --33--, des Rückschlagventils --34-- und des Entladeventils --17-der Fig. 1 tritt in diesem Fall, bei welchem Frischdampfdruck und Speicherdruck gleich oder annähernd gleich gross sind, ein gemeinsames Lade/Entladeventil --19--.
Das Verfahren zum Betrieb der in den Fig. 1 bis 3 beispielsweise dargestellten Einrichtungen besteht z. B. für die Anordnung nach Fig. 1 darin, dass beim Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger --1-- das Entladeventil --17-- und die Entspannerarmaturen --21, 22, 23-- gleichzeitig und rasch geöffnet werden und dass sodann das Entladeventil --17-- nach Bedarf wieder geschlossen wird.
Das Verfahren zum Betrieb der Anordnung nach Fig. 2 zwecks ununterbrochener Energieerzeugung beim Ausfall der Dampflieferung aus dem Dampferzeuger --1-- besteht darin, dass im normalen Betrieb das Turbinenventil --18-- sowie das Lade/Entladeventil --19-- geöffnet sind, während das Füllventil --20-- und die Entspannerarmaturen --21--, 22, 23-- sowie das Umgehungsventil --24-- geschlossen sind, dass unmittelbar nach dem Ausfall des Dampferzeugers --1-- die
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gen Durchsatz von Kühldampf geschlossen wird.
Weitere Verfahrensmerkmale bestehen darin, dass zur Regelung der Turbinenleistung im Sinne einer Erhöhung die Öffnung der Entspannerarmaturen mit dem höheren Druck --21-- gegenüber der Entspannerarmatur mit dem niedrigeren Druck --23-- vergrössert wird, so dass das Druckniveau in der Dampfleitung und damit die Schluckfähigkeit der Turbine erhöht werden.
Um auch bei etwas absinkendem Druck im Speichergefäss --4-- das Verhältnis der Dampfströme in den Entspannerdampfleitungen --8a, 8b, 8c-- konstant zu halten, wird das Umgehungsventil --24-- zuerst etwas geöffnet und gegen Ende der Entladung wieder geschlossen.
Ein weiteres Verfahrensmerkmal besteht darin, dass zwecks kurzzeitiger Leistungserhöhung das Turbinenventil --18-- geöffnet oder seine Öffnung vergrössert wird, so dass Dampf mit annähernd Frischdampfzustand in die Turbine strömt.
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