<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Spitzenlast- oder Überlasterzeugung aus einem
Dampfkraftwerk, insbesondere Kernkraftwerk oder Sonnenkraftwerk, bestehend aus einem Hauptkreis- lauf mit einem Frischdampferzeuger, einer Dampfturbine, einem Speichergefäss, Speisewasservor- wärmern und vorzugsweise einem Speisewasserbehälter. Das Speichergefäss hat einen Dampfraum und einen Wasserraum. Der Dampfraum des Speichergefässes ist über eine Dampfleitung mit einer stromaufwärts von der höchsten Entnahmestufe liegenden Stelle des Hauptkreislaufes, insbesondere der Frischdampfleitung, verbunden.
Heisswasserspeicher, welche parallel zur Speisewasservorwärmerkette geschaltet sind und bei Bedarf an Spitzenlast oder Überlast den Dampferzeuger mit vorgewärmtem Speisewasser ver- sorgen, sind bekannt. Ihre Wirkung beruht darauf, dass die letzten oder alle Stufen der Anzapfung aus der Turbine geschlossen werden, so dass im Niederdruckteil der Turbine ein höherer Massen- fluss als im Normalfall und damit eine höhere als die normale Leistung erreicht werden.
Diese bekannte Schaltung ist in ihrer Leistung beschränkt, wobei die maximale Überlast durch vollständiges Schliessen der Anzapfungen gegeben ist. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wegen der Abhängigkeit der Anzapfungsdrücke und damit der Speisewassertemperatur von der Last bei der Ladung und bei der Entladung Verluste auftreten, die eine Verringerung des
Speicherwirkungsgrades bewirken. Ferner ist der Auslegungsdruck des Speichergefässes an die
Speisewassertemperatur gebunden, d. h. der Auslegungsdruck des Speichers kann sinnvoll nicht oder nicht wesentlich über den der Speisewassertemperatur entsprechenden Sättigungsdruck gelegt werden. Bei den bisherigen Dampfkraftwerken haben Speisewassertemperatur und wirtschaftlich optimaler Speicherdruck etwa zusammengepasst.
Neuere Entwicklungen haben einerseits eine Reduk- tion der Speisewassertemperatur mit sich gebracht (wie z. B. bei den Leichtwasserreaktoren,
Schwerwasserreaktoren oder gasgekühlten Reaktoren), anderseits ist es mit der Entwicklung der vorgespannten Speichergefässe möglich und wirtschaftlich sinnvoll geworden, hohe und höchste
Speicherdrücke anzuwenden, so dass der optimale Speicherdruck wesentlich höher liegt als der der Speisewassertemperatur entsprechende Sättigungsdruck.
Die erfindungsgemässe Ausführung vermeidet die beschriebenen Nachteile dadurch, dass aus dem Speichergefäss entnommene Heisswasser zunächst zur Erzeugung von Dampf hohen oder mittleren Druckes verwendet werden, der der Dampfturbine zugeführt wird, und sodann als Speisewasser verwendet wird.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfraum des Speichergefässes über eine Heisswasserladeleitung mit dem Hauptkreislauf verbunden ist, die zwischen der höchsten Vorwärmstufe und dem Frischdampferzeuger abzweigt, und dass der Wasserraum des Speichergefässes mit einem ein- oder mehrstufigen Dampferzeuger verbunden ist, der dampfseitig über eine Arbeitsdampfleitung mit der Dampfturbine und wasserseitig über eine Heisswasserleitung mit dem Hauptkreislauf zwischen der höchsten Vorwärmstufe und dem Frischdampferzeuger verbunden ist.
Weitere Kennzeichen der Erfindung bestehen darin, dass der Dampferzeuger aus einem oder mehreren Entspannern oder aus einem oder mehreren Wärmeübertragern besteht und dass der Dampferzeuger einen oder mehrere von Heisswasser durchflossene Überhitzer enthält. Der Dampferzeuger enthält ferner vorzugsweise Wärmeübertrager, deren Primärseite über Heisswasserleitungen mit dem Wasserraum des Speichergefässes verbunden ist, wogegen die Sekundärseite einerseits über Speiseleitungen, die aus dem Hauptkreislauf, insbesondere aus den Dampftrocknern und/oder dem Zwischenüberhitzer, abgeschiedenes Wasser dem Wärmeübertrager zuführen, und anderseits über Dampfleitungen mit dem Hauptkreislauf verbunden ist.
Kennzeichen der Erfindung bestehen auch darin, dass die Arbeitsdampfleitung vor oder nach dem Zwischenüberhitzer in den Hauptkeislauf einmündet und dass die Dampfleitung der Speichergefässe zwischen dem Frischdampferzeuger und dem Zwischenüberhitzer vom Hauptkreislauf abzweigt.
Das Verfahren zum Betrieb der Anlage besteht insbesondere in folgendem : Für die Spitzenoder Überlast wird eine Entspannungsarmatur geöffnet, die Speicherwasserpumpe wird angefahren und die Fördermenge der Speisewasserpumpe reduziert, wobei bei vollem Spitzenbedarf die Fördermenge auf Null reduziert oder die Pumpe überhaupt abgeschaltet wird.
Zum Laden des Speichergefässes bei Betrieb des Hauptkreislaufes wird die Fördermenge der Speisewasserpumpe erhöht, die Wasserarmatur in der Heisswasserladeleitung geöffnet und
<Desc/Clms Page number 2>
die Dampfarmatur ebenfalls geöffnet.
Zur Regelung der Spitzen- oder Überlast wird die Öffnung der Entspannungsarmatur je nach erforderlicher Leistung geregelt, u. zw. derart, dass die Öffnung zur Erhöhung der Leistung vergrössert wird.
Im Betrieb der Anlage wird ferner die Fördermenge der Speicherwasserpumpe je nach der durch die Heisswasserleitung strömenden Wassermenge und/oder nach dem Wasserstand im Entspanner geregelt, u. zw. derart, dass die Fördermenge mit zunehmender Wassermenge und/oder steigendem
Wasserstand erhöht wird.
Mit den erfindungsgemässen Einrichtungen und den beschriebenen Verfahren werden daher wesentlich höhere Spitzenleistungen bzw. Überlastfaktoren erreicht als mit den bisher bekannten
Schaltungen, u. zw. ohne Zuhilfenahme einer getrennten Spitzenlastturbine. Ferner können die technologisch und wirtschaftlich heute möglichen hohen Speicherdrücke nunmehr sinnvoll ausge- nutzt werden, so dass sich hohe spezifische Speicherleistungen und hohe Speicherwirkungsgrade ergeben.
In den Zeichnungen sind beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Im einzelnen zeigt Fig. 1 das Prinzip des Erfindungsgedankens, Fig. 2, 3 und 4 zeigen Ausführungsformen der Dampferzeugungseinrichtung. Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Gesamtanordnung, wie sie insbesondere für Kernkraftwerke mit Wasserreaktoren geeignet ist. In Fig. 6 ist eine besonders für Kernkraftwerke mit gasgekühlten Reaktoren vorteilhafte
Ausführungsform des Erfindungsgedankens dargestellt. Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform, die besonders bei Dampfkraftwerken mit fossilgefeuerten Dampferzeugern Vorteile bietet.
In Fig. 1 bedeutet --1-- den Dampferzeuger, --2-- die Dampfturbine, --3-- das Speicher- gefäss mit Dampfraum --4-- und Wasserraum --5--. Die Speisewasservorwärmerkette ist mit --6a,
6b, 6c, 6d-- und der Speisewasserbehälter mit --7-- bezeichnet. Der Speisewasserbehälter ist zur Aufnahme des überschüssigen Kaltwassers eingerichtet ; alternativ kann ein gesonderter
Kaltwasservorratsbehälter vorgesehen werden.
Das Laden des Speichergefässes erfolgt einerseits mit vorgewärmtem Speisewasser über die Heisswasserladeleitung --11-- mit Ladeventil --28-- und anderseits mit Dampf von entsprechendem Druck und entsprechender Temperatur über die Dampfleitung --8-- und die Dampfarmaturen --29a, 29b--. In Fig. 1 ist beispielsweise Ladung durch Frischdampf aus der Frischdampfleitung - vorgesehen. Je nach Frischdampfzustand kann auch Anzapfdampf entsprechender Temperatur verwendet werden oder eine Umschaltmöglichkeit --29a, 29b-- vorgesehen werden.
Bei der Entladung des Speichergefässes --3-- wird diesem über eine Heisswasserleitung --25-- Heisswasser entnommen, einem ein- oder mehrstufigen Dampferzeuger --12-- zugeführt, der die Dampfturbine --2-- über die Arbeitsdampfleitungen --13a, 13b-- mit Dampf versorgt. Das teilweise abgekühlte Heisswasser wird sodann über eine Heisswasserleitung --14-- und eine Speicherwasserpumpe --26-- zwischen höchstem Speisewasservorwärmer --6a-- und Dampferzeuger --1-- in die Speiseleitung eingespeist. Gleichzeitig wird die Leistung der Speisewasserpumpe --27-- entsprechend zurückgenommen.
In Fig. 2 ist eine Ausführungsform des Dampferzeugers--12-dargestellt, u. zw. als zweistufiger Entspannungsdampferzeuger mit den Entspannern --15a, 15b-- und den zugehörigen Entspannungsarmaturen --30a, 30b--, mit deren Hilfe der Wasserstand in den nachgeschalteten Entspannungsdampferzeugern geregelt wird, während die Mengenregelung und damit Leistungsregelung mit Hilfe der Speicherwasserpumpe --26-- erfolgt.
In Fig. 3 ist eine Alternative zur Ausführung des Dampferzeugers --12-- nach Fig. 2 dargestellt, bei der das Heisswasser aus der Heisswasserleitung --25-- zum Teil über als Verdampfer dienende Wärmetauscher --16a, 16b-- geführt wird, während ein weiterer Teil der Sekundärseite der Wärmetauscher --16a, 16b-- als Speisewasser zugeführt wird, das im Wärmetauscher verdampft und gegebenenfalls leicht überhitzt wird.
In Fig. 4 ist eine weitere Alternative mit Entspannungsdampferzeugern --15a, 15b-- und nachgeschalteten Überhitzern --17a, 17b-- gezeigt. Die Überhitzer --17a, 17b-- werden mit Heisswasser aus der Heisswasserleitung --25-- beheizt.
In Fig. 5 ist als Dampferzeuger ein Kernreaktor, insbesondere Druckwasserreaktor, vorgesehen.
<Desc/Clms Page number 3>
EMI3.1
--22--,zeuger --15a, 15b-- über die Heisswasserleitung --25-- und die entsprechenden Entspannungs- armaturen --30a, 30b-- als auch der Wärmeübertrager --18-- über die von der Heisswasser- leitung --25-- abzweigende Heisswasserleitung --19-- mit Heisswasser vom Speichergefäss --3-- versorgt.
Das dem Wärmeübertrager --18-- über die Speiseleitung --20-- sekundärseitig zuge- führte Heisswasser aus Zwischenüberhitzer --22-- und Abscheider --21-- wird dort verdampft und sodann über die Dampfleitung --23-- dem Hauptkreislauf vor dem Abscheider --21-- und Zwischenüberhitzer --22-- zugeführt. Das wird durch den eingangs erwähnten hohen Speicherdruck ermöglicht, der über dem Druck des durch den Zwischenüberhitzer strömenden Dampfes liegt.
Der Nachschub des Dampfes in der Dampfleitung --23-- gegenüber dem Wasser in der Speiseleitung - erfolgt durch den Dichteunterschied. Mit --31-- ist ein Kaltwasser-Vorratsbehälter bezeichnet.
Die Ladung des Speichergefässes --3-- erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel mit Frischdampf über die Dampfleitung --8-- und die Dampfarmatur --29--. Letztere kann so ausgeführt und ausgelegt werden, dass bei Ausfall des Frischdampferzeugers-l-für eine gewisse Zeit Dampf vom Dampfraum --4-- des Speichergefässes --3-- in die Frischdampfleitung strömt und das Speicher- gefäss daher zusätzlich zu seiner Aufgabe als Überlasteinrichtung auch eine Ausfallreserve für den Dampferzeuger darstellt.
In Fig. 6 wird ein Ausführungsbeispiel für ein Kernkraftwerk mit gasgekühltem Hochtemperatur- - Reaktor gezeigt. Für diesen Reaktor ist kennzeichnend, dass Druck und Temperatur des Frisch- dampfes sowie die Zwischenüberhitzungstemperatur hoch sind, während die Speisewassertemperatur relativ niedrig liegt. Ferner ist der Druckabfall im Zwischenüberhitzer relativ hoch. Es erfolgt daher die Anspeisung des Speichergefässes-3-mit kaltem, vor dem Zwischenüberhitzer entnommenen Zwischendampf, während die Entladung in den heissen Zwischendampf erfolgt. Vorzugsweise ist wegen der niedrigen Speisewassertemperatur ein zweiter Entspanner --15b-- vorgesehen.
Fig. 7 zeigt eine Ausführung des Erfindungsgedankens für Kraftwerke, bei denen hohe Frischdampfdrücke und hohe Frischdampf- sowie Zwischendampf-Temperaturen vorliegen. Hier wird das vom Speichergefäss --3-- kommende Heisswasser nach Durchlaufen eines einzigen Ent- spanners --15-- mit Überhitzer --17-- über die Arbeitsdampfleitung --13-- vor dem Zwischenüber- hitzer --22-- eingespeist. Zur Beeinflussung des Schluckvermögens der Niederdruckflut der Dampfturbine --2-- wird ein regelbarer Teil des zugeführten Dampfes über eine zum Zwischenüberhitzer parallel geschaltete Bypass-Armatur --24-- geleitet.
Diese Ausführung kommt vorzugsweise für fossilgefeuerte Dampferzeuger, Sonnen-Dampfkraftwerke, flüssigmetallgekühlte Reaktoren, Fusionsreaktoren und sonstige Dampferzeuger mit hohen Drücken und hohen Überhitzungstemperaturen in Frage.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Spitzenlast- oder Überlasterzeugung aus einem Dampfkraftwerk, insbesondere Kernkraftwerk oder Sonnenkraftwerk, bestehend aus einem Hauptkreislauf mit einem Frischdampferzeuger, einer Dampfturbine, einem Speichergefäss mit einem Dampfraum und einem Wasserraum, Speisewasservorwärmern und vorzugsweise einem Speisewasserbehälter, wobei der Dampfraum des Speichergefässes über eine Dampfleitung mit einer stromaufwärts von der höchsten Entnahmestufe liegenden Stelle des Hauptkreislaufes, insbesondere der Frischdampfleitung, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfraum (4) über eine Heisswasserladeleitung (11) mit dem Hauptkreislauf verbunden ist, die zwischen der höchsten Vorwärmstufe (6a) und dem Frischdampferzeuger (1) abzweigt, und dass der Wasserraum (5) des Speichergefässes (3)
mit einem ein- oder mehrstufigen Dampferzeuger (12) verbunden ist, der dampfseitig über eine Arbeitsdampfleitung (13a, 13b) mit der Turbine (2) und wasserseitig über eine Heisswasserleitung (14) mit dem Hauptkreislauf zwischen
EMI3.2