Verfahren zur Abschlämmung der aus dem Arbeitsmittel eines mit mindestens kritischem Druck betriebenen Zwangdurchlaufdampferzeugers ausgeschiedenen Salze Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zur Abschlämmung der aus dem Ar beitsmittel eines mit mindestens kritischem Druck betriebenen Zwangdurchlaufdampf- erzeugers ausgeschiedenen Salze, bei welchem Dampferzeuger mindestens ein Teil der im Ar beitsmittel enthaltenen Salze an der Heiz fläche einer Umwandlungszone haften bleibt.
Da bekanntlich im Gebiet überkritischen Dampfdruckes das als Arbeitsmittel benutzte Wasser jeweils nur in einer Phase auftritt und daher insbesondere im Gebiet der Umwand- hing aus dem tropfbaren in den dampfförmi- gen Zustand die vom Arbeitsmittel mitgeführ ten Salze nicht mehr wie bei unterkritischen Zuständen grösstenteils in der flüssigen Phase des Arbeitsmittels zurückbleiben, kann für die Ausscheidung der im Speisewasser enthaltenen Salze nicht mehr ein Wasserabscheider übli cher Art verwendet werden.
Unter Ausnut zung der Tatsache, dass sich in der Zone eines bei überkritischen Verhältnissen betriebenen Dampferzeugers, in der die obenerwähnte Um wandlung vor sich geht, ein erheblicher Teil der im Speisewasser enthaltenen Salze an den Heizflächen ausscheidet, kann jedoch auch im überkritischen Druckgebiet wirksam entsalzt werden. Es ist dabei lediglich darauf zu ach ten, dass die Umwandlungszone, in welcher die Ausscheidung der Salze erfolgt, in eine Heiz fläche verlegt wird, für die eine Gefährdung durch Hitze- oder Feuereinwirkung öder durch Wärmestau nicht besteht.
Aus den beispiels weise gesondert beheizten Flächen des Dampf erzeugers, in denen das Arbeitsmittel den kritischen Zustand durchläuft und in denen die Salzausscheidung erfolgt, müssen nun in zweckmässigen Zeitabständen die dort abge lagerten Salze ausgewaschen werden. Zu die sem Zwecke wird bekanntlich die Dampf erzeugung vollkommen eingestellt und das Ar beitsmittel als Spülflüssigkeit durch die ganze Kesselanlage bis zur Beendigung der Auswaschung der Umwandlungszone hindurch gepumpt.
Ein derartiges Verfahren bedingt eine lange Unterbrechung der Dampferzeu gung, die vielleicht noch bei kleineren Kessel anlagen in Kaufgenommen werden kann, jedoch bei grossen Dampferzeugungsanlagen, wie sie für moderne Kraftwerksbetriebe benö tigt werden, keinesfalls mehr tragbar ist.
Die Erfindung weist nun einen Weg, um diese Schwierigkeiten zu vermeiden und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abschläm- mung der ausgeschiedenen Salze aus der Um wandlungszone, unter Aufrechterhaltung des Betriebes des Dampferzeugers zeitweilig durch ein Spülmittel erfolgt, wobei während dieser Zeit das durch den Dampferzeuger geführte Arbeitsmittel die Umwandlungszone -umgeht. Eine. Unterbrechung in der Dampferzeugung findet somit nicht mehr statt.
Anschliessend wird das erfindungsgemässe Verfahren an Hand der Zeichnung, welche schematisch drei Ausführungsbeispiele eines mit kritischem oder überkritischem Druck betriebenen Zwangdurehlaufdampferzeugers zeigt, beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 gibt das Schaltschema eines mit einer Umwandlungszone für das Arbeitsmittel betriebenen Zwangdurchlaufdampferzeugers wieder. Fig.2 veranschaulicht .eine andere Schaltmöglichkeit, ähnlich Fig. 1, während in Fig.3 das Schaltschema eines Zwangdurch- laufdampferzeügers mit zwei Umwandlungs- zonen gezeigt ist. In den Figuren sind die gleichen Anlageteile mit den gleichen Bezugs zeichen versehen.
Nach Fig. 1 gelangt das durch die Pumpe 1 geförderte flüssige Arbeitsmittel über den Vorwärmer 2 und die Leitung 3 in den Wärmeaustauscher 4, in dem die Umwandlung des Arbeitsmittels in den dampfförmigen Zu stand erfolgt, wie weiter hinten näher erläu tert ist. Von hier strömt das jetzt dampfför- mige Arbeitsmittel über die Leitung 5 und das Mehrwegventil 6 zu dem überhitzer 7; das Absperrorgan 15 in der Abschlämmleitung 14 ist dabei geschlossen.
Der überhitzte Dampf wird bei geschlossenem Absperrventil 12 und geöffnetem Absperrventil 21 über die Lei tung- 9 nochmals zu dem - Wärmeaustauscher 4 geführt, wo er das in denselben über die Lei tung 3 eintretende und bereits vorgewärmte Arbeitsmittel auf überkritische Temperatur erhitzt. Während dieses Vorganges scheidet sich mindestens ein Teil der im in vorgewärm tem flüssigem Zustand zum erstenmal in den Wärmeaustauscher 4 eintretenden Arbeits mittel enthaltenen Salze auf den Heizflächen des Wärmeaustauschers 4 ab, und bleibt an diesen haften.
Der zum Heizen verwendete Dampf verlässt dann den Wärmeaustauscher 4 durch die Leitung 10 und gelangt anschliessend über das geöffnete Ventil 22 zu dem End- überhitzer 11 und dann zu den hier nicht ge zeigten Verbrauchsstellen, während das in Dampf umgewandelte Arbeitsmittel über das Ventil 6 der Überhitzerheizfläche 7 zugeführt wird.
Ist die Ausscheidung der Salze in dem Wärmeaustauscher 4 so weit vorgeschritten, dass die Salze abgeschlämmt werden müssen, so wird durch Umschalten des Mehrwegventils 6 auf die Umgehungsleitung 8 und Schliessen der Ventile 21 und 22 das Arbeitsmittel vom Durchlauf durch den Wärmeaustauscher 4 und die Leitung 5 abgeschaltet.
Das Arbeits mittel gelangt jetzt direkt vom Vorwärmer 2 über die Leitung 8 zu dem Überhitzer 7, in dem nun die Umwandlung des flüssigen Ar beitsmittels in den dampfförmigen überkriti schen Zustand erfolgt, und von hier über die mit dem jetzt geöffneten Absperrorgan 12 versehene Verbindungsleitung 13 zu dem End- überhitzer 11 und weiter zu den Verbrauchs stellen.
Der Betrieb des Dampferzeugers läuft -somit ohne Unterbruch weiter, während die Salzabscheidung aus dem Arbeitsmittel vorübergehend so lange unterbrochen ist, bis 'die in der Umwandlungszone des Wärmeaus- tauschers 4 abgeschiedenen Salze ausgewaschen und aus dieser abgeschlämmt sind. Zu diesem Zweck der Abschlämmimg ist zwischen dem Wärmeaustauscher 4 und dem Mehrwegventil 6 die von der Leitung 5 abzweigende Ab- schlämmleitung 14 vorgesehen, die mit dem Absperrorgan 15 ausgerüstet ist.
Durch ent sprechende Einstellung des DurehfhLssquer- schnittes dieses Absperrorgans 15 kann eine Teilmenge des von der Pumpe 1 geförderten flüssigen Arbeitsmittels den Wärmeaustau- scher 4 durchströmen, die dort abgeschiedenen Salze dabei lösen und mit sich wegführen und über die Leitung 14 abschlämmen. Ist die Ab- schlämmung beendet, so wird durch Umstellen des Mehrwegventils 6 und Schliessen der Ab sperrorgane 12 und 15 das Arbeitsmittel zwecks seiner Entsalzung wieder über die Um wandlungszone im Wärmeaustauscher geleitet.
Da die Zeit, die für das Abschlämmen be nötigt wird, verhältnismässig kurz ist, sind Salzablagerungen während dieser Zeit im Überhitzer 7, in dem sich, wie bereits erwähnt, bei Ausfallen des 'Värmeaustauschers 4 als Umwandlungszone das Arbeitsmittel iunwan- delt, besonders auch bei geeigneter Feuerfüh rung, nicht zu befürchten. Die Aufgaben des Mehrwegventils 6 können natürlich auch durch andere geeignete Absperrorgane erfüllt werden, mit denen gegebenenfalls die einzelnen Rohrleitungen ausgerüstet sind.
Fig. 2 zeigt eine Abänderung des in Fig.1 dargestellten Zwangdurchlaufdampferzeiigers. Hier sind die mit der Umwandlungszone im Wärmeaustauscher 4 verbundenen Leitungen 3 und 5 mittels der Absperrorgane 16 und 17 und die zur Beheizung der Umwandlungszone im Wärmeaustauscher 4 dienenden Leitungen 9 und 10 mittels der Absperrorgane 21 und 22 von dem Durchlauf des Arbeitsmittels ab schaltbar. Die Umgehungsleitung 8 für den Wärmeaustauscher 4 ist mit dem Absperr organ 18 ausgerüstet.
Das auch hier als Spül mittel dienende Arbeitsmittel für die in der Umwandlungszone abgeschiedenen Salze wird dieser über die mit dem Absperrorgan 19 ver sehene Leitung 20 zugeführt und aus der Um wandlungszone über die mit dem Absperrorgan 15 versehene Abschlämmleitung 14 abgeführt. Entsprechend Fig.2 wird das als Spülmittel dienende Arbeitsmittel an einer hier nicht ge zeigten andern Stelle als nach Fig.1 aus sei nem Kreislauf im Dampferzeuger entnommen. Es kann aber auch ein Spülmittel verwendet werden, das nicht aus dem Kreislauf des zur Dampferzeugung benutzten Arbeitsmittels stammt.
Es empfiehlt sich aber möglichst weit vorgewärmtes Wasser zum Spülen und Ab schlämmen zu verwenden, damit der Wärme austauscher 4 hierbei nicht unnötig abgekühlt wird.
In Fig.3 ist ein Zwangdurchlaufdampf- erzeuger dargestellt, bei dem die im Arbeits mittel enthaltenen Salze in zwei Umwand lungszonen ausgeschieden werden.
Durch ge eignete Schaltmanöver kann man erreichen, dass jeweils in der einen Umwandlungszone die im Arbeitsmittel enthaltenen Salze ausgesehie- den werden, wobei diese oder ein grosser Teil derselben an der Heizfläche der Umwandlungs- zone haften bleibt, während gleichzeitig aus der andern Umwandluugszone die dort ausge schiedenen Salze abgeschlämmt werden, so dass keine Unterbrechung im Betriebe des Dampferzeugers mit entsalztem Arbeitsmittel eintritt.
Soll beispielsveise die Umwandlungs- zone des Wärmeaustauschers 4, an welche sich genügend Salze ausgeschieden haben, abge schlämmt werden, so werden nach Schliessen der Absperrorgane 21 und 22 sowie des Ab sperrorgans 17 und unter geeigneter Öffnung der Absperrorgane 15 und 16 die in der ge nannten Umwandlimgszone des Wärmeaus- tauschers 4 abgeschiedenen Salze mittels einer unmittelbar nach dem Vorwärmer 2 abge zweigten Teilmenge des den Dampferzeuger durchströmenden Arbeitsmittels über die Lei tung 14 abgeschlämmt.
Während dieser- Zeit strömt das Arbeitsmittel vom Vorwärmer 2 bei geöffnetem Absperrorgan 16' über die Leitung 3', den Wärmeaustauscher 4' und die Leitung 5' bei geöffnetem Absperrorgan 17' in den überhitzer 7.
Von dort gelangt es in über hitztem Zustand als Heizmittel über das ge öffnete Absperrorgan 21' und die Leitung 9' wieder zum Wärmeaustauscher 4' und wird von dort über die Leitung 10' und das geöff nete Absperrorgan 22' zu dem Endüberhitzer 11 und weiter n i den nicht gezeigten Ver brauchsstellen geführt. Das Absperrorgan 19' der Spülmittelleitung 20' sowie das Absperr organ 15' der Abschlämmleitimg 14' bleiben geschlossen.
Soll die im Wärmeaustauscher 4' befindliche Umwandlungszone abgeschlämmt werden, so wird das Zuströmen des Arbeits mittels zu dieser Zone durch Schliessen des Absperrorgans 16' gesperrt. Ebenso werden die Absperrorgane 17', 21' und 22' geschlossen und das Spülmittel über die Leitung 20 bei geöffnetem Absperrorgan 19' durch die vor genannte Umwandlungszone gepumpt und die Salze über die Leitung 14' bei geöffnetem Absperrorgan 15' abgeschlämmt.
Während die Abschlämmung in der Umwandlungszone des Wärmeaustauschers 4' vor sich geht, wird das Arbeitsmittel in der Umwandlungszone des Wärmeaustauschers 4 bei geöffneten Absperr organen 16, 17, 21 Lind 22 und geschlossenem Absperrorgan 15 entsalzt. Das wechselweise Einschalten der beiden Wärmeaustauscher 4 Lund 4' mit der in jedem befindlichen Umwand lungszone in den Kreislauf des Arbeitsmittels ermöglicht somit einen ununterbrochenen Be trieb des Dampferzeugers mit entsalztem Ar beitsmittel.
In den gezeigten Beispielen befindet sich die Umwandlumgszone aus Zweclmässigkeits- gründen ausserhalb des eigentlichen Dampf erzeugers. Wichtig ist für ihre Lage, dass sie durch Feuer- oder Strahlungseinwirkung nicht Schaden leidet. So kann sie unter den not wendigen Vorsichtsmassnahmen auch inner halb des Dampferzeugers, z. B. im Rauchgas strom, angeordnet sein.
Die Beheizumg der Umwandlungszone wird dann in den jeweiligen Gegebenheiten am zweckmässigsten entspre chender Weise, ähnlich wie es in Fig. 2 mit den Leitungen 9 und 10 angedeutet ist, vorgenom men werden. Man kann natürlich auch jede andere geeignete besondere Heizung der Um wandlungszone vornehmen, obwohl die Be- heizung durch das entsalzte Arbeitsmittel selbst sehr vorteilhaft ist.
Es kann sich auch als günstig erweisen, die beheizten Oberflächen des Wärmeaustauschers, auf denen sich die abzuschlämmenden Salze abscheiden durch ge eignete Vorkehrungen, vorzugsweise Rippen, zu vergrössern. Für die Durchführung des er findungsgemässen Verfahrens werden "am zweckmässigsten Röhrenwärmeaustauscher ver wendet. Als Absperrorgane können geeignete, eine Absperrung oder Drosselung hervor rufende Ventile sowie auch Schieber verwen det werden.
The invention relates to a method for the removal of the salts excreted from the working medium of a once-through steam generator operated at at least a critical pressure, in which steam generator at least some of the salts are blown down from the working fluid of a once-through steam generator operated with at least critical pressure Salts contained in the work medium stick to the heating surface of a conversion zone.
Since, as is well known, in the area of supercritical vapor pressure, the water used as the working medium occurs only in one phase and therefore, especially in the area of the conversion from the drip to the vaporous state, the salts carried by the working medium are no longer largely in the subcritical states as in the subcritical state If the liquid phase of the working medium remains, a water separator of the usual type can no longer be used to separate the salts contained in the feed water.
Taking advantage of the fact that in the zone of a steam generator operated under supercritical conditions, in which the above-mentioned conversion takes place, a considerable part of the salts contained in the feed water precipitates on the heating surfaces, it can also be effectively desalinated in the supercritical pressure area . It is only necessary to ensure that the conversion zone in which the salts are separated out is relocated to a heating surface that is not at risk from exposure to heat, fire or heat build-up.
From the example, separately heated surfaces of the steam generator in which the working fluid passes through the critical state and in which the salt is excreted, the salts stored there must now be washed out at appropriate time intervals. For this purpose, as is well known, the steam generation is completely stopped and the work medium is pumped as flushing liquid through the entire boiler system until the end of the washout of the conversion zone.
Such a process requires a long interruption in steam generation, which may still be acceptable for smaller boiler systems, but is no longer acceptable for large steam generating systems such as those required for modern power plants.
The invention now shows a way to avoid these difficulties and is characterized in that the sludge removal of the precipitated salts from the conversion zone, while maintaining the operation of the steam generator, is temporarily carried out by a flushing agent, during which time the steam generator is used guided work equipment bypasses the conversion zone. A. There is no longer any interruption in the generation of steam.
The method according to the invention is then explained in more detail, for example, with reference to the drawing, which schematically shows three exemplary embodiments of a forced-circulation steam generator operated with critical or supercritical pressure.
1 shows the circuit diagram of a once-through steam generator operated with a conversion zone for the working medium. FIG. 2 illustrates another switching option, similar to FIG. 1, while FIG. 3 shows the circuit diagram of a once-through steam generator with two conversion zones. In the figures, the same parts of the system are given the same reference characters.
According to Fig. 1, the liquid working medium conveyed by the pump 1 passes through the preheater 2 and the line 3 in the heat exchanger 4, in which the conversion of the working medium into the vaporous state takes place, as is tert erläu further below. From here, the working medium, which is now in vapor form, flows via line 5 and multi-way valve 6 to superheater 7; the shut-off element 15 in the blowdown line 14 is closed.
With the shut-off valve 12 closed and the shut-off valve 21 open, the superheated steam is again fed to the heat exchanger 4 via the line 9, where it heats the working medium entering the same via line 3 and already preheated to a supercritical temperature. During this process, at least part of the salts contained in the preheated liquid state entering the heat exchanger 4 for the first time separates on the heating surfaces of the heat exchanger 4 from and remains attached to them.
The steam used for heating then leaves the heat exchanger 4 through the line 10 and then passes through the open valve 22 to the final superheater 11 and then to the points of consumption not shown here, while the working medium converted into steam via the valve 6 of the superheater heating surface 7 is fed.
If the precipitation of the salts in the heat exchanger 4 has progressed so far that the salts have to be drained, then by switching the multi-way valve 6 to the bypass line 8 and closing the valves 21 and 22, the working medium is prevented from flowing through the heat exchanger 4 and the line 5 switched off.
The working medium now passes directly from the preheater 2 via line 8 to the superheater 7, in which the conversion of the liquid Ar beitsmittel into the vaporous supercritical state takes place, and from here via the connecting line 13 provided with the now open shut-off element 12 the final superheater 11 and further to the consumption.
The operation of the steam generator thus continues without interruption, while the salt separation from the working medium is temporarily interrupted until the salts separated in the conversion zone of the heat exchanger 4 have been washed out and drained from it. For this purpose of blow-down, the blow-off line 14 which branches off from the line 5 and which is equipped with the shut-off element 15 is provided between the heat exchanger 4 and the multi-way valve 6.
By appropriately setting the flow cross-section of this shut-off element 15, a portion of the liquid working medium conveyed by the pump 1 can flow through the heat exchanger 4, dissolving the salts separated there and carrying them away and removing them via the line 14. Once the elutriation has ended, the working medium is again passed through the conversion zone in the heat exchanger for the purpose of its desalination by switching the multi-way valve 6 and closing the shut-off devices 12 and 15.
Since the time required for blow-down is relatively short, there are salt deposits during this time in the superheater 7, in which, as already mentioned, the working medium changes if the heat exchanger 4 as a conversion zone fails, especially in the case of suitable fire control, not to be feared. The tasks of the multi-way valve 6 can of course also be fulfilled by other suitable shut-off devices with which the individual pipelines are optionally equipped.
Fig. 2 shows a modification of the forced flow steam pointer shown in Fig.1. Here the lines 3 and 5 connected to the conversion zone in the heat exchanger 4 can be switched off by means of the shut-off devices 16 and 17 and the lines 9 and 10 used for heating the conversion zone in the heat exchanger 4 by means of the shut-off devices 21 and 22 can be switched off from the flow of the working medium. The bypass line 8 for the heat exchanger 4 is equipped with the shut-off organ 18.
The working medium serving as a rinsing agent for the salts deposited in the conversion zone is fed to this via the line 20 provided with the shut-off element 19 and discharged from the conversion zone via the blowdown line 14 provided with the shut-off element 15. According to FIG. 2, the working fluid serving as rinsing agent is removed from its circuit in the steam generator at a point not shown here other than according to FIG. However, it is also possible to use a detergent that does not come from the circuit of the working medium used to generate steam.
However, it is advisable to use preheated water as much as possible for rinsing and sludging from so that the heat exchanger 4 is not cooled down unnecessarily.
In Fig.3, a once-through steam generator is shown, in which the salts contained in the working medium are separated in two conversion zones.
By means of suitable switching maneuvers one can achieve that the salts contained in the working medium are expelled in each of the conversion zones, whereby these or a large part of them remain adhering to the heating surface of the conversion zone, while at the same time those discharged there from the other conversion zone different salts are removed so that there is no interruption in the operation of the steam generator with desalinated working fluid.
If, for example, the conversion zone of the heat exchanger 4, to which sufficient salts have precipitated, is to be slurried, then after closing the shut-off devices 21 and 22 and the shut-off device 17 and with suitable opening of the shut-off devices 15 and 16, the shut-off devices 15 and 16 are mentioned Conversion zone of the heat exchanger 4, separated salts are drained via the line 14 by means of a subset of the working medium flowing through the steam generator which is branched off immediately after the preheater 2.
During this time, the working medium flows from the preheater 2 with the shut-off element 16 'open via the line 3', the heat exchanger 4 'and the line 5' with the shut-off element 17 'open into the superheater 7.
From there it is overheated as a heating medium via the opened shut-off device 21 'and the line 9' back to the heat exchanger 4 'and is from there via the line 10' and the opened shut-off device 22 'to the final superheater 11 and further ni led to the consumption points not shown. The shut-off device 19 'of the detergent line 20' and the shut-off device 15 'of the Abschlämmleitimg 14' remain closed.
If the conversion zone located in the heat exchanger 4 'is to be drained, the flow of work to this zone is blocked by closing the shut-off element 16'. The shut-off devices 17 ', 21' and 22 'are also closed and the flushing agent is pumped through the aforementioned conversion zone via line 20 with the shut-off device 19' open, and the salts are drained off via line 14 'with the shut-off device 15' open.
While the blowdown in the conversion zone of the heat exchanger 4 'is going on, the working fluid is desalinated in the conversion zone of the heat exchanger 4 with open shut-off organs 16, 17, 21 and 22 and closed shut-off element 15. The alternating switching on of the two heat exchangers 4 Lund 4 'with the conversion zone in each conversion zone into the working medium thus enables uninterrupted operation of the steam generator with desalinated Ar processing medium.
In the examples shown, the conversion zone is located outside the actual steam generator for reasons of convenience. It is important for its location that it does not suffer damage from the effects of fire or radiation. So they can under the necessary precautionary measures within the steam generator, z. B. in the flue gas stream, be arranged.
The heating of the conversion zone is then in the most appropriate appropriate manner in the respective circumstances, similar to that indicated in Fig. 2 with the lines 9 and 10, vorgenom men. Of course, any other suitable special heating of the conversion zone can also be carried out, although the heating by the desalinated working medium itself is very advantageous.
It can also prove to be beneficial to enlarge the heated surfaces of the heat exchanger, on which the salts to be blown-off are deposited, by means of suitable measures, preferably ribs. Tubular heat exchangers are most expediently used for carrying out the method according to the invention. Suitable valves, which cause a shut-off or throttling, as well as slides can be used as shut-off devices.