Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlauf-Dampferzeuger Das Patent bezieht sieh auf eine Dampf hraftanlage mit Zwangdui@ehlauf-Danipfer7eu- ger für einen über<B>150</B> a t, insbesondere über dem kritischen Druck liegenden Dampfdruck, hei welcher der Dampf in einer Turbine mit einem Hochdruck-, einem lIittelclruek- und einem Niederdruekteil entspannt wird,
wobei (Icr Dampf vor dem Eintritt in den Floeli- druckte!] zwei Zwischenüberhitzer beheizt, von denen der erste zwischen Hochdruck- und =1littelclruckteil und der zweite zwischen Mit- telclruek- und Niederdruekteil angeordnet ist.
1:s hat sieh als vorteilhaft erwiesen, Zwi- N < henüberhitzer in unmittelbarer Nähe der Turbinen anzuordnen. Da die Verbindungslei- tun--en zwischen den einzelnen Teilen der Turbine wesentlich verkürzt werden, sinkt aueli der Druckabfall in diesen Leitungen.
t-@erade der Druelzabfall des llitteldruck- hzw. Niederdruckdampfes wirkt sich aber Mark auf den Gesamtwirkungsgrad der An lage aus.
Zum Beheizen der Zwisehenüberhit- zer wird im allgemeinen der Nutzdampf selbst ver enchca, der naeh seiner ersten Überhitzung im Kessel durch den ersten Zwisehenüberhit- zer,
nach einer zweiten Überhitzung im Kes sel durch den zweiten Zwisehenüberhitzer und schliesslich nach einer Endüberhitzung ]irr Kessel in den Ilochdrtiekteil der Turbine strömt. Obwohl. man bereits gegenüber einer direkten Zwisehenüberliitzung des teilweise entspannten Dampfes im Dampferzeuger be- träehtlicli an Raum und Material spart, da.
die Leitungen für den Hochdruckheizdampf mit. wesentlich geringeren Querschnitten aus geführt. werden können, sind doch für die Beheizung der Zwischenüberhitzer insgesamt vier Leitungen - nämlich zwei Zuführungs- und zwei Rückführungsleitungen - erforder lich.
Demgegenüber liegen gemäss der Erfin- dung beide Zwisehenüberhitzer auf der Pri märseite in parallel geschalteten Leitungen, die einen gemeinsamen Zuführungsstrang so wie einen gemeinsamen Rückführungsstrang besitzen. Die Erfindung beruht auf einer Tat sache, die bisher nicht beachtet worden ist, nämlich dass die Wärmekapazität des Damp fes - also diejenige Wärmemenge,
die ein Gewichtsteil Dampf bei einer bestimmten Temperaturerhöhung aufnehmen und bei einer entsprechenden Temperatursenkung wieder abgeben kann - bei höheren Drücken grösser ist als bei tieferen Drücken und dass sie bei überkritischen Drücken mit steigender Tem peratur einem Höchstwert zustrebt und dann später wieder abnimmt.. Es ist, also ohne Schwierigkeiten möglielr,
jeweils mit einem Teil des Hoelidruekdampfes die gesamte ]]enge des teilweise entspannten Dampfes in einem Zwischenüberhitzer in dem gewünsch ten Masse zu überhitzen.
In neuerer Zeit werden Dampfkraftanla gen mit überkritischem Druck betrieben. Auf der I-Iochdruckseite der Zwisehenüberhitzer und bei den entsprechenden Zu- und Rück- leitengen müssen also Rohre mit sehr dicken )ff andstärken verwendet werden, was die Ma- terialkosten wesentlich erhöht.
Lm den Wir kungsgrad der Anlage zu steigern, empfiehlt es sich weiterhin, mit höheren Dampftempera turen zu arbeiten, insbesondere mit solchen Temperaturen, bei welchen keine ferritischen, sondern nur noch austenitisehe Stähle verwen det werden können. Da. diese Stähle aber um ein -Mehrfaches teurer sind als die gewöhn lichen ferritischen Stähle, erhöhen sich die Anlagekosten sehr stark.
Gerade bei diesen Temperaturen und bei diesen Drücken besitzt aber der Dampf eine mit Vorteil nutzbare Wärmespeielierfähigkeit. Wenn nun also ge mäss der Erfindung nur zwei Leitungen gegen über den bisher verwendeten vier Leitungen zwischen dem Kessel und den Zwisehenüber- hitzern benötigt werden, so können die Kosten für diesen Anlageteil nahezu auf die Hälfte gesenkt werden. Weiterhin ergibt sieh auch ein wesentlich kleinerer Druckabfall, was bei Dampfkraftanlagen mit grossen Leistungen besonders ins Gewicht fällt.
jeder Zwisehenüberhitzer kann in einen Abschnitt aus austenitisehem Stahl auf der Seite höherer Temperatur und in einen Ab- schnitt aus ferritisehem Stahl auf der Seite geringerer Temperatur unterteilt sein. Es ist. klar, dass die Temperatur des Dampfes stär ker abfällt, wenn nur eine Teilmenge statt der gesamten Menge des Dampfes durch einen Zwischenüberhitzer geleitet. wird.
Der stär kere Temperaturabfall bewirkt. aber, dass die jenige Temperatur, unterhalb welcher ferri- tische Stähle verwendet. werden können, eher erreicht wird. In den meisten Fällen braucht. demnach mir die Zuleitung und ein Teil eines jeden Zwischenüberhitzers aus austenitisehen Stählen zu bestehen.
Die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes kann mit Hilfe einer Umgehungslei tung, welche jeweils die Sekundärseite eines Zwischenüberhitzers überbrückt, und eines Durchfluss-Regelorgans in dieser Leitung ein gestellt werden. Es empfiehlt sieh, ein wei teres Durehfluss-Regelorgan in mindestens eine der parallel geschalteten Leitungen einzu- bauen, damit die Aufteilung des Hochdruck dampfes auf die beiden Zwisehenüberhitzer in beliebiger Weise geschehen kann.
Vorzugs weise ist das Dtirelifluss-Regelorgan nicht vor, sondern hinter einem der Zwisehenüberhit- zer angeordnet, weil es, dort. aus ferritischem Stahl \hergestellt sein kann.
Weiterhin soll dieses Durchfluss-Regelorgan niögliehst hin ter dem Niederdriiekz-,visehenüberhitzer ein- ,rebaut sein, da dort eine geringere Dampf menge geregelt. werden niuss und da die Tem peratur des Hochdruckdampfes dort den ge ringsten Wert besitzt.
-Weiterhin ist. es vorteilhaft, Einrichtun- gen einzubauen, mit deren Hilfe mindestens dem llitteldruckteil Dampf entnommen wer den kann, der in Speisewasservorwärmer ge leitet wird. Auf diese Weise verringert sieh die den zweiten Zwischenüberhitzer durehstrii- inende Dampfmenge, wodurch die #NVärme- übeilragung noch verbessert werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gedankens wird an Hand der Fig.1 der Zeieli- nung näher erläutert. In Fig. ? ist der Tem peraturverlauf über der Länge der Heizflä chen der beiden dampfbeheizten Zwischen überhitzer dargestellt.
Aus dem Kondensator 1 wird das Arbeits mittel mit. Hilfe der Kontlensatpumpe \? durch die Leitung 2) und die Speisewasservorwärmer -l, 5 und 6 in den Speisewasserbehälter 7 ---e- fördert. Eine Speisepumpe 8 bringt das Ar beitsmittel auf den Betriebsdruck. Es fliesst dann durch die Leitung 9 und die Speise wasserv orwärmer 10,<B>11.</B> und 12 in den Dampf kessel 13.
Nach dem Verlassen des ersten Überhitzers 14 strömt, es durch die Zufüh- rungsleitung 15 in die beiden parallel ge schalteten Leitungen 16 und 17, an welche die Primärseiten des ersten Zwisehenüberhit- zers 18 bzw. des zweiten Zwischenüberhitzers 19 angeschlossen sind. Die beiden Zwischen überhitzer bestehen auf der Seite höherer Tem peratur aus einem austenitischen Teil 18a bzw. 19a. und auf der Seite niedrigerer Tem peratur aus einem ferritisehen Teil 18b bzw.
19b, Die Parallelleitungen 16 und 17 vereini gen sieh hinter den Zwisehenüberhitzern zii einer Rückführungsleitung 20, durch die das Medium in den Endüberhitzer 21 strömt. Über das Dampfventil 22 und durch die Lei- tun,r 23, weiter über das Ventil 24 und das Sehnellsehlussventil 25 gelangt das Arbeits- niit.tel in den Hochdruckteil 26 der Turbine.
Es durchströmt die Leitung 27, wird auf der Sekundärseite des ersten Zw isehenüberhitzers 18 wieder erhitzt und gelangt über das Ventil in den 1Titteldruekteil 29 der Turbine.
.\nsehliessend durchströmt es die Leitung 30, wird auf der Sekundärseite des zweiten Zwi- sehenüberhitzers 19 erneut auf eine höhere Temperatur gebracht und gelangt schliesslich über das Ventil 31 in den Niederdruekteil 32 der Turbine, von wo ans es über die Leitung 33 in den Kondensator 1 zurückfliessen kann.
Die aus dem Hoehdruekteil 26, dem Mit- 1.eldruekteil 29 und dem Niederdr tiekteil 32 bestehende Turbine treibt einen Generator 34 an. Von dem Hochdruckteil 26, dem Mittel- druelkteil 29 und dem Niederdruckteil 32 füh ren Anzapfdampfleitungen 35 zu den Speise wasservorwärmern 4, 5, 6, 10, 11, 12 und in den Speisewasserbehälter 7.
Das in den Speise- wasserv orwärmern 10. 11 und 12 kondensierte Arbeitsmittel wird über die Leitungen 36 in den Speisewasserbehälter 7 geführt; das in den Speisewasservorwärmern 4, 5 und 6 kon densierte Arbeitsmittel über die Leitungen 37 in den Kondensator.
Zur Regelung der Temperatur des zwi schenüberhitzten Dampfes kann durch die Umgehungsleitungen 38 und 39 jeweils ein Teil des Dampfes an den Zwischenüberhitzern 18 bzw. 19 vorbeigeleitet werden. Die Menge dieses umgeleiteten Dampfes wird mit. Hilfe der Durehfluss-Regelorgane 40 bzw. 41 ge regelt.. Die Aufteilung des Hoehdruekheiz- dampfes auf die beiden Zwisehenüberhitzer 18 und 19 geschieht mit Hilfe eines Durch fluss-Regelorgans 42 in der Parallelleitung 17 hinter dem Zwischenüberhitzer 19.
Um den Anfahrv organg zu beschleunigen, ist noch ein Bypassventil 43 und eine Bypass- leitung 44 vorgesehen, über die der Hoch- clruelzclampf unter LTmgehtmg der Turbine in den Kondensator abgeblasen werden kann. Auf diese Weise können sämtliche übrigen Anlageteile einschliesslich der dampfbeheiz ten Zwischenüberhitzer vor dem Anlassen der Turbine auf die Betriebstemperatur gebracht werden.
Zum Abkühlen des durch die Lei tung 44 strömenden Arbeitsmittels ist ein Einspritzkühler 45 eingebaut., durch den Was ser über die Leitung 46 und das Ventil 47 in das dem Kondensator zuströmende Arbeits mittel eingespritzt werden kann.
In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf t über der Länge<B>11</B> der Heizfläche des ersten Zwi- sehenüberhitzers 18 und über der Länge 12 des zweiten Zwischenüberhitzers 19 darge stellt, wobei die Länge jeweils von der Ein trittsseite des Ilochdriiekheizdampfes her ge messen wird. Die Temperatursenkung des Hochdruckheizdampfes auf der Primärseite des ersten Zwischenüberhitzers 18 wird durch die Kurve a und auf der Primärseite des zweiten Zwischenüberhitzers 19 durch die Kurve b dargestellt.
Entsprechend zeigt die Kurve c den Temperaturanstieg des dem Hoehdruekheizdampf entgegenströmenden Ar beitsmittels auf der Sekundärseite des ersten Zwisehenüberhitzers 18 und die Kurve d den Temperaturanstieg des Arbeitsmittels auf der Sekundärseite des zweiten Zwischenüberhit- zers 19. Die Höhe der Temperatur, oberhalb welcher nur noch austenitisches Material ver wendet werden darf, ist mit taust bezeichnet.
Die Eintrittstemperatur des Hochdruck lieizdampfes in beiden Zwischenüberhitzern ist die gleiche. Auch die Temperatur des die Zwisehenüberhitzer auf der Sekundärseite verlassenden Dampfes soll etwa gleich sein. Ausserdem -wird angestrebt, dass die Tempera turdifferenz zwischen Primär- und Sekundär seite der Zwischenüberhitzer ungefähr über die gesamte Länge konstant bleibt.
Da sieh der Dampf bei der Entspannung im Mitteldruck teil 29 stärker abkühlt als bei seiner Entspan nung im Hochdruckteil 26, muss der Dampf im zweiten Zwisehenüberhitzer 19 stärker er hitzt werden als der Dampf im ersten Zwi- schenüberhitzer 18. Trotzdem ist. für die Er hitzung des Niederdruekdampfes im Zwischen überhitzer 19 eine wesentlich geringere Heiz- dampfmenge notwendig als für die kleinere Temperaturerhöhung des Mitteldruekdampfes im Zwischenüberhitzer 18.
Dies liegt zum Teil daran, dass aus dem Mitteldruckteil ?9 bereits etwas Dampf für die Speisewasser- vorwärmung in den Vorwärmern 11 und 12 entnommen worden ist. Von grösserer Bedeu tung ist jedoch die Tatsache, dass die spe zifische Wärme des Niederdruckdampfes be deutend kleiner ist als die des Hochdruck dampfes und auch als die des Mitteldruck dampfes.
Man braucht dem Niederdruek- dampf also nur eine geringere Wärmemenge zuzuführen als dem Mitteldinickdampf, um die gleiche oder eine grössere Temperaturerhö hung zu erzielen.
Der stärkere Temperaturabfall im zweiten Zwischenüberhitzer 19 hat noch den weiteren Vorteil, dass eine grössere Länge der Heiz fläche dieses Zwischenüberhitzers aus ferri- tischem Material ausgeführt werden kann. Die gefährdete, aus austenitischem Material herzustellende Zone ist schraffiert gezeichnet. Sie beträgt in diesem Beispiel bei dem ersten Zwischenüberhitzer 18 etwa die Hälfte der Heizflächenlänge und im zweiten Zwischen- überhitzer 19 ein Drittel der Länge der Heiz fläche.
Der durch die Leitung 20 zui-iiekströ- meilde Hochdruckdampf hat eine Temperatur, die sich aus der Mischung einer grösseren Dampfmenge höherer Temperatur aus dem Zwischenüberhitzer 18 mit einer kleineren Dampfmenge geringerer Temperatur aus dein Zwischenüberhitzer 19 einstellt.