Dampfkraftanlage Die Erfindung betrifft eins Dampfkraftanlage mit einem Kreislauf eines Arbeitsmittels, das in einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger unter hohem Druck zunächst verdampft und anschliessend überhitzt wird, worauf der überhitzte Dampf in ein einer Turbinen anlage unter Leistungsabgabe entspannt und danach durch Kondensation wieder in die flüssige Phase umgewandelt wird, um als Speisewasser erneut dem Durchlaufdampferzeuger zugeführt zu werden, mit mehreren in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels hintereinanderliegenden,
von aus mehreren Druck stufen der Turbinenanlage entnommenem Dampf beheizten Speisewasservorwärmern und ferner mit einer zwischen der Verdampferheizfläche und der Überhitzerheizfläche des Dampferzeugers angeordne ten Entnahmevorrichtung für Arbeitsmittel mit meh reren in Serie hintereinandergeschalteten Trennorga nen, in welchen das dem Dampferzeuger entnommene Arbeitsmittel in mehreren Druckstufen entspannt und bei jeder Entspannungsstufe in Wasser und Dampf getrennt wird.
Bei einer Dampfkraftanlage mit Zwangsdurch- laufdampferzeuger wird bekanntlich mit Vorteil eine Entnahmevorrichtung zwischen der Verdampferheiz- fläche und der überhitzerheizfläche des Dampferzeu gers angeordnet, welcher die doppelte Aufgabe zu fällt, einerseits den Aggregatzustand des Arbeitsmit tels an einer bestimmten Stelle des Dampferzeuger rohrsystems eindeutig festzuhalten, und anderseits den im Restwasser durch den Verdampfungsvorgang konzentrierten Salzgehalt mit diesem abzuschläm men.
Die hierbei in Betracht kommenden Zusam menhänge sind beispielsweise in der Technischen Rundschau Sulzer Nr. 1, 1951, in dem Aufsatz eDie Wirkung des Wasserabscheid'ers des Sulzer-Einrohr- kessels veröffentlicht worden. In dieser Literatur- stelle ist in Abbildung 6 gezeigt worden, dass bei stei gendem Druck im Dampferzeuger das Konzentra tionsverhältnis vom Salzgehalt des abgeschlämmten Wassers zum Speisewasser abnimmt.
So verringert sich das Maximum der Konzentration bei einer Stei gerung des Druckes von 50 auf 200 ata ungefähr im Verhältnis 4 zu 1, wobei sich das Maximum bei höheren Drücken ungünstigerweise auch noch in den Bereich relativ höherer Abschlämmengen ver schiebt.
Das bedeutet, dass beim Betrieb eines Dampf erzeugers zur Erzielung einer gleichbleibenden Ent salzung mit steigendem Betriebsdruck wesentlich grössere Abschlämmengen abzuführen sind als bei niedrigerem Druck. Es stellt sich somit als eine erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe das mit höherem Betriebsdruck schwieriger werdende Pro blem der Abführung relativ grosser Abschlämmengen unter Vermeidung von thermodynamischen Verlu sten.
Die zweite, ebenfalls der Erfindung zugrunde gelegte Aufgabe ist das bekannte Problem der Auf bringung der -- ebenfalls, mit grösserem Druck sich erhöhenden - Wärmemengen zur Vorwärmung des Speisewassers. Es ist allgemein üblich, das Speise wasser eine Kette hintereinanderliegender Speisewas- servorwärmer passieren zu lassen, welche mindestens zum Teil von aus der Turbinenanlage entnommenem Dampf beheizt werden.
Dieser Dampf befindet sich je nach der Entnahmestelle im Zustandsgebiet einer mehr oder weniger grossen überhitzung, wobei be kanntlich der Wärmeübergangskoeffizient a zwischen Dampf und einer Kondensationsfläche mit zuneh mender Überhitzung bei gleichbleibender Tempera turdifferenz abnimmt.
Das würde, im vorliegenden Fall der Speisewasserheizung mittels überhitzten Dampfes relativ grosse Wärmeübergangsflächen der Speisewasservorwärmer zur Folge haben, was wie- derum bei zunehmenden Drücken zu einem beacht lichen Aufwand an Material- und Baukosten führen würde.
Die Erfindung gibt eine technische Lehre, um die beiden aufgezeigten, mit zunehmendem Dampferzeu- gerbetriebsdruck relativ grösser werdenden Probleme gemeinsam zu lösen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass Dampfentnahmeleitungen der Trennorgane mit auf gleichem Druckniveau liegenden Anzapfdampf- leitungen der Turbinenanlage zusammengeführt sind.
Mit der Anordnung nach der Erfindung werden die im abgeschlämmten Arbeitsmittel enthaltenen Wärmemengen durch Vermeidung einer Drosselung mindestens der dampfförmigen Phase mit den ge- ringstmöglichen Verlusten in den Wärmekreislauf des Arbeitsmittels zurückgeführt. Weiterhin erreicht man bei der stufenweisen Verdampfung eine wirksame Konzentrationszunahme des Salzgehaltes im Rest wasser und schliesslich wird der für die Grösse der Wärmeübergangsfläche massgebende Wärmekoeffi zient a des überhitzten Dampfes aus
der Turbine durch Mischen mit dem Brüden - Sattdampf aus den Trennorganen heraufgesetzt.
Bei einer Dampfkraftanlage nach der Erfindung kann dabei mit Vorteil von der Anordnung Gebrauch gemacht sein, dass das in der letzten Entspannungs stufe anfallende Restwasser durch eine Entsalzungs- anlage wieder in den Arbeitsmittel'kreislauf zurück geführt wird.
Im folgenden wird die -Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, welche in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellt sind, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Dampfkraftanlage nach der Er findung mit dem Anfahrgefäss 1, der Speisepumpe 2, einem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 3, dem Dampferzeuger 4 mit der Entnahmevorrichtung 5 für Arbeitsmittel und dem Endüberhitzer 6. Die An lage weist ferner das Bypassventil 7, das Frischdampf ventil 8, die Turbine 9, den Kondensator 10, die Kondensatpumpe 11 und die Speisewasservorwärmer 22, 23, 24, 25, 26 auf.
Das aus der Entnahmevorrichtung 5 abge schlämmte Wasser wird während des Anfahrvorgan- ges über das Bypassventil 12 zum Anfahrgefäss 1 zurückgeleitet, während es beim Normalbetrieb über das Ventil 13 zu stufenförmiger Entspannung in die Trennorgane 14, 15, 16 und von dort über den Speisewasservorwärmer 26 zur Entsalzungsanlage 17 und wieder zurück in den Kondensator 10 geführt wird. Das gekühlte Wasser kann auch über das Ven til 32 abgelassen werden.
Der in den Trennorganen freiwerdende Sattdampf gelangt über die Ver- bindungsleitungen 18, 19, 20 in die Anzapf- dampfleitungen 29, 30, 31, wo er sich mit dem überhitzten Turbinendampf mischt, worauf der ge mischte Dampf anschliessend in die Speisewasservor- wärmer 23, 24, 25 eingeleitet wird.
Wenn das auf höchster Druckstufe angeordnete Trennorgan 14 einen höheren Brüdendampfdruck aufweist ass beispielsweise die Turbinenanzapfdampf- leitung 27, so kann die Anordnung nach Fig. 2 von Vorteil sein, bei welcher der Brüdendampf des Trenn organs 14 mit der Dampfleitung 33 in den Hoch druckvorwärmer 3 geleitet wird. Das sich in diesem Vorwärmer 3 sammelnde Kondensat gelangt durch das Kondensatsammelgefäss 34 und die Kondensat leitung 35 in das Trennorgan 16 zur weiteren Ent spannung.
Für die Erfindung ist im übrigen die in den Figuren gezeigte Grundschaltung der Dampf kraftanlage nicht ausschliesslich bindend.
Steam power plant The invention relates to a steam power plant with a circuit of a working medium, which first evaporates in a once-through steam generator under high pressure and is then superheated, whereupon the superheated steam is expanded in a turbine system with output and then converted back into the liquid phase by condensation, to be fed back to the once-through steam generator as feed water, with several one behind the other in the flow direction of the working medium,
from several pressure stages of the turbine system removed steam heated feed water preheaters and also with a between the evaporator heating surface and the superheater heating surface of the steam generator arranged extraction device for working fluid with several separators connected in series in which the working fluid withdrawn from the steam generator relaxes and at several pressure levels each relaxation stage is separated into water and steam.
In a steam power plant with a once-through steam generator, it is known that a removal device is advantageously arranged between the evaporator heating surface and the superheater heating surface of the steam generator, which has the double task of clearly recording the physical state of the working fluid at a certain point in the steam generator pipe system, and on the other hand, the salt content concentrated in the residual water due to the evaporation process is removed with this.
The relationships that come into consideration here have been published, for example, in the Technischen Rundschau Sulzer No. 1, 1951, in the article eThe effect of the water separator of the Sulzer single-tube boiler. In this reference it has been shown in Figure 6 that with increasing pressure in the steam generator the concentration ratio of the salt content of the drained water to the feed water decreases.
The maximum concentration decreases with an increase in pressure from 50 to 200 ata approximately in a ratio of 4 to 1, with the maximum at higher pressures, unfavorably, also shifting into the range of relatively higher blowdown quantities.
This means that when operating a steam generator, in order to achieve constant de-salting, with increasing operating pressure, significantly larger amounts of blowdown have to be removed than at lower pressure. A first problem underlying the invention is thus the problem, which becomes more difficult with higher operating pressure, of removing relatively large amounts of blowdown while avoiding thermodynamic losses.
The second task, also on which the invention is based, is the known problem of applying the - likewise, increasing with greater pressure - amounts of heat to preheat the feed water. It is common practice to let the feed water pass through a chain of feed water preheaters, which are at least partially heated by steam taken from the turbine system.
Depending on the extraction point, this steam is located in the area of more or less overheating, with the heat transfer coefficient a between steam and a condensation surface decreasing with increasing overheating at a constant temperature difference.
In the present case of the feed water heating by means of superheated steam, this would result in relatively large heat transfer surfaces of the feed water preheater, which in turn would lead to considerable material and construction costs with increasing pressures.
The invention provides a technical teaching to jointly solve the two identified problems, which become relatively greater with increasing steam generator operating pressure. It is characterized in that the steam extraction lines of the separating elements are brought together with the bleed steam lines of the turbine system, which are at the same pressure level.
With the arrangement according to the invention, the amounts of heat contained in the drained working medium are returned to the heating circuit of the working medium with the lowest possible losses by avoiding throttling of at least the vapor phase. Furthermore, with the step-by-step evaporation, an effective increase in the concentration of the salt content in the residual water is achieved and finally the heat coefficient a of the superheated steam, which is decisive for the size of the heat transfer surface, is obtained
the turbine by mixing with the vapor - saturated steam from the separating elements increased.
In the case of a steam power plant according to the invention, use can advantageously be made of the arrangement that the residual water occurring in the last expansion stage is returned to the working medium cycle by a desalination plant.
In the following the invention is explained in more detail with reference to exemplary embodiments which are shown schematically in FIGS. 1 and 2.
Fig. 1 shows a steam power plant according to the invention with the start-up vessel 1, the feed pump 2, a high-pressure feedwater preheater 3, the steam generator 4 with the extraction device 5 for working fluid and the end superheater 6. The system also has the bypass valve 7, the live steam valve 8, the turbine 9, the condenser 10, the condensate pump 11 and the feedwater preheater 22, 23, 24, 25, 26.
The water drained from the extraction device 5 is returned to the start-up vessel 1 via the bypass valve 12 during the start-up process, while during normal operation it is gradually released into the separating elements 14, 15, 16 and from there via the feed water preheater 26 to Desalination plant 17 and back into the condenser 10. The cooled water can also be drained through the valve 32.
The saturated steam released in the separating elements reaches the bleeding steam lines 29, 30, 31 via the connecting lines 18, 19, 20, where it mixes with the superheated turbine steam, whereupon the mixed steam then enters the feed water preheater 23, 24, 25 is initiated.
If the separating element 14 arranged at the highest pressure level has a higher vapor pressure than, for example, the turbine bleeding steam line 27, the arrangement according to FIG. 2, in which the vapor from the separating element 14 is conducted with the steam line 33 into the high pressure preheater 3, can be advantageous becomes. The condensate collecting in this preheater 3 passes through the condensate collecting vessel 34 and the condensate line 35 into the separator 16 for further relaxation.
In addition, the basic circuit of the steam power plant shown in the figures is not exclusively binding for the invention.