Einrichtung zur Verhinderung des Druckanstieges im Zwischenüberhitzer einer Dampfturbinenanlage Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verhinderung des Druckanstieges im Zwischenüber- hitzer einer Dampfturbinenanlage, welche Mittel zur Veränderung der Schluckfähigkeit bei Überlast aufweist.
Unter überlastung einer Dampfturbine wird eine Steigerung der Leistung über jenen Wert verstanden, bei dem eine Anlage ihren besten Wirkungsgrad auf weist und der üblicherweise mit ökonomischer bezeichnet wird. Bei Überlast muss die Dampfturbine einen namhaften Mehrbetrag an Dampf schlucken. Es müssen daher entweder die Querschnitte, durch welche der Dampf strömt, vergrössert oder neue Durchgangswege freigegeben werden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, die durch die Tur bine strömende Dampfmenge dadurch zu erhöhen, dass man den Frischdampfdruck bei überlast an steigen lässt.
Dabei wurde empfohlen, die Frisch dampftemperatur unter Hintansetzung des guten Wirkungsgrades zu senken, damit die vom heissesten Dampf durchströmten Bauteile, nämlich Endüberhit- zer, Frischdampfleitung, Hochdruck-Steuerorganeund Hochdruckturbine, ohne wesentlich stärker gebaut werden zu müssen, dem erhöhten Druck standhalten können.
Gegen dieses Verfahren ist einzuwenden, dass wichtige Teile des Kessels, und zwar Economiser, Verdampfer und Anfangsüberhitzer, dem höheren Druck standhalten müssen, jedoch nicht in den Genuss einer tieferen Temperatur kommen. Der Kessel wird also wegen des hohen Druckes namhaft verteuert. Von den Vorteilen des hohen Druckes für den Wir kungsgrad macht man aber nur bei Überlast Gebrauch und nicht bei der ökonomischen Last, bei der gerade das grösste Interesse daran bestünde.
Es ist daher vorzuziehen und auch üblich, bei überlast den Druck nicht oder nicht wesentlich zu steigern, sondern die Schluckfähigkeit der Turbine (das ist die von ihr auf genommene Dampfmenge bei gegebenem Druck) zu steigern. Die bekannten Mittel dazu sind: 1. Vergrösserung des Beaufschlagungsbogens einer am Beginn der Expansion geschalteten Regelstufe. Diese ist bei der ökonomischen Last teilbeaufschlagt. Der Beaufschlagungsbogen wird durch Öffnen zu sätzlicher Düsenventile vergrössert.
2. Eine Umleitung der Regelstufe wird geöffnet, so dass ein namhafter Teil des Dampfes die Regelstufe umgeht. Ausser der Regelstufe können auch noch die erste oder einige der ersten Expansionsstufen kurz geschlossen werden.
3. Denkbar wären auch veränderliche Strömungs querschnitte durch verdrehbare Schaufeln oder der gleichen. Sie sind bei Hochdruck-Dampfturbinen mit Rücksicht auf die auftretenden enormen Kräfte nicht gebräuchlich.
Die geschilderten Massnahmen beschränkten sich bisher stets auf die Eingangsregelstufe oder die aller ersten Stufen des Hochdruckteils. Tatsächlich sind Eingriffe auf die späteren Stufen beinahe oder gar völlig ohne Wirkung auf die geschluckte Frisch- dampfmenge. Die Folge der gesteigerten Schluck fähigkeit der Eingangsstufen ist eine Erhöhung des Dampfdruckes in allen nachgeschalteten Turbinen stufen und übrigen Bauteilen. Bei Kondensations turbinen erhöhen sich die absoluten Drücke ungefähr im Verhältnis der geschluckten Dampfmenge.
Unter anderem erhöht sich bei den bekannten Ver fahren der Druck im ganzen Zwischenüberhitzungs- system, in den Zwischenüberhitzungsrohrleitungen, in den dem Zwischenüberhitzer dampfseitig nachge schalteten Hochtemperatur-Turbinenteilen und Speise wasservorwärmern. Dies verursacht namhafte Mehr kosten und würde dies auch bei einer Senkung der Zwischenüberhitzungstemperatur tun, ohne d'ass be züglich des Wirkungsgrades eine Verbesserung erziel bar wäre.
Diesem Nachteil sucht die vorliegende Er findung dadurch abzuhelfen, dass die dem Zwischen- überhitzer dampfseitig nachgeschalteten Turbinen teile ebenfalls Mittel zur Veränderung der Schluck fähigkeit dieser Teile aufweisen, die so betätigt werden, dass bei Überlast die Schluckfähigkeit ver grössert wird.
Durch die vorgeschlagene Massnahme wird die geschluckte Frischdampfmenge praktisch nicht er höht, weshalb sie bisher auch nicht angewendet wurde. Ihr Nutzen liegt einzig und allein in der Begrenzung des Druckes im Zwischenüberhitzungs- system und in dessen Nähe bei Überlastung der Dampfturbine.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Figur der Zeichnung schematisch dargestellt. Das z. B. einem Zwangsdurchlaufkessel einer Dampf turbinenanlage zugespeiste Wasser wird von einer Speisepumpe 1 aus einem gleichzeitig als Vorwär- mer dienenden Speisewasserbehälter 2 angesaugt und durch die Hochdruck-Vorwärmer 3, 4, 5 und 6 dem Verdampferteil 7 des Kessels zuge führt.
Der entstehende Dampf wird in einem End- überhitzer 8 überhitzt und dann einer Kondensa tionsturbine zugeführt, die aus dem Hochdruckteil 9, dem Mitteldruckteil 10 und dem Niederdruckteil 11 besteht. Vor dem Eintritt in den Mitteldruckteil wird der Dampf im Zwischenüberhitzer 12 nochmals über hitzt. Nach dem Verlassen der Turbine wird er in einem Kondensator 13 niedergeschlagen und mittels der Kondensatpumpe 14 durch die Vorwärmer 15, 16 und 17 in den Speisewasserbehälter 2 zurück gefördert.
In den Vorwärmern 3, 4, 5, 6, 15, 16 und 17 wird das Speisewasser durch Anzapfdampf von der Turbine erwärmt, das ihnen durch die Leitungen 18-24 zugeführt wird. Mit der Turbine ist der elek trische Generator 25 gekuppelt.
Zur Steigerung der Leistung der Turbine werden zunächst alle Ventile, die auf die Regelstufe 26 des Hochdruckteils 9 führen, nach und nach geöffnet. Es sind deren zwei, 27 und 28, eingezeichnet, es könnten aber auch mehrere vorgesehen sein. Für eine weitere Leistungssteigerung werden sukzessiv die Ventile 29 und 30 geöffnet.
Beim Dampfeintritt in den Mitteld@ruckteil 10 bleibt in dem hier gezeigten Beispiel das Ventil 31 ganz geöffnet. Durch eine Umgehungsleitung 32, die vorteilhafterweise mit einem Drosselventil 33 ver sehen ist, sind die erste oder einige der ersten Stufen des Mitteldruckteils kurzgeschlossen, wodurch die Schluckfähigkeit auch dieses Turbinenteiles verändert werden kann. Bis zur ökonomischen Last bleibt die Umgehungsleitung abgesperrt.
Sobald bei einer Lei stungssteigerung über die ökonomische Last hinaus der Druck im Zwischenüberhitzungssystem einen zu lässigen Höchstwert erreicht, wird die Umgehungs- leitung geöffnet und damit die Schluckfähigkeit des Mitteldruckteiles vergrössert.
Mit Hilfe des Drossel ventils 33 ist es möglich, die Veränderung der Schluckfähigkeit zu regeln und damit den Druck im Zwischenüberhitzungssystem nicht sprungartig zu ändern, sondern auf einem annähernd. konstanten Wert zu halten, was von Hand aus oder automatisch erfolgen kann, z. B. in Abhängigkeit vom Dampf druck im Zwischenüberhitzer.
Der Querschnitt des Ventils 33 wird zweckmässi- gerweise nur so gross gewählt, dass auch bei voller Öffnung eine genügende Dampfmenge durch das Ventil 31 strömt, wodurch eine übermässige Er hitzung der kurzgeschlossenen Stufen vermieden wird.
Eine Umgehungsleitung 34 mit Drosselventil 35 gestattet, bei Überlast einen Teil des Speise wassers um die Hochdruck-Vorwärmer 3, 4, 5 und 6 zu führen, wodurch eine zu hohe Erwärmung des Speisewassers vermieden wird.
Es ist selbstverständlich, dass zur erfindungs gemässen Veränderung der Schluckfähigkeit der dem Zwischenüberhitzer nachgeschalteten Turbinen teile nicht nur die anhand der Zeichnung beschriebene Einrichtung in Frage kommt, sondern auch andere Einrichtungen verwendet werden können, die im Tur binenbau gebräuchlich sind und beispielsweise im Zusammenhang mit der Frischdampf-Schluckfähig- keit beschrieben wurden.
Device for preventing the pressure increase in the reheater of a steam turbine plant. The invention relates to a device for preventing the pressure increase in the reheater of a steam turbine plant, which device has means for changing the absorption capacity in the event of an overload.
Overloading a steam turbine is understood to mean an increase in output above the value at which a system exhibits its best efficiency and which is usually referred to as more economical. In the event of an overload, the steam turbine has to swallow a considerable amount of extra steam. Either the cross-sections through which the steam flows must therefore be enlarged or new passageways opened up. It has also been proposed to increase the amount of steam flowing through the turbine by letting the live steam pressure rise in the event of an overload.
It was recommended that the fresh steam temperature be reduced while taking good efficiency into account, so that the components through which the hottest steam flows, namely the end superheater, main steam line, high-pressure control elements and high-pressure turbine, can withstand the increased pressure without having to be built much more heavily.
The objection to this process is that important parts of the boiler, namely the economiser, evaporator and initial superheater, have to withstand the higher pressure, but cannot benefit from a lower temperature. The boiler is significantly more expensive because of the high pressure. The advantages of the high pressure for the degree of efficiency are only made use of in the event of an overload and not in the case of the economic load, which would be of greatest interest.
It is therefore preferable and also common practice not to increase the pressure, or not to increase it significantly, in the event of an overload, but to increase the ability of the turbine to absorb (that is, the amount of steam it absorbs at a given pressure). The known means for this are: 1. Enlarging the loading arc of a control stage connected at the beginning of the expansion. This is partially added to the economic burden. The application curve is enlarged by opening additional nozzle valves.
2. A bypass of the control stage is opened so that a significant part of the steam bypasses the control stage. In addition to the control stage, the first or some of the first expansion stages can also be short-circuited.
3. Variable flow cross-sections using rotatable blades or the like would also be conceivable. They are not used in high pressure steam turbines because of the enormous forces that occur.
So far, the measures outlined have always been limited to the input control stage or the first stages of the high-pressure section. In fact, interventions in the later stages have almost or no effect on the amount of fresh steam swallowed. The consequence of the increased absorption capacity of the input stages is an increase in the steam pressure in all downstream turbine stages and other components. In the case of condensation turbines, the absolute pressures increase roughly in proportion to the amount of steam swallowed.
Among other things, the known methods increase the pressure in the entire reheating system, in the reheating pipelines, in the high-temperature turbine parts downstream of the reheater and feed water preheaters. This causes considerable additional costs and would do this even if the reheating temperature was reduced, without an improvement in efficiency being achievable.
The present invention seeks to remedy this disadvantage in that the turbine parts downstream of the reheater on the steam side also have means for changing the absorption capacity of these parts, which are actuated in such a way that the absorption capacity is increased in the event of an overload.
With the proposed measure, the amount of live steam swallowed is practically not increased, which is why it has not yet been used. Their benefit lies solely in the limitation of the pressure in the reheating system and in its vicinity in the event of an overload of the steam turbine.
An embodiment of the invention is shown schematically in the single figure of the drawing. The Z. B. a once-through boiler of a steam turbine system is fed water is sucked by a feed pump 1 from a feed water tank 2, which also serves as a preheater, and is fed through the high-pressure preheater 3, 4, 5 and 6 to the evaporator part 7 of the boiler.
The resulting steam is superheated in a final superheater 8 and then fed to a condensation turbine, which consists of the high-pressure part 9, the medium-pressure part 10 and the low-pressure part 11. Before entering the medium-pressure part, the steam is overheated again in the reheater 12. After leaving the turbine, it is precipitated in a condenser 13 and conveyed back into the feedwater tank 2 by means of the condensate pump 14 through the preheaters 15, 16 and 17.
In the preheaters 3, 4, 5, 6, 15, 16 and 17, the feed water is heated by bleed steam from the turbine, which is fed to them through the lines 18-24. The electric generator 25 is coupled to the turbine.
To increase the output of the turbine, all valves that lead to the control stage 26 of the high-pressure part 9 are opened gradually. Two of them, 27 and 28, are shown, but several could also be provided. For a further increase in performance, the valves 29 and 30 are opened successively.
When steam enters the central pressure part 10, the valve 31 remains fully open in the example shown here. Through a bypass line 32, which is advantageously seen ver with a throttle valve 33, the first or some of the first stages of the medium-pressure part are short-circuited, whereby the swallowing capacity of this turbine part can be changed. The bypass line remains closed until the economic burden is reached.
As soon as the pressure in the reheating system reaches a maximum permissible value with an increase in output beyond the economic load, the bypass line is opened and the absorption capacity of the medium-pressure part is increased.
With the help of the throttle valve 33, it is possible to regulate the change in the ability to swallow and thus to change the pressure in the reheating system not suddenly, but on an approximate basis. to keep a constant value, which can be done manually or automatically, e.g. B. depending on the steam pressure in the reheater.
The cross section of the valve 33 is expediently chosen to be only so large that a sufficient amount of steam flows through the valve 31 even when it is fully open, thereby avoiding excessive heating of the short-circuited stages.
A bypass line 34 with a throttle valve 35 allows part of the feed water to lead to the high-pressure preheaters 3, 4, 5 and 6 in the event of an overload, thereby avoiding excessive heating of the feed water.
It goes without saying that to change the swallowing capacity of the turbine parts downstream of the reheater, not only the device described with reference to the drawing is possible, but also other devices can be used that are common in turbine construction and, for example, in connection with the live steam - ability to swallow were described.