DD147145A1

DD147145A1 - Heizwerke fuer die ununterbrochene waermeversorgung durch elektroenergieeigenerzeugung

Info

Publication number: DD147145A1
Application number: DD21666079A
Authority: DD
Inventors: Siegward Koepke
Original assignee: Siegward Koepke
Priority date: 1979-11-05
Filing date: 1979-11-05
Publication date: 1981-03-18

Abstract

Das Verfahren zur Herstellung von Heizwerken fuer die ununterbrochene Waermeversorgung durch Elektroenergieeigenerzeugung ist anwendbar auf Heizwerke der oeffentlichen Waermeversorgung mit ueberwiegend Heizwasser als Waermetraeger und mit Dampferzeugern der Druckstufe 1,37 MPa und 300 Grad C Heiszdampftemperatur. Die Zielstellung besteht darin, Elektroenergie durch Ausnutzung der Arbeitsfaehigkeit des Dampfes in dem Umfang herzustellen, dasz Heizwerke und die angeschlossenen Stationen zur Abnahme der Waerme sicher versorgt werden koennen. Durch Kombination einer modifizierten Gegendruckturbine 3 und einer standardisierten Abdampfturbine 4 entsprechend Fig.2 wird unter Zugrundelegung des Leistungseigenbedarfs der Baugroeszen 120 t/h bis 240 t/h Dampf mit 40-t/h-Dampferzeugern ein Entnahmediagramm derart gebildet, dasz mit 2 bzw. maximal 3 Turbosaetzen d. Elektronenergiebedarf bei Vollast und den in Frage kommenden Teillasten sicher abgedeckt und der Entnahmedampf fuer die Waermeerzeugung neben Heiszdampfreduzierung genutzt wird. Bei Ausfall eines Turbosatzes wird durch entsprechendes Ausfahren des Kondensationsteiles die Eigenversorgung gewaehrleistet. Durch das Entnahmediagramm kann gleichzeitig die Leistungsbereitstellung bei Lastaufwurf auf Inselbetrieb gesichert und ein Ueberstromangebot zur Spitzenstromversorgung erzielt werden.

Description

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Titel der Erfindung:'

Heiawerke für die ununterbrochene Wärmeversorgung durch Elektroenergieeigenerbeugung

Anwendungsgebiet der Erfindung:

Das Verfahren bezieht sich auf Heizwerke der öffentlichen Wärmeversorgung mit überwiegend Heizwasser als Wärmeträger, die mit Dampferzeugern der Druckstufe 1_?37 MPa und 300⁰C Heißdampftemperatur betrieben werden. Die nach dem Verfahren hergestellten Heizwerke haben eine sichere Elektroenergieeigenerzeugung zur Eigenbedarfsversorgung, einbezogen angeschlossene Wärmeabnehmerstationen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen:

Es ist bekannt, daß Heizwerke mit Dampferzeugern der Druckstufe 1,37 IJPa und 300 C Heißdampftemperatur hergestellt werden. Nach dem Katalog für die Investvorbereitung von Heizwerken >46j5 MW des VEB Wärme an lagenbau "DSF" ist jedoch keine Variante bekannt, die eine Nutzung der Arbeitsfähigkeit des Dampfes zur Stromerzeugung vorsieht.

Es ist weiterhin bekannt, daß Heizkraftwerke mit Gegendruck- und Bntnahmeturbinen für die öffentliche Wärme- und Elektroenergieversorgung gemäß Kennziffernkatalog der VVB Energieversorgung hergestellt werden. Die Druckatufen der Heizkraftwerksbaureihen sind jedoch 5,2 MPa und höher sowie 460 C Hei.ßdampftemperatur und höher.

Weiterhin wurden Heizv/erke mit einer Gegendruckturbine auf

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der 4. Intensivierungskonferenz des VEB V/ärmeanlagenbau "DSF" vorgeschlagen. Die dem Turbinenbetrieb zugeordneten Dampferzeuger haben eine Druckstufe von gleichfalls 5,2 MPa und 460⁰C Heizdampftemperatur.

In Verbindung mit dem Einsatz der Druckstufe 5,2 MPa und 460⁰C Heißdampftemperatur entsteht für Heizkraftwerke ein beträchtlich hoher Anlagenaufwand.

Bei Verwendung der Druckstufe 5,2 MPa in Heizwerken mit Gegendruckturbine ist eine angebots- und projektreife Wiederverwendung der Ausrüstungen der Heizwerkshauptanlagen nach dem Katalog des VEB Wärmeanlagenbau "DSF" sowie insbesondere nach dem ausführungsreif vorhandenen Typbaustein Kesselhaus und Bunkersehwerb&u Heizwerk Bautzen, nicht möglich. Darüber hinaus wird mit einer Gegendruckturbine nicht die erforderliche Versorgungssicherheit erzielt und die elektrische Anschlußleistung zur Versorgung des Heizwerkes muß durch das öffentliche Netz verfügbar sein. Weiterhin ist die Elektroenergieausbeute wegen der Verhältnisgleichheit von Dampfdurchsatz und Leistung eingeengt und das Betriebsregime ist bei Vorliegen unterschiedlicher Dampferzeugerdruckstufen im Heizwerk mit 5,2 IiPa und 1,37 MPa erschwert. Eine Eigenversorgung ist im übrigen mit der vorgeschlagenen Gegendruckturbine im unteren Teillastbereich sowie unter Berücksichtigung der Ausbaustufen für die Dampferzeuger nur mit Teilauspuffbetrieb möglich.

Die gegenwärtig hergestellten Typheizwerke hsiben beträchtliche elektrische Anschlußleistungen und sind abhängig von der öffentlichen Stromversorgung. Wach dem Bericht 74-1628-(1979) DA des Instituts für Energieversorgung ist es ünmöglioh, eine ununterbrochene Elektroenergieversorgung der Abnehmer zu gewährleisten. Eine ständige Elektroenergieeinspeisung für Heizwerke ist an den Grenzen zweier unabhängiger 110-kV- Netze möglich. Diese Voraussetzung ist jedoch nur in Ausnahmen erfüllbar. Eine unterbrechungslose Eigen- . bedarfsversorgung läßt sich somit nur durch Lastabwurf auf

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eine Eigenbedarfsinsel realisieren. Diese Möglichkeit ist im Kraftwerk gegeben. Sine Anpassung an die Forderung nach Erhöhung der Versorgungssicherheit kann bei Heizwerken lediglich durch zentrale Steuerung bzw. Stufensystem (EIt) mit zulässigen Unierbrechungen der Wärmelieferungen an die Abnehmerstationen angenähert werden.

Auf der anderen Seite bestehen bei Heizwerken mit 40-t/h-Dampferzeugern Schwierigkeiten bei der Sicherstellung des Mindestlastbetriebes im Sommer.

Ziel der Erfindung:

Generell sind keine Heizwerke der öffentlichen Wärmeversorgung mit überwiegend Heizwasser als Wärmeträger bekannt, die mit'der Dampferzeugerdruckstufe 1,37 MPa arbeiten, eine auf den elektrischen Eigenbedarf einschließlich, ihrer Wärmeabnehmer bemessene Leistungsauslegung besitzen und darüber hinaus als Spitzenstromerzeuger erweiterungsfähig sind. Dementsprechend ist Zweck des schutzfähigen Vorschlages, die Herstellung von neuen Heizwerken unter Wiederverwendung der Heizwcrkshauptaniagen der Druckstufe 1_?37 L'Pa mit 40— t/h- Dampferzeugern anzuregen, welche vorgenannte Mangel beseitigen sowie neue Gebrauchswerteigenschaften erzielen,

Darlegung des Wesens der Erfindung:

An Hand des elektrischen Leistungsbedarfs werden für die Druckstufe 1,37 MPa- und 300⁰C Heißdampftemperatur Gegendruck- und .Abdampfturbinen so kombiniert, daß mit dem erhaltenen Entnahmedio.gramm sowohl Strom- als auch Wärmebedarf für alle in Frage kommenden Ausbaustufen durch entsprechende Zuordnung der Dampferzeuger und Entnahme- !Condensations- Turbosatzeinheiten versorgungsoptimal bilanzieren und in jedem Fall die Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit des Dampfes gewährleistet ist. Die 'i'urbosätze decken bis

etwa 1/2- Last der Anlage den gesamten Wärmebedarf über Turbinenbetrieb. Erst darüber hinaus ist reduzierter Heißdampf zur Erlangung der vollen Wärmeleistung zuzusetzen.

Die Spreizung des Entnahmebereiches wurde gleichzeitig so bemessen, daß der Betrieb der Turbosa.tze bei den in Frage kommenden Teillasten gewährleistet ist und im angenäherten Gegendruckbetrieb erfolgt. Für den Ausfall einer Turbineneinheit ist.der Kondensationsteil so·vorgesehen, daß der in Betrieb befindliche bzw. die restlichen Turbosätze den Elektroenergieeigenbedarf sicher abdecken. Durch reduzierten Heißdampf wird die Wärmeversorgung aufrechterhalten.

Die mit dem Entnahmediagramm vorgesehene Spreizung ermöglicht gleichzeitig bei entsprechender Auslegung der Kühlleistung eine Spitzenstromerzeugung sowie die Leistungsbereitstellung bei Lastaufwurf auf Inselbetrieb.

Die zweckmäßige Form der Realisierung wird in nachfolgendem Ausführungsbeispiel dargestellt:

Fig. 1 zeigt die Gesamtgrundschaltung des Heizwerkes mit der Druckstufe 1,37 MPa und 300⁰C Heizdampftemperatur 1, die 40- t/h- Dampferzeuger 2 sowie die Dampfschiene 9 mit der Druckstufe 0,12 LiPa. Dieser Anlagenumfang entspricht der derzeitigen Heizwerkstyplösung. Eingeordnet in diese Schaltung sind: Entnahme- Kondensations- Turbine, bestehend aus dem Gegendruckteil 3 und dem Abdampfteil 4, Kondensator mit Kühlanlage 5, Gegendruck- bzw. Entnahmedampfschiene 8, Heizkondensator 6, Spitzenvorwärmer 7, Druck-Haltung 10, Bypaßzumischung 11 sowie Heii3dampfzustandswandler 12.

Der Heizkondensator 6 bildet mit dem Turbosatz 3 und 4 sowie der Kondensationsanlage 5 eine Einheit und ermöglicht eine Kontaktierung der Stromerzeuger-, Wärmeübertrager- und Kondensationsanlage in einem gesonderten Maschinenhaus. Dadurch entfallt die konventionelle Wärmeübertrageranlage für

Heizwerke und der Haum kann für das Maschinenhaus zur Einordnung in den Lageplan für Heiawerke mit genutzt werden. Hierdurch ist es im wesentlichen möglich, die Heizwerkstyplosung um die Entwicklung eines kompaktierten Stromerzeuger-Bausteins, um die Übernahme der angepaßten Heizkraftwerkslösung für elektrische Eigenversorgung sowie um einen erweiterten Kühlwasserversorgungsbaustein zu komplettieren. Dabei stützen sich Kondensations- und Rückkühlanlagen 5 auf die üblichen Verfahren, wobei eine Einbindung der Gebrauchswasserversorgung des Heizwerkes in den Kühlkreislauf erfolgt, «Je nach örtlichen Bedingungen und Auslegungsvariante können z. B* KIeinkühltürme als Dachaufbau, Betonkühler bzw. Luftkondensation zum Einsatz gelangen.

Der Turbinenentnahmedruck bzw. Gegendruck 8 soll normal 0,78 LIPa betragen. Demgemäß ist die Anlage bis etwa 160 C Heizwasservorlauftemperatur unter Berücksichtigung des überwiegenden Einsatzes mengengeregelter Netze zu betreiben. Bei höheren Vorlaufteniperaturen sind, wie nach ausgeführten Anlagen üblich, üpitzenvorwärmer 7 einzusetzen. Die Einstellung niedriger Vorlaufteniperaturen erfolgt, wie üblich, mittels Gegendruckverstellung oder / und der Bypaßzumischung 11 .

Nach Fig. 1 1st des weiteren₅wie schon ausgeführt,dynamische Druckhaltung 10 vorgesehen. Ebenso sind bekannte Verfahren aus Heiawerken einsetzbar.

Der Heißdampfzustandswandler 12, sowie die übrigen Anlagen sind nach der bekannten i'echnik realisierbar»

Fig.2 zeigt das Entnahmediagramm des Entnahme- Kondensations-'X'urbosatzes.. Es ist gebildet aus der Gegendruckturbine 3 und der Abdampfturbine 4. Als Gegendruckturbine 1st der Typ R-12-43 unter Modifizierung auf die Druckstufe 1,37 MPa bzw. 1,23 MPa Arbeitsdruck vorgesehen.Die Grobbestimmung erfolgte mittels Reduzierung des Dampfdurchsatzes entsprechend dem Dampf- Dichteverhältnis sowie hinsichtlich der Leistung unter Berücksichtigung des reduzierten Gefälles,

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des reduzierten Durchsatzes und des reduzierten Wirkungsgrades. Als Abdampften ist die Turbine K-5-8 notwendig. Entsprechend dem Baukastenprogramm des Herstellers sind beide Turbinenteile zur vorgeschlagenen Entnahme- Kondensationsturbine kombiniert.

Ergeben sich bei Vorliegen eines Herstellerangebotes Präzisierungen zum Entnahmediagramm, ζ. B. in der Beschränkung der Schluckfähigkeit des Turbosatzes durch die Abdampfturbine, so gewährleistet die Wahl der Betriebspunkte bzw. ihre Anpassung nach diesem Vorsohlag keine prinzipielle Abänderung des Verfahrens.

Mit dieser Turbine sind zur Gewährleistung des vorgeschlagenen Zieles nachfolgende Zuordnungen erforderlich:

40— t/h- Dampferzeugeranzahl Turbinenzahl

3 . 2

4 2

5 2

6 max. 3

Bei Eigenstromversorgung erreicht die Anlage bei Vollast etwa nachstehende Wärmeleistungen:

40- t/h- Dampferzeugeranzahl Wärme in MW

3 63-67

4 -87-92

5 110-116

6 . 134-142

Die Wärmeleistungsbereiche ergeben sich je nach Auslegungsvariante sowie entsprechend Fernwärmenetzausdehnung·

Bei weiterem Ausbau der Kühlerleistung ist bei Vollast und der angegebenen Wärmeleistung etwa nachstehende Gesamtleistung erzielbar:

	U 2
40- t/h- Dampfer	Wärmeabgabe
zeugeranzahl	in MW
3	31
4	58
	86
6	112
6	86

Gesamtleistung in IvW

• 11

11 11 11 17

Eine solche Anpassungsfähigkeit ermöglicht, ein nach dem vorgeschlagenen Verfahren hergestelltes Heizwerk als Spitzenwerk zu planen. Es kann variabel zeitlich unterschiedlich auftretende Wärme- oder Elektroenergiespitzen decken.

Bei Lastaufwurf auf Insellast wird durch das Entnahmediagramm die maximal zulässige Turbinenleistung bei mindestens Halblastbetrieb eines Dampferzeugers nicht überschritten.. Lastaufwurf auf Insellast für die Baustufen 5x 40-t/h und 6x 40-t/h- Dampferzeuger ist bei mindestens 2/3- Last eines Dampferzeugers zulässig. Unter der Bedingung von Spitzenstromerzeugung sowie Lastaufwurf auf Eigenbedarf und eine zusatzliche Netzinsel bei gleichzeitigem Ausfall einer Turbine, sind folgende Leistungen bei Vollast erzielbar:

Turbinen- 40-t/h-Dampfer- Wärmeabgabe Zusätzlicher zahl zeugeranzahl in MV/ Spitzenstrom

für Fetzinsel in MV/

3 6 110 5

Dies gilt, wenn man von vornherein auf mögliche Entlastung von 17 MW auf 11 MW (Gesamtleistung) bei Lastaufwurf verzichtet.

Durch Einsatz der Turbinenkombination ist es weiterhin mög~ lieh, den nichtausreichenden Mindestlastpunkt bei 40- t/h-Dampferzeugern wesentlich zu unterschreiten und den Wärmean-

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forderungen im Sommerbetrieb besser gerecht zu werden. Wärmetechnisch beträgt bei Halblastbetrieb eines Kessels die Wärmeleistung etwa 0,7 MW.'

Durch den Turbineneinsatz ist außerdem der Aufbau von Fernwärmeversorgungssystemen in Territorien geringer Energiedichte durch Reduzierung des elektrischen Anschlußwertes auf den Leistungsbedarf zum Anfahren eines Dampferzeugers, oder der Aufbau von unabhängigen Sonderheizwerken mit Notstromaggregaten entsprechender Leistung, möglich.

Fig.3 zeigt den linearisierten elektrischen Eigenbedarf der Heizwerke, des VEB Wärmeanlagenbau "DSF" It. Typenkatalog unter Einbeziehung des Eigenbedarfs der Abdampfturbine mit Kühlsystem sowie der Abnehmerstationen als Grundlage der Bemessung der Entnahme- Kondensationsturbine. Die jeweiligen Leistungsbereiche berücksichtigen unterschiedliche Aus— legungsvarianten und territorial verschiedene Fernwärmenetzausdehnungen.

Für die Ausbauleistung 6x 40- t/h- Dampferzeuger ist nur dann der Einsatz von 3 'i'urbosatzeinheiten erforderlich, wenn der Leistungsbedarf den für 5x 40- t/h- Dampferzeuger Übersteigt.Dies gilt auch für die weiteren Fälle der 6x 40- t/h- Dampferzeugerausbaustufe, bei denen eine maximale Spitzenstromausbeute erzielt werden soll und eine höchstmögliche Versorgungssicherheit garantiert werden muß.

Die elektrischen anlagentechnischen Voraussetzungen für die Eigenbedarfssicherung sind entsprechend den bekannten Verfahren bzw. nach Beschreibungen aus der Literatur erfüllbar,

Claims

Brfindungsanspruch : Das Verfahren zur Herstellung von Heizwerken für die ununterbrochene Wärmeversorgung durch Elektroenergieeigenerzeugung stützt sich auf die Ausnutzung der Arbeitsfähigkeit des Dampfes von Dampferzeugern mit der Druckstufe 1,37 MPa und 30O0C Heißdampftemperatur unter Einsatz und zweckmäßiger Kombination einer Gegendruck^- und Abdampfturbine und ist gekennzeichnet dadurch, daß

1 der Eigenstrombedarf von Heizwerken der Baugrößen 120 bis 240 t/h Bemessungsgrundlage des dem Verfahren zu Grunde liegenden Entnahmediagramms ist;

2 der Betrieb der Turbosätze bei den in Frage kommenden Teillasten normal durch angenäherten Gegendruckbetrieb gewährleistet wird;

3 die Spreizung des Entnahmediagramms die sichere Elektroenergieerzeugung zur Eigenversorgung bei Ausfall eines Turbosatzes ermöglicht;

4 ein Stromüberangebot bei in Betrieb befindlichen Turbosätzen durch Ausnutzung der Kondensationsleistung erzielt werden kann;

5 eine Leistungsbereitstellung bei Lastaufwurf auf Inselbetrieb gegeben ist;

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