DE1009639B - Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischenueberhitzten Dampfes - Google Patents

Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischenueberhitzten Dampfes

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DE1009639B
DE1009639B DES37209A DES0037209A DE1009639B DE 1009639 B DE1009639 B DE 1009639B DE S37209 A DES37209 A DE S37209A DE S0037209 A DES0037209 A DE S0037209A DE 1009639 B DE1009639 B DE 1009639B
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    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
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Description

  • Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckteil der Kraftmaschine einer Dampfkraftanlage zwischenüberhitzten Dampfes, wobei die Zwischenüberhitzung einesteils mittels Rauchgasen und anderenteils mittels Hochdruckdampfes erfolgt, der aus dem Dampferzeuger der Dampfkraftanlage zwischen zwei aufeinanderfolgenden Überhitzerheizflächen entnommen wird.
  • Es sind bereits verschiedene Möglichkeiten bekannt, um die Temperatur von zwischenüberhitztem Dampf auf einem gewünschten Wert zu halten. So verwendet man beispielsweise Schwenkbrenner, mit deren Hilfe die Zone stärkster Erwärmung in. dem Dampferzeuger verlagert werden kann. Eine Verschwenkung der Brenner hat aber gleichzeitig einen starken Einfluß auf sämtliche anderen Heizflächen, so daß zusätzliche Regeleinrichtungen an anderen Stellen eingebaut sein müssen. Insbesondere lassen sich nicht zwei Zwischenrüberhitzer gleichzeitig durch die Schwenkbrenner regeln. Man hat auch schon Zwischenüberhitzer in dem Rauchgaskanal in voneinander getrennten Zügen, welche durch Rauchgasklappen mehr oder weniger stark verschlossen werden können, angeordnet. Hierbei soll die unterschiedliche ?Senge des durchtretenden Rauchgases die Temperaturregelung in den Zwischenüberhitzern bewirken. Diese Anordnung ist kostspielig und erfüllt ihren Zweck bei modernen Anlagen nur unvollkommen, bei denen wegen des besseren thermischen Wirkungsgrades die Zwischenüberhitzer im Bereich der Strahlungswärmeübertragung - also in oder nahe der Brennkammer - angeordnet sein müssen. Man kann auch den Zwischenüberhitzer aus zwei Teilen aufbauen und zwischen die Teile einen Dampfkühler schalten. Hierbei müssen allerdings für die Unterbringung dieser Kühlwärme besondere Einrichtungen oder Schaltungen vorgesehen werden.
  • Es ist auch bekannt, die Zwischenüberhitzungstemperatur durch Einspritzen von Kondensat in den zwischenüberhitzten Dampf zu regeln. Bei diesem bekannten Regelverfahren entsteht der große Nachteil, daß hierdurch der Wirkungsgrad der Anlage übermäßig stark herabgesetzt wird. Die großen eingespritzten Wassermengen müssen nämlich wieder verdampft und überhitzt werden, ohne daß die hierfür aufgewendete Energie in dem Hochdruckteil der Turbinenanlage in Arbeit umgesetzt werden kann. Ferner besteht bei dieser Methode noch die Gefahr von Überhitzer- und Turbinenversalzungen.
  • Erfindungsgemäß werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß mindestens abhängig von der Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes eine zusätzliche Menge flüssigen Arbeitsmittels einer Stelle des Dampferzeugers zugeführt wird, die im Wegre des durch den Verdampfer und überhitzer des Dampferzeugers strömenden Arbeitsmittels vor der Entnahmestelle des der Zwischenüberhitzung dienenden Hochdruckdampfes liegt. Die Einspritzung, für die zweckmäßig die Stelle ausgesucht wird, wo das Arbeitmittel noch nicht vollständig überhitzt ist, setzt den Wirkungsgrad der Anlage nicht herab. Sie hat im Gegenteil den Vorteil, daß die eingespritzte Flüssigkeitsmenge nach ihrer Umwandlung in überhitzten Dampf noch in dem Hochdruckteil der Turbine zusätzlich Arbeit leistet.
  • Der Heizdampf für den Regulier-Zwischenüberhitzer kann an einer Stelle des Dampferzeuger-Rohrsystems entnommen werden, an welcher er eine Temperatur besitzt, die die Verwendung von ferritischem Stahl als Material für den Regulier-Zwischenüberhitzer gestattet. Die Aufteilung des Zwischenüberhitzers in einen direkt beheizten und in einen indirekt beheizten Teil kann derart geschehen, daß der Regulier-Zwischenüberhitzer aus mehr oder minder hochlegiertem, ferritischem Stahl bestehen kann, während lediglich der direkt beheizte Zwischenüberhitzer aus wesentlich teuerem, hitzebeständigem Stahl, beispielsweise austenitischem Stahl, hergestellt werden muß. Der Heizdampf müßte also an einer Stelle aus dem Dampferzeuger-Rohrsystem abgeführt werden, an der er - je nach dem Legierungsgrad des ferritischen Stahls - eine Temperatur unter oder höchstens von 550° C besitzt. Eine weitere Vereinfachung läßt sich noch dadurch erzielen, daß der Regulier-Zwischenüberhitzer aus niedrig legiertem Stahl besteht und als Schweißkonstruktion ausgeführt ist. Niedrig legierter Stahl besitzt höchstens 0,5%Molybdän und geringe Spuren Chrom; er braucht nur bei ,etwa 650 bis 700° C spannungsfrei, nicht dagegen bei höheren. Temperaturen normalisierend geglüht zu werden. Obwohl bei Verwendung niedrig legierter, ferritischer Stähle die H.eizdampftemperatur für den indirekt beheizten Zwischenüberhitzer unterhalb 500° C liegen muß, ist es ohne Schwierigkeiten möglich, mit dem direkt beheizten Zwischenüberhitzer die notwendige Temperatursteigerung auf den gewünschten Wert zu erzielen, ohne daß dieser zu große Abmessungen. annimmt --. auch wenn er derart im Dampferzeuger angeordnet ist, daß er gegen die Flammenstrahlung abgeschirmt ist. Dies würde beispielsweise im Rauchgaskanal der Fall sein, also in einem Gebiet, wo die Temperatur der Feuerungsgase bereits etwas abgesunken ist. Auf diese Weise ist aber der direkt beheizte Zwischenüberhitzer während des An£ahrens und bei Schwachlastbetrieb auch ohne besondere Kühlung nicht mehr gefährdet. Es können also alle Schaltungen in Fortfall kommen, die bisher zum Schutze des Zwischenüberhitzers notwendig waren.
  • Die Erfindung beschränkt sich nicht auf Anlagen mit einem einzigen Zwischenüberhitzer. Wenn die Anlage mindestens zwei direkt beheizte Zwischenüberhitzer besitzt, so kann mindestens einem der direkt beheizten Zwischenüberhitzer ein indirekt beheizter Regulier-Zwischenüberhitzer vorgeschaltet sein. Der zweite direkt beheizte Zwischenüberhitzer kann beispielsweise durch Schwenkbrenner oder ebenfalls mit Hilfe eines vorgeschalteten, indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers geregelt werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt, die eine Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, zwei Turbinen und einem zwischen diese geschalteten, direkt beheizten Zwischenüberhitzer und einem indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzer schematisch zeigt.
  • Das Arbeitsmittel wird aus dem Kondensator 1 mittels der Kondensatpumpe 2 durch die Leitung 3 in den Speisewasserbehälter 4 gefördert. Von dort aus bringt die Speisepumpe 5 das Arbeitsmittel auf Betriebsdruck und fördert es weiter durch die Zuleitung 6 in eine erste, rauchgasbeheizte Heizfläche 7 - den »Economiser« - danach in eine zweite Heizfläche 8, in der die Umwandlung von Wasser in Dampf stattfindet, und anschließend durch eine Leitung 9 in eine dritte Heizfläche 10 - einen ersten Überhitzer. Von dort aus strömt das Arbeitsmittel durch die Leitung 11 in die Primärseite des indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers 12, weiter durch die Leitung 13 in die vierte Heizfläche 14 - den Endüberhitzer - und schließlich durch die Leitung 15 in den Hochdruckteil 16 der Turbinenanlage. Danach gelangt das Arbeitsmittel über die Leitung 17 in die Sekundärseihe des indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers 12, weiter in den direkt beheizten Zwischenüberhitzer 18 und über die Leitung 19 in die Niederdruckstufe 20 der Turbinenanlage, um schließlich durch die Leitung 21 in. den Kondensator zurückzuströmen. Der Hochdruckteil 16 und der Niederdruckteil 20 der Turbinenanlage sitzen auf einer gemeinsamen Welle und treiben den: elektrischen Generator 22.
  • Für die Regelung des indirekt beheizten Regulier-Zwischenüberhitzers 12 gibt es verschiedene Möglichkeiten. Am vorteilhaftesten ist es, aus der Zuleitung 6 über die Einspritzleitung 23 Wasser zu entnehmen und dieses in die Leitung 9 hinter der Heizfläche 8 einzuspritzen, wobei die Einspritzmenge von der Stellung des Durchfluß-Regelorgans 24 abhängt. Die Regeleinrichtung 25, die das Durchfluß-Regelorgan 24 steuert, kann von einer Temperatur-Meßstelle 26 kurz hinter der Einmündung der Einspritzleitung 23 in die Leitung 9 und von einer Meßstelle 27 am Austritt des direkt beheizten Zwischenüberhitzers 18 beeinflußt sein.
  • Würde beispielsweise die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes beim Verlassen des direkt beheizten Zwischenüberhitzers 18 absinken, so würde die Temperatur-Meßstelle 27 die Regeleinrichtung 25 und damit das Durchfluß-Regelorgan 24 derart steuern, daß eine geringere Wassermenge in die Leitung 9 eingespritzt wird. Das Arbeitsmittel würde in dem ersten Überhitzer 10 stärker erwärmt werden, könnte eine größere Wärmemenge an den zwischenzuüberhitzenden Dampf abgeben und damitdessenTemperaturerhöhen. Damit die Temperatur des in den Hochdruckteil der Turbine eintretenden Dampfes den gewünschten Wert hat, wird man, nveckmäßigerweise eine hier nicht gezeigte weitere Regeleinrichtung einbauen, beispielsweise eine zweite Einspritzleitung, die Wasser in die Leitung 13 einspritzt. Umgekehrt würde das Durchfluß-Regelorgan 24 weiter öffnen, wenn die Temperatur an der Meßstelle 27 ansteigen würde. Die Temperatur-Meßstelle 26 dient in erster Linie der Stabilisierung der Einspritzregelung.
  • Da der indirekt beheizte Zwischenüberhitzer 12 vorzugsweise aus ferritischem Stahl, insbesondere aus niedrig legiertem ferritischem Stahl in Schweißkonstruktion besteht, wird man die Aufteilung der LJberhitzerheizflächen 10 und 14 derart wählen, daß die Temperatur des den ersten Überhitzer 10 verlassenden Dampfes im Normalbetrieb eine zulässige Temperatur von beispielsweise 500° C nicht überschreitet. Selbstverständlich besitzt die Anlage noch (nicht dargestellte) Schutzeinrichtungen:, die ein überschreiten dieser Dampftemperatur in dem Zwischenüberhitzer 12 verhindern.
  • Der Regulier-Zwischenüberhitzer 12 kann durch eine Umgehungsleitung 28, die die Leitungen 11 und 13 auf der Primärseite des Regulier-Zwischenüberhitzers 12 miteinander verbindet, umgangen werden. In dieser Umgehungsleitung 28 befindet sich ein Durchfluß-Regelorgan. 29, welches in Abhängigkeit von der Temperatur an der Meßstelle 27 geregelt wird. Bei steigender Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes öffnet das Durchfluß-Regelorgan 29 stärker und läßt einen größeren Teil des Hochdruckdampfes an dem Zwischenüberhitzer 12 vorbeiströmen.. Die geringere Menge des Heizdampfes bewirkt eine Temperaturverminderung des zwischenüberhitzten Dampfes. Umgekehrt wird das Durchfluß-Rege.lorgan 29 weiter schließen, wenn die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes absinkt..
  • Der zwischenüberhitzende Dampf kann auch durch eine Umgehungsleitung 30 an dem Regulier-Zwischenüberhitzer 12 sekundärseitig vorbeiströmen. Ein Durchfluß-Regelorgan 31 in dieser Leitung wird in Abhängigkeit von der Temperatur an der Meßstelle 27 geregelt. Bei steigender Temperatur des zwischenüberheizten Dampfes öffnet das Durchfluß-Regelorgan 31 stärker. Ein Teil des zwischenzuüberhitzenden Dampfes gelangt ohne vorherige Zwischenüberhitzung in dem Regulier-Zwischenüberhitzer 12 in den direkt beheizten Zwischenüberhitzer 18, so daß die Temperatur der gesamten. Dampfmenge am Austritt aus dem Zwischenüberhitzer 18 sinkt. Umgekehrt wird das Durchfluß-Regelorgan 31 weiterschließen, wenn die Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes abfällt.
  • Im Rahmen der Erfindung sind viele Abwandlungen denkbar. Beispielsweise kann die Temperatur-Meßstelle 27 bereits zwischen den beiden Zwischenüberhitzern 12 und 18 angeordnet sein. Die Turbinenanlage kann aus mehr als zwei Teilen bestehen, so daß auch entsprechend mehr Zwischenüberhitzer Verwendung finden, welche in der erwähnten Weise mit Hilfe eines Regulier-Zwischenüberhitzers oder mit Hilfe anderer Einrichtungen geregelt werden können. Die Erfindung beschränkt sich auch nicht auf einen hier dargestellten Zwangdurchlauf-Dampferzeuger, sondern kann auch in Verbindung mit anders betriebenen Dampferzeugern verwendet werden.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischen dem Hochdruck- und dem Niederdruckteil der Kraftmaschine einer Dampfkraftanlage zwischenüberhitztem Dampfes, wobei die Zwischenüberhitzung einesteils mittels Rauchgasen und anderenteils mittels Hochdruckdampfes erfolgt, der aus dem Dampferzeuger der Dampfkraftanlage zwischen zwei aufeinanderfolgenden überhitzerheizflächen entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens abhängig von der Temperatur des zwischenüberhitzten Dampfes eine zusätzliche Menge flüssigen Arbeitsmittels einer Stelle des Dampferzeugers zugeführt wird, die im Wege des durch den Verdampfer und Überhitzer des Dampferzeugers strömenden Arbeitsmittels vor der Entnahmestelle des der Zwischenüberhitzung dienenden Hochdruckdampfes liegt.
  2. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 572 617, 575 834, 606 237; österreichische Patentschrift Nr. 127 225; britische Patentschrift Nr. 463 075; Münzinger, Dampfkraft,
  3. 3. Auflage, 1949, S. 500, 502.
DES37209A 1953-12-23 1954-01-18 Verfahren zur Regelung der Temperatur des zwischenueberhitzten Dampfes Pending DE1009639B (de)

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