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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dampfkraftwerkes mit einem ersten Turbinenkondensator und einem zweiten Turbinenkondensator, die kühlwasserseitig in Reihe geschaltet sind, wobei die Temperatur und der Druck das Abdampfes im ersten Turbinenkondensator höher sind als die Temperatur und der Druck des Abdampfes im zweiten Turbinenkondensator, und wobei das Kondensat mindestens zwei in Reihe geschalteten Niederdruckvorwärmern zugeführt wird.
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Ein derartiges Verfahren gehört zum benutzten Stand der Technik und ist in 1 dargestellt. In Dampfkraftwerken wird der in einem Dampferzeuger produzierte Dampf einer nachgeschalteten Dampfturbinenanlage zugeführt. Von dieser Dampfturbinenanlage sind in dem vereinfachten Schaltbild gemäß 1 lediglich eine erste Niederdruckturbine 1 und eine zweite Niederdruckturbine 2 als einflutige Turbinen dargestellt. Anstelle dieser einflutigen Niederdruckturbinen 1, 2 können natürlich auch zweiflutige Niederdruckturbinen zum Einsatz kommen. Der Abdampf 3 der ersten Niederdruckturbine 1 wird einem ersten Turbinenkondensator 4 zugeführt, während der Abdampf 5 der zweiten Niederdruckturbine 2 einen zweiten Turbinenkondensator 6 zugeführt wird. Die Temperatur t1 und der Druck p1 des Abdampfes 3 der ersten Niederdruckturbine 1 sind höher als die Temperatur t2 und der Druck p2 des Abdampfes 5 der zweiten Niederdruckturbine 2.
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Der erste Turbinenkondensator 4 und der zweite Turbinenkondensator 6 sind kühlwasserseitig hintereinander geschaltet und zwar so, dass das Kühlwasser 7 zunächst den zweiten Turbinenkondensator 6 und anschließend den ersten Turbinenkondensator 4 durchströmt. Das durch die Kühlung des Abdampfes 3 im ersten Turbinenkondensator 4 erzeugte Kondensat fließt aus dessem Hotwell 17 über eine Leitung 8 geodätisch in den Hotwell 18 des zweiten Turbinenkondensators 6 ab und kühlt sich dort weiter ab. Die freigesetzte Wärme wird im zweiten Turbinenkondensator 6 an das Kühlwasser 7 abgegeben und geht damit für den Prozess der Dampferzeugung verloren.
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Das aus dem zweiten Turbinenkondensator 6 über eine Leitung 9 abfließende Kondensat wird unter Zwischenschaltung einer Druckerhöhungspumpe 10 einem ersten Niederdruckvorwärmer 11, einem zweiten Niederdruckvorwärmer 12 und einen dritten Niederdruckvorwärmer 13 zugeführt, die in Reihe hintereinander geschaltet sind. Hinter dem zweiten Turbinenkondensator 6 und vor der Druckerhöhungspumpe 10 werden der Leitung 9 über eine Leitung 33 diverse Kondensate aus dem Dampfkraftwerk zugeführt.
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Die Niederdruckvorwärmer 11, 12 und 13, die als Röhrenwärmetauscher ausgeführt sind, werden durch Anzapfdampf 14, 15 bzw. 16 aus der Dampfturbinenanlage beheizt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerkes zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gelöst, welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
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Erfindungsgemäß wird das kältere Kondensat des zweiten Turbinenkondensators über eine Abdampfpumpe mit einem Teil des wärmeren Abdampfes des ersten Turbinenkondensators in Kontakt gebracht. Der durch die Abdampfpumpe aus dem ersten Turbinenkondensator abgesaugte Abdampfteilstrom kondensiert in dem aus dem zweiten Turbinenkondensator zugeführten Kondensat, das sich dadurch maximal bis zur Sättigungstemperatur des Abdampfes des ersten Turbinenkondensators aufwärmen kann. Anders ausgedrückt wird durch die Abdampfpumpe ein Teil der Wärme des Abdampfes, der in den ersten Turbinenkondensator strömt auf das kältere Kondensat des zweiten Turbinenkondensators übertragen. Dieser Teil der Abwärme bleibt dem Prozess erhalten und geht nicht mehr ins Kühlwasser verloren. Im Ergebnis ist das an die Vorwärmer gelieferte Kondensat wärmer als bei dem eingangs beschriebenen Stand der Technik gelieferte. Dadurch wird der erste Niederdruckvorwärmer entlastet, da sich der für die Beheizung des ersten Niederdruckvorwärmers erforderliche Anzapfdampfstrom aus der Dampfturbinenanlage um einen entsprechenden Teilstrom verringert. Dieser Teilstrom verbleibt in der Dampfturbinenanlage und erzeugt eine entsprechende zusätzliche Leistung.
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Die Abdampfpumpe ist technisch gesehen ein Direktkontakt-Kondensator, der eine starke Saugwirkung hat und dadurch einen Teilstrom des Abdampfes aus dem ersten Turbinenkondensator absaugt.
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Die erfindungsgemäße Schaltung erhöht den Wirkungsgrad des Dampfkraftwerkes, da dieses bei unverändertem Brennstoffeinsatz eine entsprechend höhere Leistung bringt, oder bei gleich bleibender Leistung einen verringerten Brennstoffbedarf hat.
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Der Wirkungsgrad des Dampfkraftwerkes kann noch weiter erhöht werden, indem als erster Niederdruckvorwärmer eine erste Niederdruckdampfpumpe eingesetzt wird. Dabei handelt es sich, wie bei der Abdampfpumpe auch, technisch gesehen um einen Direktkontakt-Kondensator. Direktkontakt-Kondensatoren haben gegenüber den im Stand der Technik eingesetzten Oberflächenkondensatoren eine geringere Grädigkeit (Differenz zwischen der Sättigungstemperatur des Anzapfdampfes und der Ablauftemperatur des Kondensates). Das die erste Niederdruckdampfpumpe verlassende Kondensat hat damit gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Temperatur, wodurch der Anzapfdampfstrom für den zweiten Niederdruckvorwärmer aus der Dampfturbinenanlage um einen entsprechenden Teilstrom verringert werden kann. Dieser Teilstrom verbleibt wiederum in der Dampfturbinenanlage und erzeugt eine entsprechende zusätzliche Leistung. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass eine weitere Druckerhöhungspumpe und eine entsprechende Rohrleitung erforderlich sind.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, wird in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, die Abdampfpumpe und die erste Niederdruckdampfpumpe in einer Kolonne zu vereinigen, in der die Abdampfpumpe und die erste Niederdruckdampfpumpe hintereinander geschaltet sind, wobei das in der Abdampfpumpe aufgewärmte Kondensat der ersten Niederdruckdampfpumpe über ein geodätisches Gefälle zugeleitet wird. Dadurch entfallen eine weitere Druckerhöhungspumpe und die entsprechende Rohrleitung.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:
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1 einen Schaltplan nach dem Stand der Technik,
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2 einen Schaltplan nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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3 einen Schaltplan nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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4 einen Schaltplan nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
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5 einen Schaltplan nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
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6 einen Ausschnitt A gemäß 5 in vergrößerter und detaillierter Darstellung.
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Der dem Stand der Technik entsprechende Schaltplan gemäß 1 wurde bereits eingangs erläutert. Die dafür verwendeten Bezugszeichen werden nachfolgend beibehalten, sofern gleiche oder gleichwirkende Bauteile betroffen sind.
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Bei der erfindungsgemäßen Schaltung gemäß 2 erfolgt im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß 1 keine Vermischung des wärmeren Kondensats des ersten Turbinenkondensators 4 mit dem kälteren Kondensat des zweiten Turbinenkondensators 6. Vielmehr wird das kältere Kondensat des zweiten Turbinenkondensators 6 durch eine Druckerhöhungspumpe 19 über eine Leitung 20 einer Abdampfpumpe 21 zugeführt. Diese Abdampfpumpe 21 saugt über eine Leitung 22 einen Abdampfteilstrom aus dem ersten Turbinenkondensator 4 ab, der kondensiert und damit das Kondensat aus dem zweiten Turbinenkondensator 6 auf das Temperaturniveau des ersten Turbinenkondensators 4 erwärmt. Das so erwärmte Kondensat strömt über eine Leitung 23 geodätisch in den Hotwell 17 des ersten Turbinenkondensators 4 und vermischt sich dort mit dem Kondensat des ersten Turbinenkondensators 4. Aus dem Hotwell 17 wird das Kondensat durch eine Druckerhöhungspumpe 10 über eine Leitung 24 in Reihe geschalteten Niederdruckvorwärmer 11, 12 und 13 zugeführt, die als Oberflächenkondensatoren ausgeführt sind. Diese Niederdruckvorwärmer 11, 12 und 13 werden über Anzapfdampfströme 14, 15 und 16 aus der Dampfturbinenanlage beheizt.
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Da das dem Niederdruckvorwärmer 11 zugeführte Kondensat wärmer ist als das nach dem Stand der Technik zugeführte, verringert sich der Anzapfdampfstrom 14 für den ersten Niederdruckvorwärmer 11 um einen entsprechenden Anteil, der somit in der Dampfturbinenanlage verbleibt und für eine zusätzliche Leistung sorgt.
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Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem gemäß 2 lediglich dadurch, dass – wie beim Stand der Technik – das wärmere Kondensat des ersten Turbinenkondensators 4 über eine Leitung 8 geodätisch in den Hotwell 18 des zweiten Turbinenkondensators 6 gelangt und sich dort abkühlt. Das Kondensat wird dann über eine Leitung 20 durch eine Druckerhöhungspumpe 19 in die Abdampfpumpe 21 gepumpt, in der das Mischkondensat des ersten Turbinenkondensators 4 und des zweiten Turbinenkondensators 6 erwärmt wird. Nach der Abdampfpumpe 21 wird das Kondensat über eine Leitung 23 und eine Druckerhöhungspumpe 10 den Niederdruckvorwärmern 11, 12 und 13 zugeführt. Auch hier verringert sich die Anzapfdampfstrommenge 14 des ersten Niederdruckvorwärmers 11 aufgrund der höheren Kondensattemperatur.
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In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel dadurch, dass als erster Niederdruckvorwärmer 11 kein Oberflächenkondensator sondern eine erste Niederdruckdampfpumpe 11 eingesetzt wird, die nach dem Prinzip der Direktkontakt-Kondensation arbeitet.
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Das in der Abdampfpumpe 21 erwärmte Kondensat aus dem ersten Turbinenkondensator 4 und dem zweiten Turbinenkondensator 6 strömt hier auf geodätischem Wege in die direkt angeschlossene erste Niederdruckdampfpumpe 11. Dazu sind die Abdampfpumpe 21 und die erste Niederdruckdampfpumpe 11 zu einer Kolonne 25 vereinigt. Aufgrund dieser Maßnahme entfällt eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe und eine entsprechende Rohrleitung.
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Die Grädigkeit der Niederdruckdampfpumpe 11 ist geringer als die eines nach dem Stand der Technik verwendeten Oberflächenkondensators. D. h., zusätzlich zu der Vorwärmung des Kondensats in der Abdampfpumpe 21 erfolgt eine zusätzliche Vorwärmung des Kondensats in der Niederdruckdampfpumpe 11.
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Das dem zweiten Niederdruckvorwärmer 12 durch die Druckerhöhungspumpe 10 zugeführte Kondensat hat aufgrund der eingesetzten Niederdruckdampfpumpe 11 eine höhere Temperatur als bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 2 und 3. Der Anzapfdampfstrom 15 des zweiten Niederdruckvorwärmers 12 verringert sich dadurch um einen entsprechenden Teilstrom, der wiederum in der Dampfturbinenanlage verbleibt, so dass ein weiterer Leistungsgewinn zu verzeichnen ist.
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Das in 5 dargestellte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 dadurch, dass hier auch noch der zweite Niederdruckvorwärmer 12 als zweite Niederdruckdampfpumpe 12 ausgeführt ist, die in einer Kolonne 26 in Reihe mit der Abdampfpumpe 21 und der Niederdruckdampfpumpe 11 geschaltet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Kondensat also in drei Stufen vorgewärmt, so dass das dem dritten Niederdruckvorwärmer 13 zufließende Kondensat eine noch höhere Temperatur hat, als das Kondensat im vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Die Anzapfdampfstrommenge 16 des dritten Niederdruckvorwärmers 13 verringert sich entsprechend, so dass ein weiterer Leistungsgewinn der Dampfturbinenanlage zu verzeichnen ist.
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6 zeigt eine detailliertere Darstellung der Kolonne 26 gemäß 5. Die oberste Stufe dieser Kolonne 26 bildet die Abdampfpumpe 21, der von oben aber die Leitung 20 das vorzuwärmende Kondensat zugeführt wird. In die Abdampfpumpe 21 mündet seitlich die mit dem Abdampfraum des ersten Turbinenkondensators 4 verbundene Leitung 22.
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Die zweite Stufe der Kolonne 26 ist durch die erste Niederdruckdampfpumpe 11 gebildet. In die Niederdruckdampfpumpe 11 mündet seitliche eine Leitung für die Anzapfdampfstrommenge 14 aus der Dampfturbinenanlage ein.
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Die unterste Stufe der Kolonne 26 wird durch die zweite Niederdruckdampfpumpe 12 gebildet. In diese mündet seitlich eine Leitung für die Anzapfdampfstrommenge 15 aus der Dampfturbinenanlage ein.
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Die Abdampfpumpe 21, die erste Niederdruckdampfpumpe 11 und die zweite Niederdruckdampfpumpe 12 bilden in der Kolonne 26 drei Druckstufen, wobei der Druck in der Abdampfpumpe 21 geringer ist als der Druck in der ersten Niederdruckdampfpumpe 11 und dieser wiederrum niedriger ist als der Druck in der zweiten Niederdruckdampfpumpe 12. Jede der Stufen der Kolonne 26 besitzt eine Entlüftung 27.
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Die Druckstufen der Kolonne 26 sind durch syphonartige Einbauten 28 druckseitig voneinander getrennt. Im Betrieb läuft das in den jeweiligen Stufen gebildete Kondensat über Zulaufrohre 29 in die jeweilig untere Stufe und mündet dort in einen Auffangtopf 30, dessen Boden 31 mit Düsen bestückt ist. Entsprechend den Druckunterschieden zwischen dem einzelnen Druckstufen bilden sich Kondensatsäulen, über die letztlich bei einer gewissen Säulenhöhe Kondensat in die Auffangtöpfe 30 gedrückt wird. Das dort gesammelte Kondensat läuft dann durch den düsenbestückten Boden 31 und fällt im Gegenstrom zum Dampf nach unten. Der Dampf kondensiert dadurch und das gebildete Kondensat durchläuft die Kolonne 26 und sammelt sich in einer Vorlage 32, aus der das in der Kolonne 26 vorgewärmte Kondensat über die Pumpe 10 dem dritten Niederdruckvorwärmer 13 zugeführt wird.
