DE102018132811A1 - Wassereinspritzsystem für Kraftwerke - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem und ein Steuergerät.Das erfindungsgemäße Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem umfasst eine Versorgungseinheit (1), eine Dosierungseinheit (6) und eine Einspritzeinheit (10). Die Versorgungseinheit (1) ist ausgebildet, der Dosierungseinheit (6) Wasser zur Verfügung zu stellen. Die Dosierungseinheit (6) ist als elektrisch aktuierbares System ausgeführt und ausgebildet, die einzuspritzende Wassermenge zu dosieren und der Einspritzeinheit (10) zur Verfügung zu stellen. Die Einspritzeinheit (10) ist ausgebildet, das Wasser in das Dampfsystem (24) einzubringen.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem und ein Steuergerät.
- Aus der WO201S/117957A1 ist eine Attemperator bekannt, umfassend ein Rohr, eine Rohrummantelung und ein Einspritzsystem zum Einbringen von Wasser in das Rohr zur Kühlung von Dampf.
- Das erfindungsgemäße Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem umfasst eine Versorgungseinheit, eine Dosierungseinheit und eine Einspritzeinheit. Die Versorgungseinheit ist ausgebildet, der Dosierungseinheit Wasser zur Verfügung zu stellen. Die Dosierungseinheit ist als elektrisch aktuierbares System ausgeführt und ausgebildet, die einzuspritzende Wassermenge zu dosieren und der Einspritzeinheit zur Verfügung zu stellen. Die Einspritzeinheit ist ausgebildet, das Wasser in das Dampfsystem einzubringen.
- In Gas- und/oder Dampfkraftwerken wird Wasser in ein Dampfsystem eingespritzt, wenn beim Anfahren der Turbine der Dampf noch nicht heiß genug ist oder wenn der Dampf beim Herunterfahren der Turbine abgekühlt werden muss. Die Wassermenge wird über ein vorgeschaltetes Ventil dosiert. Dieses Dosierventil ist üblicherweise als Spindelventil ausgeführt und wird über einen Schrittmotor geöffnet und/oder geschlossen. Die Erfindung sieht eine elektrisch aktuierbare Dosierungseinheit vor. Mögliche Vorteile der Erfindung sind aufgrund der elektrischen Aktuierung der Dosierungseinheit eine vorteilhafte Dynamik und genaue Dosierung der in den Dampf einzuspritzenden Wassermenge. Die elektrische Aktuierung erfolgt vorzugsweise elektromagnetisch oder piezoelektrisch.
- Vorzugsweise umfasst die Dosierungseinheit des Wassereinspritzsystems zumindest ein Zumessventil und ein Servoventil, sodass das Zumessventil die einzuspritzende Wassermenge dosiert und durch das Servoventil aktuiert wird. Dadurch wird eine flexible Steuerung der erforderlichen Einspritzmengen ermöglicht. Bevorzugt wird das Zumessventil servo-hydraulisch gesteuert. Das Servoventil kann mit elektromagnetischen oder piezoelektrischen Aktuatoren ausgeführt sein.
- In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Wassereinspritzsystems umfasst die Einspritzeinheit ein Wassereinspritzventil und eine Einspritzleitung. Über die Einspritzleitung ist die Einspritzeinheit mit der Dosierungseinheit verbunden. Dadurch wird ermöglicht, dass die durch die Dosierungseinheit dosierte Wassermenge durch das Wassereinspritzventil in das Dampfsystem eingebracht werden kann.
- Vorzugsweise ist die Einspritzleitung des Wassereinspritzsystems so ausgeführt, dass das Wassereinspritzventil von dem Zumessventil und dem Servoventil genügend beabstandet ist, so dass eine Überhitzung des Zumessventils und/oder des Servoventils verhindert wird. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass ein Versagen des Zumessventils und/oder des Servoventils aufgrund zu hoher Temperaturen vermieden oder zumindest weniger wahrscheinlich wird. Der Abstand zwischen Wassereinspritzventil und Zumessventil sowie Servoventil sollte mindestens 10 cm, bevorzugt mindestens 30 cm und besonders bevorzugt mindestens 50 cm betragen.
- In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Wassereinspritzsystem ein Steuergerät, das eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Bereitstellung des Wassers über die Versorgungseinheit,
- - Initiierung der Wassereinspritzung durch Aktuierung der Dosierungseinheit und
- - Beenden der Wassereinspritzung durch Deaktivieren der Dosierungseinheit.
- Dadurch wird der Vorteil einer dynamischen und genauen Dosierung der in den Dampf einzuspritzenden Wassermenge erreicht.
- Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem, -
2 eine Ausführungsform einer Einspritzeinheit eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems, -
3 eine Konstruktionszeichnung einer Dosierungseinheit und einer Einspritzeinheit eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems, -
4 Verfahrensschritte, die von einem Steuergerät eines erfindungsgemäßen Wassereinspritzsystems ausgeführt werden. -
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem. Das Wassereinspritzsystem umfasst eine Versorgungseinheit1 , eine Dosierungseinheit6 und eine Einspritzeinheit10 . Die Versorgungseinheit1 ist ausgebildet, der Dosierungseinheit6 Wasser zur Verfügung zu stellen. Die Dosierungseinheit6 ist als elektrisch aktuierbares System ausgeführt und ausgebildet, die einzuspritzende Wassermenge zu dosieren und der Einspritzeinheit10 zur Verfügung zu stellen. Die Einspritzeinheit10 ist ausgebildet, das Wasser in das Dampfsystem24 (2 ) einzubringen. - Die Dosierungseinheit
6 umfasst zumindest ein Zumessventil8 und ein Servoventil17 . Über eine Drossel15 gelangt eine Hydraulikflüssigkeit, hier Wasser, in einen Steuerraum14 an der Stirnseite eines Ventilschiebers24 (3 ) und hält diesen in der geschlossenen Position, so dass das Zumessventil8 verschlossen ist. Dieser Zustand bleibt so lange aufrecht erhalten, wie das Servoventil17 , das elektromagnetisch betätigbar ist, nicht aktuiert wird. Wird das Servoventil17 aktuiert, öffnet es sich und der Druck im Steuerraum14 sinkt ab, da das Wasser über eine Drossel16 aus dem Steuerraum14 entweichen kann. Dadurch kann der Ventilschieber24 durch die Feder13 aus der geschlossenen Position bewegt werden, so dass das Zumessventil8 öffnet. Durch das Zumessventil8 gelangt das Wasser in eine Einspritzleitung9 . Wird die elektrische Bestromung abgeschaltet, so wird zunächst das Servoventil17 über eine Schließfeder18 geschlossen. Danach baut sich im Steuerraum14 wieder ein höherer Druck auf, so dass das Zumessventil8 ebenfalls schließt. Damit sinkt der Druck in der Einspritzleitung9 . - In dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Einspritzeinheit10 ein Wassereinspritzventil12 und die Einspritzleitung9 . Über die Einspritzleitung9 ist die Einspritzeinheit10 mit der Dosierungseinheit6 verbunden. Zweckmäßigerweise ist das Wassereinspritzventil12 so ausgeführt, dass es nach außen öffnet. Es wird im Ruhezustand durch den Dampfdruck und zusätzlich durch eine Feder11 in der geschlossenen Position gehalten. Wenn sich das Zumessventil8 öffnet, steigt der Druck in der Einspritzleitung9 und am Wassereinspritzventil12 an. Das Wassereinspritzventil12 öffnet und die Einspritzung beginnt. Wenn das Zumessventil8 schließt, sinkt der Druck in der Einspritzleitung9 und auch das Wassereinspritzventil12 schließt. - Die Einspritzleitung
9 ist so ausgeführt, dass das Wassereinspritzventil12 von dem Zumessventil8 und dem Servoventil17 genügend beabstandet angeordnet ist. So wird vorteilhaft erreicht, dass keine Überhitzung des Zumessventils8 und/oder des Servoventils17 erfolgt. Denn die zur Steuerung der Einspritzung erforderlichen elektromagnetischen Aktuatoren (2 ) oder auch piezoelektrische Aktuatoren, können nicht in unmittelbarer Nähe des Einspritzventils12 angebracht werden, da sowohl elektromagnetische 22 als auch piezoelektrische Aktuatoren bei Temperaturen oberhalb von 200°C versagen. Es ist daher eine räumliche Trennung der Wasserzumessung und des druckgesteuerten Wassereinspritzventils12 erforderlich. - Das Wassereinspritzventil
12 ist über dem Zumessventil8 und dem Servoventil17 angeordnet. So wird das Entstehen eines sogenannten Wärmerohrs vermieden oder zumindest sehr unwahrscheinlich, da am Wassereinspritzventil12 entstehende Dampfblasen aufgrund von Auftrieb nicht an das Zumessventil8 und/oder das Servoventil17 gelangen können. -
2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in dem die Einspritzleitung9 direkt am Wassereinspritzventil12 bogenförmig ausgeführt ist. Dadurch wird vermieden oder zumindest sehr unwahrscheinlich, dass die Einspritzleitung als Wärmerohr wirkt und dadurch das Zumessventil8 und/oder das Servoventil17 möglicherweise beschädigt wird. - In dem in
1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Einspritzeinheit10 eine Drossel7 , über die die Einspritzleitung9 entlastet werden kann. Durch die Entlastung werden unkontrollierte Einspritzungen aufgrund von Dampfblasenbildung in der Einspritzleitung9 durch ungewollten Druckaufbau nach dem Schließen des Zumessventils8 vermieden. - Die Versorgungseinheit
1 umfasst hier einen Vorratsbehälter21 , einen Filter3 , ein geeignetes Speichervolumen5 und eine Pumpe2 . Die Versorgungseinheit1 ist ausgebildet, das Wasser in dem Speichervolumen5 bei einem für das Wassereinspritzsystem vorteilhaften Druck zu speichern und der Dosierungseinheit6 zur Verfügung zu stellen. Die Pumpe2 saugt aus dem Vorratsbehälter21 über den Filter3 Wasser an und fördert dieses in das Speichervolumen5 . Der Druck im Speichervolumen5 ist höher als der Druck im Dampfsystem24 . Die Druckdifferenz wird über einen Druckregler eingestellt. Die Druckregelung kann durch eine geeignete Steuerung der Pumpe2 erfolgen. Die durch den höheren Druck erzielten kleineren Tröpfchen rmöglichen eine größere Oberfläche und ermöglichen eine schnellere Verdampfung des Wassers und somit eine schnellere Durchmischung und Kühlung des Dampfes. Für eine vorteilhafte Reduzierung der Tröpfchendurchmesser beträgt der Differenzdruck zwischen dem Druck im Speichervolumen5 und dem Druck im Dampfsystem 24 mindestens 10 bar, liegt bevorzugt im Bereich20 -80 bar, besonders bevorzugt im Bereich40 -60 bar. -
3 zeigt eine Ausführungsform der Dosierungseinheit6 und der Einspritzeinheit10 . Über das Speichervolumen5 wird das komprimierte Wasser bereitgestellt. Über die Drossel15 gelangt das Wasser in den Steuerraum14 an der Stirnseite des Ventilschiebers24 und hält diesen in der geschlossenen Position. Über die Drossel16 gelangt das Wasser zum Servoventil17 , das im Ruhezustand geschlossen ist, so dass der Druck im Steuerraum14 aufrechterhalten wird und das Zumessventil8 geschlossen bleibt. Wird das Servoventil17 geöffnet, indem die Spule22 aktuiert wird, kann das Wasser aus dem Steuerraum14 über eine Rückleitung20 zum Vorratsbehälter21 entweichen. Dadurch fällt der Druck im Steuerraum14 ab, sodass der Ventilschieber24 durch die Feder13 in eine zumindest teilweise geöffnete Position gebracht wird und das Wasser über die Einspritzleitung9 zum Wassereinspritzventil12 strömen kann. Wird die elektrische Bestromung der Spule22 abgeschaltet, so wird zunächst das Servoventil17 über die Schließfeder18 geschlossen. Danach baut sich im Steuerraum14 wieder ein höherer Druck auf, so dass das Zumessventil8 durch die Feder13 geschlossen werden kann. Damit sinkt der Druck in der Einspritzleitung9 , wodurch auch das Wassereinspritzventil12 schließt. Um unkontrollierte Einspritzungen durch Dampfblasenbildung in der Einspritzleitung9 aufgrund ungewollten Druckaufbaus nach dem Abschalten zu vermeiden, wird die Einspritzleitung9 über die Drossel7 entlastet. Über die Drossel7 gelangt das Wasser durch die Leitung19 zurück zum Vorratsbehälter21 . In der gezeigten Ausführungsform umfasst das Wassereinspritzsystem ein Kühlsystem23 zur Kühlung des Servoventils17 . - In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Wassereinspritzsystem ein Steuergerät, das eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: Bereitstellung des Wassers
S1 über die Versorgungseinheit1 , Initiierung der WassereinspritzungS2 durch Aktuierung der Dosierungseinheit6 und Beenden der WassereinspritzungS3 durch Deaktivierung der Dosierungseinheit6 . Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Wassereinspritzung automatisiert und iterativ erfolgen kann. - Das Steuergerät führt hier die Initiierung der Wassereinspritzung
S2 und das Beenden der WassereinspritzungS3 anhand des Zustands des Dampfes im Dampfsystem24 durch. Dies ermöglicht einen adaptiven Betrieb des Wassereinspritzsystems, so dass passend zum vorliegenden Zustand des Dampfes eine Einspritzung mit einer entsprechend dosierten Wassermenge durchgeführt wird.
Claims (10)
- Wassereinspritzsystem für Kraftwerke zum Einspritzen von Wasser in ein Dampfsystem, umfassend eine Versorgungseinheit (1), eine Dosierungseinheit (6) und eine Einspritzeinheit (10), - wobei die Versorgungseinheit (1) ausgebildet ist, der Dosierungseinheit (6) Wasser zur Verfügung zu stellen, - die Dosierungseinheit (6) als elektrisch aktuierbares System ausgeführt ist und ausgebildet ist, die einzuspritzende Wassermenge zu dosieren und der Einspritzeinheit (10) zur Verfügung zu stellen und - die Einspritzeinheit (10) ausgebildet ist, das Wasser in das Dampfsystem (24) einzubringen.
- Wassereinspritzsystem nach
Anspruch 1 , wobei die Dosierungseinheit (6) zumindest ein Zumessventil (8) und ein Servoventil (17) umfasst. - Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspritzeinheit (10) ein Wassereinspritzventil (12) und eine Einspritzleitung (9) umfasst und über die Einspritzleitung (9) mit der Dosierungseinheit (6) verbunden ist.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspritzleitung (9) so ausgeführt ist, dass das Wassereinspritzventil (12) von dem Zumessventil (8) und dem Servoventil (17) genügend beabstandet ist, so dass eine Überhitzung des Zumessventils (8) und/oder des Servoventils (17) verhindert wird.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Wassereinspritzventil (12) über dem Zumessventil (8) und dem Servoventil (17) angeordnet ist.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspritzleitung (9) direkt am Wassereinspritzventil (12) bogenförmig ausgeführt ist.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einspritzeinheit (10) eine Drossel (7) umfasst, über die die Einspritzleitung (9) entlastet werden kann.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versorgungseinheit (1) einen Vorratsbehälter (21), einen Filter (3), ein geeignetes Speichervolumen (5) und eine Pumpe (2) umfasst und wobei die Versorgungseinheit (1) ausgebildet ist, das Wasser in dem Speichervolumen (5) bei einem für das Wassereinspritzsystem vorteilhaften Druck zu speichern und der Dosierungseinheit (6) zur Verfügung zu stellen.
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Steuergerät, das eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: - Bereitstellung des Wassers (S1) über die Versorgungseinheit (1), - Initiierung der Wassereinspritzung (S2) durch Aktuierung der Dosierungseinheit (6), - Beenden der Wassereinspritzung (S3) durch Deaktivierung der Dosierungseinheit (6).
- Wassereinspritzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuergerät die Initiierung der Wassereinspritzung und das Beenden der Wassereinspritzung anhand des Zustands des Dampfes im Dampfsystem (24) durchführt.
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