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Verfahren zum Ausscheiden von Salz aus dem Kreislauf des bei kritischem
oder überkritischem Druck in den dampfförmigen Zustand übergeführten Arbeitsmittels
eines Kraftwerkes In den geschlossenen Arbeitsmittelkreislauf eines Dampfkraftwerkes
muß zum Ausgleich der in den Turbinen und Kesselspeisepumpen und beim Abschlämmen
auftretenden Verluste Zusatzwasser eingespeist werden, wodurch der Salzgehalt des
Arbeitsmittels erhöht wird. Um Salzablagerungen in den Heizflächen und Turbinen
zu vermeiden, muß das Salz aus dem Arbeitsmittelkreislauf ausgeschieden werden.
Zu diesem Zweck ist es bekannt, den Dampf in noch feuchtem Zustand durch einen Fliehkraft-Wasserabscheider
zu leiten, so daß mit den Wasserteilchen das darin enthaltene Salz aus dem Dampf
ausgeschieden wird. Voraussetzung für die Anwendung dieses Ausscheideverfahrens
ist also, daß der Dampf noch feucht ist. Schwierig ist das Ausscheideverfahren bei
einem Kraftwerk, das mit kritischem oder überkritischem Druck arbeitet, wobei feuchter
Dampf nicht erzeugt wird.
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Die bekannten Vorschläge zur Lösung dieser Aufgabe sind unwirtschaftlich,
weil bei Anwendung dieser Vorschläge ein erheblicher Energieverlust eintritt. So
geht ein bekannter Vorschlag dahin, daß der überhitzte Frischdampf vor dem Eintritt
in die Kraftmaschine durch Druckabsenkung in Naßdampf umgewandelt wird, so daß eine
teilweise Kondensation eintritt, be-i der die Kristalle der chemischen Verunreinigungen
die Kondensationskeime bilden. Die Kondensationsprodukte, die die Kristalle enthalten,
sollen aus dem Dampf durch Filtration oder Prallwirkung ausgeschieden werden. Eine
solche Druckabsenkung vor dem Eintritt in die Kraftmaschine bedeutet aber auf jeden
Fall Energieverlust. Bei Dampferzeugern, die in Gebieten hohen Druckes und hoher
Temperatur arbeiten, ist eine solche Druckabsenkung nur möglich, wenn auch ein entsprechender
Wärmeentzug stattfindet, da sonst das Naßdampfgebiet nicht erreicht wird.
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Auch ein weiterer Vorschlag läuft darauf hinaus, den im überkritischen
Zustand befindlichen Frischdampf vor dem Eintritt in die Kraftmaschine durch Druckabsenkung
in Naßdampf zu verwandeln. Nach diesem Vorschlag wird eine aus Düse und Diffusor
bestehende Entspannungs- und Verdichtungsvorrichtung mit dazwischen angeordneter
Fangrinne mit Sammelkanal zum Auffangen und Ableiten .der ausfallenden Flüssigkeit
und der Verunreinigungen verwendet. Durch diese Vorrichtung soll die Druckherabsetzung
so weit getrieben werden, daß der überhitzte Dampf feucht wird. Abgesehen davon,
daß jede Drosselung Energieverluste einschließt, sind mit diesem Vorschlag die vorerwähnten
Nachteile verbunden, da er bei hohen Temperaturen nur ausführbar ist, wenn mit der
Druckabsenkung gleichzeitig ein Wärmeentzug stattfindet.
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Die erwähnten bekannten Vorschläge lassen das Problem des Wärmeentzuges
unberührt. Es muß aber erstrebt werden, daß mit dem Wärmeentzug kein Energieverlust
verbunden ist. Es ist zwar ein Vorschlag bekannt, bei einem im unkritischen Dampfzustand
arbeitenden Dampferzeuger dem Dampf dadurch Wärme zu entziehen, daß der überhitzte
Dampf mittels Kühlung ins Naßdampfgebiet übergeführt wird, indem in der Überhitzungszone
vor einem Flüssigkeitsabscheider eine mit einer Wärmeaustauschfläche arbeitende
Kühlvorrichtung angeordnet ist. Für überkritische Verhältnisse ist dieser Vorschlag
jedoch ungeeignet, da einerseits eine solche weitgehende Temperaturabsenkung bei
überkritischen Dampfzuständen wärmewirtschaftlich nicht vertretbar ist und andererseits
Dampf von überkritischem Druck und überkritischer Temperatur dabei nicht in das
Sättigungsgebiet eintreten würde.
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Es ist ferner bei einem unter normalem Druck und normaler Temperatur
arbeitenden Dampferzeuger bekannt, aus dem Dampf, nachdem er in der ersten Stufe
einer Turbine Arbeit geleistet hat, in noch überhitztem Zustand Kieselsäure auszuscheiden.
Die Anwendung dieses Verfahrens auf überkritische Dampfverhältnisse zur Salzausscheidung
ist nicht möglich, da die Salzausscheidung nur im Naßdampfgebiet vorgenommen werden
kann und eine solche weitgehende
Zustandänderung des Dampfes bei
mit überkritischen Verhältnissen betriebenen Dampferzeugungsanlagen unwirtschaftlich
ist. Es kann nämlich aus thermodynamischen Gründen eine Druckabsenkung des Dampfes
von überkritischem Druck und hohen Temperaturen mit wirtschaftlichem Nutzen nur
von höchstens 30°/0. vorgenommen werden, in welchem Fall der Dampf immer noch überhitzt
ist. Des weiteren gibt dieser Vorschlag keinen Hinweis, wie ein Energieverlust bei
der Salzausscheidung vermieden werden kann.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe unter Vermeidung der aufgezeigten
Mängel dadurch. daß die Entspannung des Dampfe: in einer Vorschaltturbine oder Turbinenstufe
und die anschließende Wärmeabgabe für die Überführung des Dampfes in den für die
Salzabscheidung erforderlichen, unter der Grenzkurve liegenden feuchten Zustand
ohne wesentliche Druckentspannung an das Arbeitsmittel erfolgt und der Dampf anschließend
einem Zw ischenüberhitzer zugeführt wird, aus dem er in die nächste Turbinengruppe
bzw. -stufe eintritt.
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Die, Ausscheidung findet also erfindungsgemäß erst statt, nachdem
der Dampf in der Vorschaltturbine oder in der ersten Turbinenstufe Arbeit geleistet
hat und bevor er der nächsten Turbinenstufe zugeführt wird. Durch das Verfahren
nach der Erfindung wird erreicht, daß die vom Dampf mitgeführten Verunreinigungen,
insbesondere Salzpartikelchen, nach Eintritt in den Abscheider den Kondensationskern
für die entstehenden Wassertröpfchen bilden, so daß eine gute Abscheidewirkung erzielt
wird. Durch die Zwischenkühlung des Dampfes geht keine Wärme verloren, da der Dampf
als Heizmittel für einen Wärmeaustauscher. z. B. Speisewasservorwärmer. für einen
Gegenstromvorwärmer dient und bzw. oder ihm kälteres Arbeitsmittel zugeführt wird.
Die Wärme wird also an das im Kreislauf befindliche Arbeitsmittel abgegeben und
zugleich ein Waschen des Dampfes bewirkt, um das Ausscheiden von Salz zu begünstigen.
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Da der Druck des feuchten Dampfes an der Einspritzstelle wesentlich
niedriger ist als der Druck, unter dem das im Kreislauf befindliche flüssigeArbeitsmittel
in der Nähe der Einspritzstelle steht, müßte das einzuspritzende Arbeitsmittel stark
gedrosselt werden, wenn man es in diesem Bereich dem Kreislauf entnehmen würde.
Um das zu vermeiden, ist in weiterer Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung
vorgesehen, daß das zum Einspritzen als Kühlmittel verwendete Arbeitsmittel aus
dein Arbeitsmittelkreislauf in an sich bekannter Weise an einer Zwischenentnahmestelle
der Höchstdruck-Kesselspeisepumpe abgezweigt wird, wo der Flüssigkeitsdruck entsprechend
niedriger ist.
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Die Zeichnung veranschaulicht ein Beispiel für die Durchführung desVerfahrens
nach derErfindung, und zwar zeigt Abb. 1 den zur Erläuterung der Erfindung wesentlichen
Teil eines Schaltschemas für den Arbeitsmittelkreislauf, während in Abb. 2 die Zustandsänderungen
des Dampfes vom Eintritt in die Vorschaltttirbiiie bis zur Kondensation in einem
Ausschnitt aus dem Mollierschen i-G,-I->iagramm für Wasserdampf dargestellt sind.
in rlas in üblicher Weise der kritische Punkt K sowie eini#-e Isobaren, Isothermen
und im Sattdampfgehiet einige Kurven gleichen Dampfgehalts eingetragen sind. Dabei
entsprechen die Zustandspunkte A bis H im Eiitropiediagramm nach Abb.2 den
in gleicher Weise bezeichneten Stellen im Schaltschema nach Abb. 1. Von der nicht
eingezeichneteir Höch,-,tdruck-Kesselspeisepuinpe wird das Speisewasser durch die
Leitung 1, die Vorwärnier 2 und 3 und den Gegenstroinvorw-ärmer 4 in den Zwangdurchlaufkessel
5 gefördert. in dein es, tim ein Zahlenbeispiel zii nennen. bei dein überkritischen
Druck von 350 ata und entsprechender Temperatur in den dampfförmigen Zustand übergeht.
Der Dampf strömt dann durch den Überhitzer 6, aus dem er mit einem Druck von 300
ata und einer Temperatur von 550' C in die Vorschaltturbine Ti eintritt (Punkt .-I
des Diagramms). Nach der Energieabgabe in dieser Turbine beträgt der Druck an der
niit R hezeMineten Austrittsstelle 110 ata und die Temperatur -110'= C. Der Dampf
ist also noch überhitzt und wird, um eine Salzausscheidung vor seinem Eintritt in
die Turbine T, zu ermöglichen, so weit abgekühlt, bis er feucht wird. Damit dabei
keine @@'ärme verlorengeht. wird der Dampf als Heizmittel durch den Gegenstroinvorwärmer
4 geleitet, wodurch seine Temperatur etwa bis auf 350° C abgesenkt wird. während
das Speisewasser im Vorwäriner so viel Wärme aufnimmt, daß seine Temperatur von
260 auf 320° C steigt. Durch die Zwischenkühlung des Dampfes in dein Vorwärmer 4
wird ini Entropiediagramin (Abb. 2) der Punkt C erreicht. der noch oberhalb der
Grenzkurve x = 1 liegt. Die weitere Abkühlung entsprechend der Linie C-D in Abb.
2 wird durch Einspritzen von Speisewasser in den Dampf hinter der Stelle C in Abb.
1 bewirkt. Die Menge des Einspritzwassers wird dabei so geregelt, daß der Punkt
D im Sattdampfgebiet des Entropiediagramms (Abb. 2) etwa auf der Kurve gleichen
Dampfgehaltes x = 0.95 liegt, und zwar dort, wo der Druck ungefähr 109 ata beträgt.
Das bedeutet, daß der Dampf an der Stelle D in A11. 1 einen Feuchtigkeitsgehalt
von 0,05 hat. Dieser Feuchtigkeitsgehalt reicht aus, um in dem Ausscheider 7 Wasser
und damit auch Salz und andere Verunreinigungen aus dem Dampf auszuscheiden, die
durch die Abschlämmleitung 8 abgeleitet werden.
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Der gereinigte Dampf durchströmt dann den Zwischenüberhitzer 9, der
so groß bemessen sein muß, daß der Dampf zunächst entsprechend der Linie D-B der
Abb. 2 die Wärme wieder aufnimmt, die ihm im Gegenstromvorwärmer 4 und bei der Einspritzung
des Speisewassers entzogen wurde, und anschließend entsprechend der Linie B-E in
Abb. 2 weiter überhitzt wird. so daß er z. B. mit einer Temperatur von 550° C und
einem Druck von 105 ata in die nächste Turbine T, eintritt. Der Dampf strömt dann
in bekannter Weise nach der Arbeitsleistung in der Turbine T durch den Zw ischenüberhitzer
10 und zur Arbeitsleistung in die Turbine T" und darauf zum Kondensator 11. Dieser
Weg ist durch die Zustandspunkte F, G und H im Entropiediagramm gekennzeichnet.
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Das Zahlenbeispiel dient nur zur Erläuterung des Verfahrens nach der
Erfindung. Die Erfindung ist also keineswegs auf die hierbei angegebenen Druck-
und Temperaturwerte oder auf diesen angenäherte Werte beschränkt. Wesentlich ist
jedoch, daß die Temperatur des Dampfes beim Eintritt in die Vorschaltturbine TI
so hoch ist, daß der Dampf aus der Vorschaltturbine noch überhitzt austritt, der
Punkt B im Diagramm nach Abb. 2 also noch oberhalb der Grenzkurve x = 1 liegt. Ferner
ist es ein wesentliches Merkmal für das Verfahren nach der Erfindung, daß der Druck
des Dampfes beim Austritt aus der ''orschaltturbine T1 (Punkt B) niedriger als der
kritische Druck (225 ata) des Wassers ist, damit die Isotherme B-D im Entropiediagramm
(A11.2) die Grenzkurve nicht tangiert. sondern schneidet. Nur wenn der Punkt D unterhalb
der
Grenzkurve liegt, enthält der Dampf die für die Nasser- und Salzabscheidung notwendige
Feuchtigkeit.