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Einrichtung zur Entlastung von Uberströmventilen in der Umgehungsleitung
von mit überkritischem Druck und Temperatur betriebenen Dampferzeugern Die Erfindung
betrifft eine Einrichtung zur Entlastung eines in der Umgehungsleitung eines für
überkritischen Druck und entsprechend hohe Temperatur ausgelegten Dampferzeugers
angeordneten und großen Druckunterschieden ausgesetzten Überströmventils, das zur
Aufrechterhaltung mindestens des kritischen Druckes auch außerhalb des Nutzleistungsbetriebes
dient.
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Es ist bekannt, die Umgehungsleitung eines Dampferzeugers mit einem
Überströmventil auszurüsten, wobei das Überströmventil so lange seine Aufgabe erfüllt,
bis der Dampferzeuger Dampf von der gewünschten Druck- und Temperaturhöhe liefert
und der Dampfverbraucher in der Lage ist, den Dampf aufzunehmen. Diese bekannten
Dampferzeuger werden jedoch ausschließlich bei unterkritischem Druck betrieben.
Bei derartigen Betriebsverhältnissen ist das LTberströmventil in der Regel ohne
weiteres in der Lage, seine Aufgabe über einen längeren Zeitraum einwandfrei zu
erfüllen, weil die hier vorkommenden Druckunterschiede keine vorzeitige Abnutzung
dieses Ventils verursachen. Anders jedoch sind diese Verhältnisse bei Dampferzeugern,
die mit überkritischem Druck und hoher Temperatur betrieben werden. Wegen der hier
zu bewältigenden sehr hohen Drücke muß das Überströmventil sehr stark ausgebildet
sein.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
sie aus einem Organ besteht, dessen Betätigung in Wirkungsverbindung mit dem Ulberströmventil
in der Umgehungsleitung bei einem Druck erfolgt, der unterhalb des für das Arbeiten
des Überströmventiles vorgesehenen Druckes liegt. In weiterer Ausgestaltung der
Erfindung kann die Einrichtung aus einem Überströmventil bestehen, das dem in der
Umgehungsleitung bereits vorhandenen nachgeschaltet ist. Es kann sich empfehlen,
das in der Umgehungsleitung vorhandene Überströmventil durch eine Leitung zu umgehen,
die mit einem Organ versehen ist, das nur außerhalb des Nutzl.eistungsbetriebes
des Dampferzeugers zur Aufrechterhaltung des erforderlichen Druckes dient. Das Organ
in der Umgehungsleitung kann vorteilhaft aus einem Überströmventil bestehen. Ferner
kann es auch zweckmäßig sein, dem Regelorgan in der Umgehungsleitung ein Drosselorgan
nachzuschalten.
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Die für gewöhnlich bereits beim Anfahren eines für überkritischen
Druck und entsprechend hohe Temperatur ausgelegten Dampferzeugers sich im Rohrsystem
bildenden Dampfblasen sind bekanntlich häufig die Ursache von Störungen, die in
sehr unerwünschter Weise z. B. die Mischung bzw. Entmischung des Arbeitsmittels
in den Ouerverbindungen oder Sammlern der einzelnen Rohrstränge zu beeinflussen
vermögen. Die- sich hieraus ergebenden Nachteile können in einfacher Weise dadurch
vermieden werden, daß das Vorhandensein von zwei Phasen des Arbeitsmittels unmöglich
gemacht wird und somit die Stabilität der Arbeitsmittelverteilung im Rohrsystem
des Dampferzeugers in jedem Fall gesichert ist. Dies kann dadurch erreicht werden,
daß auch außerhalb des Nutzleistungsbetriebes der Druck des durch das Rohrsystem
des Dampferzeugers geförderten Arbeitsmittels zur Vermeidung von Siedeerscheinungen
auf mindestens der kritischen Höhe gehalten wird, bei der ein Sieden des Arbeitsmittels
nicht möglich ist. Ein weiterer Vorteil des mit überkritischem Druck betriebenen
Dampferzeugers liegt darin, daß auch die Anordnung der Heizflächen insofern erleichtert
wird, als die Entstehung von Dampfblasen nicht mehr befürchtet zu werden braucht
und die sonst damit im Zusammenhang stehenden Probleme der Mischung bzw. der Entmischung
z. B. in Sammlern oder Ouerverbindungen in einzelnen Rohrsträngen gegenstandslos
werden. Hieraus ergeben sich große Freiheiten in der Konstruktion einer Dampferzeugungsanlage.
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Die Merkmale nach der Erfindung sind auch aus der nachstehenden Beschreibung
sowie aus den Zeichnungen ersichtlich, in denen als Ausführungsbeispiele des
Erfindungsgegenstandes
Schaltungen von Dampferzeugungsanlagen schematisch dargestellt sind.
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In der Fig. 1 ist mit 1 das Anfahrgefäß bezeichnet, aus dem über die
Speisepumpe 2 und das Regelventil 3 der Dampferzeuger 4 gespeist wird. Der hier
mit überkritischem Druck und entsprechend hoher Temperatur erzeugte Dämpf wird über
die mit dem Absperrglied 5 versehene Leitung 6 zu dem Nutzleistungsempfänger, z.
B. der Turbine 7, zugeleitet und gelangt von hier durch die Leitung 8 nach Passieren
des Kondensators 9 über die Pumpe 10 und die Leitung 11 in das Anfahrgefäß 1 zurück.
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Vom Ende der Überhitzungszone des Dampferzeugers zweigt eine mit einem
Überströmventil 12 versehene Umgehungsleitung 13 ab, die in das Anfahrgefäß 1 einmündet.
Außerdem zweigt vom Ende der Überhitzungszone noch parallel zu dem Umgehungsventil
12 der Leitung 13 eine mit. einem Überströniventil 14 ausgerüstete Leitung 15 ab,
die das Überströmventil 12 umgeht und hinter diesem in die Umgehungsleitung einmündet.
Mit 16 ist die vom Anfalirgefäß 1 zu dem Kondensator 9 führende Druckausgleichsleitung
bezeichnet, die, wie üblich, mit einem von der Meßeinrichtung-17 gesteuerten Cberströmventil
18 ausgerüstet ist. Das Kühlmittel für den Kondensator 9 wird diesem über die Leitung
19 zugeführt.
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Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Dampferzeugungsanlagen lassen
gegenüber der in Fig. 1 gezeigten Anlage Abänderungen erkennen. So ist in der Anlage
gemäß Fig. 2 eine Umgehungsleitung für das Überströmventil 12 nicht vorhanden. Dafür
ist in die Umgehungsleitung 13 hinter das Überströmventil ?2 ein zweites Überströmventil
20 geschaltet. Hier ist auch die jedem Überströmventil zugehörige Meße inrichtung
21 bzw. 22 gezeigt, mit denen der vor den Il#erströmventilen herrschende Druck mittels
der Leitungen 23 bzw. 24 gemessen werden kann. Die Meßwerte können als Regelimpulse
über die Leitungen 25 bzw. 26 die überströmventile beeinflussen.
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In der in Fig. 3 gezeigten Anlage ist an Stelle des Überströmventils
14 in der Umgehungsleitung 15, entsprechend Fig. 1, eine aus einer oder mehreren
Blenden bestehende Drosseleinrichtung 27 angeordnet, vor der sich eine von Hand
oder automatisch bedienbare Absperreinrichtung 28 befindet. Der vor dieser Absperrvorrichtung
in der vom Kesselaustritt kommenden Leitung 6 herrschende Druck wird über die Leitung
29 auf das Meßgerät 30 übertragen, das die entsprechenden Regelimpulse über die
Leitung 31 auf das Speisewasserregelventil 3 überträgt.
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Damit die Forderung erfüllt ist, auch außerhalb des Nutzleistungsbetriebes
den Druck des durch das Rohrsystem des Dampferzeugers geförderten Arbeitsmittels
auf mindestens der Höhe zu halten, bei der ein Sieden nicht möglich ist, erfolgt
beispielsweise das Anfahren derart, daß bei geschlossenem Ventil s zunächst mit
der Speisepumpe das Arbeitsmittel, z. B. Wasser, flüssige Metalle oder geeignete
andere Stoffe wie Gemische von Diphenylverbindungen oder Antomonbromid, im Rohrsystem
des Dampferzeugers umgewälzt wird, wobei durch Einrichtungen, z. B. Üherströmventile
oder Blenden, dafür gesorgt wird, daß der Druck im gesamten Rohrsystem des Dampferzeugers
einschließlich oder mit Ausnahme der Überhitzer bereits vor Inbetriebnahme der Feuerung
auf einen höheren Druck als den kritischen eingestellt wird. Erst nach Überschreiten
des kritischen Drucks wird dann die Feuerung angezündet. Während eines derart durchgeführten
Anfahrvorganges ist die Bildung von Dampfblasen unmöglich, die bei den bisher üblichen
Verfahren zur Inbetriebsetzung hauptsächlich die Ursachen für schwerwiegende Unzuträglichkeiten
im Kesselbetrieb darstellen.
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Zweckmäßig wird während des Anheizens des Dampferzeugers der Druck
des durch das Rohrsystem geförderten Arbeitsmittels am L`berhitzeraustritt konstant
auf überkritischer Höhe gehalten. In manchen Fällen kann es sich auch als vorteilhaft
erweisen, den während des Anfahrvorganges gesteigerten Druck des durch das Robrsystein
des Dampferzeugers geförderten Arbeitsmittels am Überhitzeraustritt allmählich auf
den ge-,viiiischten Betriebsdruck einzustellen. Dieses Verfahren stellt sich als
besonders günstig heraus, wenn z. B. ein im normalen Nutzleistungsbetrieb mit angenähert
kritischem oder etwas darunterliegendem Druck betriebener Dampferzeuger angefahren
werden soll. Um auch hier die Stabilität der Arbeitsmittelverteilung zu sichern,
wird zuerst im Rohrsystem überkritischer Druck erzeugt und dann während des später
erfolgenden Anheizens der Druck am Überhitzeraustritt allmählich auf den gewünschten
tieferen Betriebsdruck eingestellt.
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Mit Hilfe geeigneter Vorrichtungen, mit denen der am Austritt aus
dem Rohrsystem des Dampferzeugers herrschende Druck überwacht wird, kann die Zufuhr
der Betriebsmittel für den Dampferzeuger beeinflußt werden. So kann beispielsweise
über das Speisewasserregelventil die Menge des einzuspeisenden Wassers geregelt
werden. In ähnlicher U'eise läßt sich auch die Zufuhr der Brennstoffmengen sowie
die Feuerung einstellen. In entsprechender Weise kann auch das Abstellen des Dampferzeugers
durchgeführt werden. Der Druck im Rohrsystem muß zur Erzielung der durch die Erfindung
hervorgerufenen vorteilhaften Wirkungen auf jeden Fall so lange auf der Höhe gehalten
werden. bei der ein Sieden des Arbeitsmittels nicht möglich ist, wie dem Rohrsystem
Wärme zugeführt wird oder der Wärmeinhalt der Dampferzeugungsanlage noch unzulässig
hoch ist.
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Die Aufrechterhaltung des für die Stabilität der Arbeitsmittelverteilung
wichtigen überkritischen Druckes läßt sich, wie aus den Abbildungen hervorgeht,
bei geschlossenem Ventil 5 z. B. allein durch das Überströmventil 12 der Umgehungsleitung
13 bewirken. Da dieses Ventil infolge der erheblichen Druckunterschiede, die sich
beim Betrieb auf seinen beiden Seiten einstellen, für gewöhnlich sehr schnell abgenutzt
wird, wird erfindungsgemäß dieses Ventil durch ein zweites Überströmventi120 (Abb.2)
entlastet, das dem ersten nachgeschaltet ist. Durch geeignete Einstellungen der
Ventile, deren Betätigungen unter dem Einfluß der Druckmeßeinrichtungen 21 bzw.
22 stehen, läßt sich zwischen den beiden Ventilen ein verhältnismäßig geringer Druckabfall
herstellen, der eine vorteilhafte Schonung des vorgeschalteten V entiles zur Folge
hat. Dieses wird daher länger seine Funktionen als dicht abschließendes Absperrorgan
erfüllen können als das nachgeschaltete Ventil, das infolge des großen Druckabfalles
bis auf den im Anfahrgefäß herrschenden Druck starken Erosionen und Beschädigungen
ausgesetzt ist.
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Zur Entlastung des Überströmventils 12 kann es aber erfindungsgemäß
auch von einer Leitung 15 umgangen werden, die mit einer Absperrvorrichtung, z.
B. einem überströmventil 14 oder einer Blende 27, mit vorgeschalteter und gegebenenfalls
von Hand oder automatisch betätigter Absperrvorrichtung 28 (Fig. 1 und 3)
versehen ist. Diese Absperrvorrichtungen sollen so lange ihre Aufgabe der Druckhaltung
erfüllen,
bis der normale Nutzleistungsbetrieb des Dampferzeugers
einsetzt. Wenn dieser Fall eintritt, werden sie allmählich geschlossen, und das
Überströmventi112 übernimmt dann die Aufgabe als Regelventil für die Umgehungsleitung.
Werden an Stelle nur einer Blende mehrere hintereinandergeschaltete Blenden verwendet,
so läßt sich durch letztere Maßnahme im allgemeinen die Haltbarkeit der einzelnen
Blenden vergrößern. Es kann mitunter von Vorteil sein, mit der Umgehungsleitung
15 und ihren Absperrvorrichtungen nicht nur das Überströmventil 12 zu umgehen, sondern
auch noch zur Verlängerung seiner Haltbarkeit das diesem nachgescbaltete zweite
Ü berströmventil 20 (Fig. 2).
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Die. Überströmventile arbeiten so, daß beispielsweise bei einem Sollwert
des Daupfdruckes von 350 at des Dampferzeugers das parallel geschaltete Ventil 14
in der Fig. 1 bei 210 at regulieren soll, während das Ventil 12 erst bei 350 at
öffnen soll. Das in Fig. 2 gezeigte vorgeschaltete Ventil 12 würde z. B. bei 350
at öffnen, während das nachgeschaltete Ventil 20 auf 250 at eingestellt ist. Der
Druckabfall von diesem Ventil 20 bis zu dem im Anfahrgefäß 1 herrschenden Druck
ist demnach also viel größer als der Druckabfall zwischen diesen beiden Ventilen.
Damit ist das vorgeschaltete Ventil besser und wirkungsvoller gegen Druckschläge
geschützt, und das zweite sich im Betrieb viel schneller abnutzende Ventil kann
ohne Beeinträchtigung der Funktion des vorgeschalteten Ventils ausgewechselt werden.
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Die Zufuhr der jeweils erforderlichen Mengen an Betriebsmittel, z.
B. Speisewasser oder Brennstoff, wird, wie in Fig.3 dargestellt ist, vermittels
der Meßeinrichtung 30 beeinflußt, die über die Leitung 29 mit dem Austritt des Rohrsystems
aus diem Dampferzeuger und über die Steuerleitung 31, z. B. mit dem Speisewasserregelventil
3, in Verbindung steht. In entsprechender Weise ist auch eine Impulsübertragung
von der Meßeinrichtung 30 auf die Einspeisung des Brennstoffes in den Feuerraum
möglich. Durch entsprechende Veränderung der Zufuhr an Arbeitsmittel oder Brennstoff
kann somit der Druck im Rohrsystem in der gewünschten Höhe gehalten werden.