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Dampfumformstation für Dampfkraftanlagen mit sehr hohen Dampftemperaturen
Bei neuzeitlichen Dampfkraftanlagen für größte Leistungen geht man mit den Dampftemperaturen
am Kesselaustritt bis zu 650° C herauf. In diesem Falle werden dieEndüberhitzer
und dieHeißdampfleitungen zur Turbine aus austenitischem Material hergestellt.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Dampfumformstation zwischen dem
Hoch- und Niederdrucknetz einer Dampfkraftanlage, bei der zwar der Vorüberhitzer
aus ferritischem Material, der Endüberhitzer aber und die Heißdampfleitung aus austenitischem
Werkstoff hergestellt sind. Soll bei einer solchen Anlage ein Mittel-oder Niederdrucknetz
im Parallelstrom zur Turbine über eine Reduzierstation mit Dampf aus dem Hochdrucknetz
versorgt werden, so tritt das Problem auf, wie man eine trotz der genannten hohen
Temperaturen zuverlässig arbeitende Reduzierstation bauen kann.
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An sich könnte man daran denken, ein Dampfumformventil aus austenitischem
Material zu verwenden, da Austenit bei den genannten hohen Dampftemperaturen ausreichend
beständig ist. Es ist aber äußerst zweifelhaft, ob ein solches, in die Verbindungsleiturg
zwischen Hoch- und Niederdrucknetz eingeschaltetes Dampfumformventil den enormen
Wärmespannungen standhält, die infolge der Wassereinspritzung zwischen den unmittelbar
beaufschlagten inneren Ventilzonen und seinen äußeren kälteren Eisentnassen auftreten.
Die Spannungen können wegen der bei den hohen Drücken notwendigen großen Wandstärken
recht erheblich sein. Hinzu kommt aber noch die unverhältnismäßige Verteuerung der
Reduzierstation, die durch die Verwendung austenitischen Materials an Stelle des
bisher üblichen ferritischen :Materials entsteht.
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Gemäß der Erfindung sind diese Nachteile mit einfachen, an sich bewährten
Mitteln umgangen. Die Lösung besteht darin, daß zwischen die austenitische Heißdampfleitung
und die ferritische Reduzierstation ein von der Reduzierstation getrennter Dampfkühler
mit einer Einspritzvorrichtung eingeschaltet ist, der die für ferritisches Material
unzulässig hohen Dampftemperaturen auf einen Wert begrenzt, bei dem ferritische
Werkstoffe noch ausreichend sind.
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Es ist an s.i,ch bereits eine Einrichtung bekanntgeworden, bei der
ebenfalls ein Dampfkühler und ein Reduzier- oder überströmventil in der Zuleitung
zu einem Niederdruckdampfnetz vorgegeben sind. Bei der bekannten Einrichtung ist
aber die Reihenfolge von Dampfkühler und Reduzierventil gerade umgekehrt, wobei
es sich um wesentlich niedrigere Frischdampftemperaturen handelt, welche die Verwendung
austenitischen Materials für die Reduzierstation nicht notwendig machen. Diese bekannte
Einrichtung stammt nämlich aus einer Zeit, bei der man mit niedrigeren Temperaturen
gearbeitet hat, so daß demzufolge das der Erfindung vorliegende Problem damals noch
nicht bestand.
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An sich wäre es auch bei der Dampfumformstation nach der Erfindung
denkbar, das Reduzierventil entsprechend den heutigen hohen Überhitzungstemperaturen
aus austenitischem Material herzustellen und im übrigen di,e durch die erwähnte
Einrichtung bekanntgewordene Anordnung.beizubehalten. Daraus würde sich aber eine
Reihe erheblicher Nachteile ergeben, von denen vor allem der hohe Preis des austenitischen
Materials zu nennen ist. So sind austenitische Ventile um ein Mehrfaches teuerer
als die entsprechenden ferritischen Ventile. Abgesehen davon, daß das Dichtungsproblem
bei den heutigen hohen Drücken große Schwierigkeiten bereitet und vielfach zusätzliche
Maßnahmen, wie z. B. die Zufuhr von Sperrdampf, erforderlich macht, und weiterhin
abgesehen davon, daß das Reduzierventil möglichst nicht unter hohen Temperaturen
beansprucht werden soll, wäre ein als Dampfumformventil üblicher Bauart ausgebildetes
austenitisches Reduzierventil nicht betriebssicher genug und daher als unbrauchbar
für neuzeitlicheDampfkraftanlagen anzusehen.
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Die Erfindung macht sich die Vorteile des in ferritischer Bauweise
hergestellten Dampfumformventils, welche vor allem baulicher und regeltechnischer
Art sind, zunutze, indem das Reduzierventil, in Strömungsrichtung gesehen, hinter
den Heißdampfkühler geschaltet wird. Während der Heißdampfkühler aus austenitischem
Material leicht aufgebaut werden kann, daß er durch die Einspritzung keinen Schaden
nimmt, ist es ohne weiteres möglich, das Reduzierventil bzw. das Dampfumformventil
aus den üblichen ferritischen
Materialien aufzubauen. Dadurch ergibt
die Erfindung den Vorteil, ohne nennenswerten Mehraufwand die Vorteile bekannter
Anlageteile für neuzeitliche Problemstellungen des Dampfkraftwerksbaues nutzbar
zu machen, dhne die Betriebssicherheit zu beeinträchtigen.
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Es sei noch erwähnt, daß eine Einrichtung zur Regelung der Temperatur
des überhitzten Dampfes in Dampfkraftanlagen bekanntgeworden ist, bei der mit einer
Kreiselpumpe Einspritzwasser für den Dampfkühler zugeführt wird. Bei dieser bekannten
Einrichtung ist aber der Heißdampfkühler nicht etwa in die Zuleitung zu einem Niederdruckdampfnetz
eingeschaltet, sondern nur in die Zuleitung zur Dampfturbine. Es handelt sich also
nicht um eine Dampfumformstation im Sinne der Erfindung, so daß auch die ihr zugrunde
liegenden Probleme bei der bekannten Einrichtung nicht auftreten.
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Schließlich ist noch eine Einrichtung zur Heißdampfkühlung durch Wassereinspritzung
bekanntgeworden, bei der der zu kühlende Dampf vor seiner Verwendung ebenfalls gedrosselt
werden muß. Bei dieser Einrichtung geht es darum, eine bauliche Einheit herzustellen,
welche in sich eine Wassereinspritzung mit einem Drosselventil vereinigt. Das der
Erfindung zugrunde liegende Problem, ein Umformventil vor der Einwirkung außerordentlich
hoher Heißdampftemperaturen zu schützen, liegt hier nicht vor. Die durch die bekannte
Einrichtung gebildete bauliche Einheit ist als einziges Dampfumformventil aufzufassen,
welches in ferritischer Bauweise ausgeführt ebenfalls eines Schutzes im Sinne der
Erfindung in Gestalt eines vorgeschalteten austenitischen Dampfkühlers bedürfte.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der Heißdampfkühler 1 ist zwischen die austenitische Heiß dampfleitung
2 des Hochdrucknetzes und die ferritische Reduzierstation 3 in den Zug der zum Mitteldrucknetz
4 führenden Verbindungsleitung 5 eingeschaltet. Er arbeitet mit einer Einspritzvorrichtung
zusammen, die aus dem Einspritzventil 6 und der Einspritzleitung 7 besteht.
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Der Heißdampf tritt mit einer Temperatur von etwa 650° C aus dem in
dem strichpunktiert umrandeten Feld 8 angedeuteten Kessel aus und gelangt über den
Heißdampfschieber 9, das Schnellschlußventil 10 und das Regelventil 11 in die Turbine
12, die in das Mitteldrucknetz 4 entspannt. Dieses steht mit der Verbindungsleitung
über den Wasserabscheider 13 in Verbindung. Die Verbindungsleitung wird also als
Anfahrleitung mitbenutzt und weist dementsprechend in ihrem verlängertenTeil das
Wasserablaufventi114 auf.
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Der Kessel ist durch die Speisewasserpumpe 15, das Mengenregelventi116,
den Speisewasservorwärmer 17, den Verdampfer 18, den Vorüberhitzer 19 und den Endüberhitzer
20 schematisch angedeutet. Wegen der hohen Frischdampftemperatur ist der Endüberhitzer
20 aus austenitischem Material, dagegen der Vorüberhitzer 19 aus ferritischem Material
hergestellt.
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Der gemäß der Erfindung vor die Reduzierstation 3 geschaltete Heiß
dampfkühler 1 ist zweckmäßig in einer Entfernung von 4 bis 5 Metern vor der Reduzierstation
einzubauen. Unter der Voraussetzung, daß die Reduzierstation 3 völlig dicht schließt,
ist sie praktisch nur der Sattdampftemperatur des Hockdrucknetzes ausgesetzt. Will
man sich auch für den Fall sichern, daß die Reduzierstation nicht völlig abdichtet,
so empfiehlt sich die Einleitung von kühlerem Sperrdampf von etwa 500°C vor die
Reduzierstation.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung ist zu diesem Zweck die Sperrdampf
leitung 21 mit Absperrschieber 22 vorgesehen. Sie ist im Bereich zwischen dem fer
ritischen Vorüberhitzer 19 und dem austenitischen Endüberhitzer 20 an das Durchflußsystem
des Kessels angeschlossen und mündet zwischen dem Heißdampfkühler 1 und der Reduzierstation
3 in die Verbindungsleitung 5 ein. Die Sperrdampfleitung 21 hat etwa 10 mm Durchmesser,
führt also im Betrieb eine verhältnismäßig kleine Dampfmenge. Diese ist aber so
bemessen, daß sie einerseits die Umformstation kühlt und andererseits verhindert,
daß sich vor der geodätisch tiefer liegenden Reduzierstation Heißdampfkondensat
ansammelt. Würde dieses nicht verdampft, so würde die Reduzierstation beim Öffnen
zunächst mit kühlem Wasser und anschließend plötzlich mit Heißdampf beaufschlagt.
Das soll aber gerade durch die Erfindung vermieden werden.
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Um eine wirksamere Dampfkühlung zu erreichen, steht bei der Anordnung
gemäß der Erfindung das Einspritzventil 6 in Steuerabhängigkeit von der Reduzierstation
3, so daß bei deren Ansprechen auch die Einspritzung erfolgt. Diese Steuerabhängigkeit
ist in der Zeichnung durch die gestrichelt eingezeichnete Einflußlinie 23 angedeutet.
Ferner sind Vorkehrungen getroffen, daß bei Versagen der Einspritzung die Reduzierstation
sofort wieder schließt.
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An Stelle eines gewöhnlichen Reduzierventils kann selbstverständlich
auch ein Dampfumformventil aus ferritischem Material verwandt werden, das den vorgekühlten
Hochdruckdampf weiter abkühlt und auf den Druck des Mitteldrucknetzes entspannt.