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Dampfkraftanlage mit Zwangstrom.kessel und- Zwischenüberhitzung Die
Erfindung bezieht sich auf eine vorzugsweise in Blockschaltung betriebene Dampfkraftanlage
mit Zwangstromkessel und Zwischenüberhitzung, bei der ein mit dem Zwischendampfnetz
in freier Verbindung stehender, ein Wasser-Dampf-Trenngefäß darstellender Anfahrbehälter
in Verbindung mit einer Reduzierstation zwischen Hochdruckdampfleitung und Zwischendampfleitung
vorgesehen ist, dessen Dampf dem Zwischenüberhitzer zur Kühlung zugeleitet wird.
Bei Dampfkraftwerken mit Zwangdurchlaufkesseln wird es oftmals als nachteilig empfunden,
daß der Kessel nur eine sehr geringe Speicherfähigkeit hat, so daß bei plötzlich
auftretenden stärkeren Lastschwankungen der Kessel entweder nicht in der Lage ist,
schnell genug eine erhöhte Dampfmenge zu liefern, oder die Dampfleistung nicht schnell
genug verringert werden kann und keine wirtschaftliche Verwertungsmöglichkeit für
überschüssigen Dampf vorhanden ist. Diese Nachteile treten.um so mehr in Erscheinung,
je fester eine Kraftmaschine an einen Dampferzeuger gebunden ist. Solche Verhältnisse
liegen in erster Linie bei Blockkraftwerken vor, vor allem auch dann, wenn eine
derartige Anlage im Inselbetrieb arbeiten muß.
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Zwangdurchlaufkessel benötigen bekanntlich für die Inbetriebsetzung
sowie gegebenenfalls auch für Schwachlastbetrieb und zum Abfahren des Kessels einen
sogenannten Anfahrbehälter, der ein Wasser-Dampf-Trenngefäß darstellt. Im allgemeinen
steht dieser Anfahrbehälter in freier Verbindung mit dem Zwischendampfnetz bei Vorhandensein
einer Zwischenüberhitzung.
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Bei einer bekannten Dampfkraftanlage mit Zwangdurchlauferzeuger soll
Arbeitsmittel, das während des Anfahrens noch nicht den Normalbetriebszustand erreicht
hat, in einem Anfahrbehälter aufgenommen werden. Zu diesem Zweck sind Bypassleitungen
vorgesehen, die einzelne Teile der Turbine überbrücken. Dabei soll das Anfahrgefäß
als Wasserabscheider ausgebildet sein und der in diesem Gefäß anfallende Dampf unter
anderem auch zur Kühlung des Zwischenüberhitzers benutzt werden.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, diesen Anfahrbehälter so
zu gestalten und ihn so in das Kesselsystem einzuordnen, daß seine Speicherfähigkeit
in wirtschaftlicher Weise ausnutzbar ist. Man kann dann den Anfahrbehälter mit relativ
großem Wasserraum ausrüsten und ihn als Wärmespeicher heranziehen. Dementsprechend
besteht das erfinderische Neue darin, daß der Anfahrbehälter als Wärmespeicher ausgebildet
und im direkten Leitungszuge zwischen der Hochdruckturbine und dem Zwischenüberhitzer
angeordnet ist und daß ferner der gesamte Abdampf der Hochdruckturbine nach Durchströmen
des Wasserraumes im Anfahrbehälter und nach Abgabe seiner Überhitzungswärme an das
Wasser zusammen mit dem durch die Überhitzungswärme erzeugten Zusatzdampf dem Zwischenüberhitzer
zugegeleitet wird.
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Bei einer bekannten, von einem Siedereaktor beheizten Dampfkraftanlage
fließt Wasser hohen Druckes unterhalb der Siedetemperatur einem wärmeverbrauchenden
Gerät zur Entspannung und teilweisen Verdampfung zu. Dieser durch Druckabsenkung
entstandene Dampf wird zusätzlich zu dem in einer Hochdruckturbine entspannten und
gekühlten Dampf dem Niederdruckteil zugeführt. Auf diese Weise soll der Reaktionsvorgang
bei Verringerung des Gehaltes an flüssigem Kühlmittel herabgesetzt und der Reaktor
selbstregelnd ausgebildet sein.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem der Speicherung bei
einem Zwangdurchlaufkessel, insbesondere mit der Ausbildung und Kühlung des Anfahrbehälters
innerhalb einer Blockanlage mit Zwischenüberhitzer. Während die übrigen Anfahrbehälter
lediglich der Entnahme des Anfahrdampfes und seiner Entwässerung dienen, wird der
Anfahrbehälter als Wärmespeicher ausgebildet. Dieser speichert also mit Hilfe seines
großen Wassergehaltes die aus verschiedenen Dampfquellen, z. B. Anzapfleitung, Hochdruckturbine
und Vorwärmer; anfallenden Wärmemengen in einem einzigen Behälter. Auf diese Weise
wird der Zwischenüberhitzer mit Dampf stets gleichbleibender Temperatur beaufschlagt.
Der Anfahrbehälter dient unter Fortfall der sonst üblichen Oberflächenvorwärmer
gleichzeitig als oberste Vorwärmstufe. Die vorhandenen Hochdruckvorwärmer werden
nur für den
Druck des Zwischenüberhitzers, nicht für den vollen
Kesseldruck ausgebildet, und der Anfahrbehälter kann in wirkungsvoller Weise gleichzeitig
ohne zusätzlichen Aufwand als Heißwasserspeicher eingesetzt werden. Der letztgenannte
Vorteil erlaubt bei Auftreten eines Laststoßes sie Entnahme von Kesselspeisewasser
aus dem Anfahrbehälter bei verringertem Speisewasserdurchfluß und damit. verringerter
Anzapfdampfentnahme für die Hochdruckvorwärmer.Umgekehrt wird bei einer Lastsenkung
der Speisewasserdurchfluß durch die Vorwärmer und damit die Dampfmenge aus ,dem
N iederdruckturbinenteil verstärkt.
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Die Steuerung bzw. Regelung der Anlage kann in der Weise durchgeführt
werden, daß die Hochdruckturbine mit Vordruckregelung arbeitet, so daß die Kesselregelung
des Zwangdurchlaufkessels selbst besonders einfach gestaltet werden kann. Die Steuerung
der Niederdruckturbine kann dann eine übliche Leistungsregelung erhalten.
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Zur Steuerung oder Regelung der Feuerungsleistung des Kessels kann
der Druck im Zwischendampfnetz herangezogen werden. Man kann also die Regelung von
dem Druck im Anfahrbehälter abhängig machen. Der Druck im Zwischendampfnetz kann
bei geringeren Belastungen der Kraftmaschine beliebig abgesenkt werden. Man kommt
in dieser Weise zu einer lastabhängigen Steuerung oder Regelung des Druckes im Zwischendampfnetz
der Anlage.
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Zwischen dem Hochdruckdampfnetz und dem Anfahrbehälter befindet sich
eine Reduzierstation. Wenn man den aus der Reduzierstation abströmenden Dampf bzw.
das Dampf-Wasser-Gemisch ebenfalls in den Wasserraum des Anfahrbehälters leitet,
kann eine besondere Temperaturregelung der Reduzierstation entfallen.
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Die Erfindung bietet weiterhin für den Betrieb des Zwischenüberhitzers
noch den Vorteil, daß der Dampf mit gleichbleibender Temperatur (Sattdampftemperatur)
dem Zwischenüberhitzer zuströmt.
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An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die
Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen
in stark vereinfachter schematischer Darstellung.
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In dem Prinzipschaltbild ist mit 1 die Hochdruckturbine, mit
2 die Niederdruckturbine bezeichnet, welche zusammen den Generator 3 antreiben.
Das Kondensat aus dem Kondensator 4 wird durch die Kondensatpumpe 5 einer Vorwärmanlage
6 zugeführt und gelangt in den Speisewasserbehälter 7. Mittels einer Zwischenpumpe
8 wird das Arbeitsmittel dem Anfahrbehälter 9 zugeführt. Der Anfahrbehälter 9 ist
mit genügend großem Wasserraum ausgerüstet, so daß er als Wärmespeicher herangezogen
werden kann. Das flüssige Arbeitsmittel aus diesem Anfahrbehälter wird von der Speisepumpe
10 den Heizflächen 11 des Kessels sowie dem Verdampfer, Restverdampfer
und Uberhitzer zugeführt. Von der Frischdampfleitung 12 wird der Hochdruckdampf
dem Hochdruckteil l der Turbine zugeführt.
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Der Anfahrbehälter 9 steht in freier Verbindung mit dem Zwischendampfnetz.
Der die Hochdruckturbine 1 verlassende Dampf gelangt über die Leitung 13 in den
Anfahrbehälter 9 in der Weise, daß der Dampf durch den Wasserraum geleitet wird
und dabei seine Überhitzungswärme abgibt und zusätzlichen Dampf erzeugt. Der neu
erzeugte Dampf strömt dann zusammen mit dem abgekühlten Abdampf der Hochdruckturbine
über die Leitung 14 zum Zwischenüberhitzer 15. Für den Betrieb des Zwischenüberhitzers
wird also der Dampf mit stets gleichbleibender Temperatur den Zwischenüberhitzerheizflächen
zugeführt.
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Mit 16 ist eine Reduzierstation bezeichnet, wie sie beim Betrieb von
Anfahrgefäßen an sich bereits bekannt ist. Wenn man den aus der Reduzierstation
16 abströmenden Dampf bzw. beim An- und Abfahrvorgang ein entsprechendes Dampf-Wasser-Gemisch
ebenfalls in den Wasserraum des Anfahrbehälters einleitet, ist eine besondere Temperaturregelung
der Reduzierstation nicht erforderlich.
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Wie aus dem Prinzip-Wärmeschaltbild ersichtlich ist, bildet der Anfahrbehälter
9 gleichzeitig die oberste Vorwärmstufe. Der bei den bisher gebräuchlichen Schaltungen
übliche Oberflächenvorwärmer kann damit entfallen. Die zwischen der Zwischenpumpe
8 und dem Anfahrbehälter 9 befindlichen Hochdruckvorwärmer 17 und 18 brauchen wasserseitig
nur für den Druck des Zwischenüberhitzers und nicht wie bisher für den vollen Kesseldruck
ausgelegt zu werden.
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Neben seiner Funktion als Dampfspeicher kann der Anfahrbehälter in
wirkungsvoller Weise gleichzeitig auch als Heißwasserspeicher eingesetzt werden,
ohne daß dazu ein zusätzlicher Aufwand erforderlich ist. Auf diese Weise kann man
Belastungsstöße abfangen und sowohl plötzliche Laststeigerungen als auch plötzliche
Lastabsenkungen bewältigen. Bei einem Laststoß im Sinne einer plötzlichen Belastungssteigerung
wird die Förderleistung der Zwischenpumpe 8 herabgesetzt. Die Vorwärmer 17 und 18
benötigen dann geringere Dampfmengen, und der sonst zu deren Beheizung erforderliche
Entnahmedampf kann in der Turbine Arbeit leisten. In diesem Fall wird das für den
Kessel benötigte Speisewasser aus dem Wasserraum des Anfahrbehälters 9 entnommen.
Die beispielsweise als wasserstandsabhängige Abflußregelung wirksame Regelung ist
so umzustellen, daß der Wasserspiegel im Anfahrbehälter absinkt. Das mit der Kondensatpumpe
5 geförderte Kondensat wird vom Speisewasserbehälter 7 aufgenommen, dessen Wasserstand
sich entsprechend erhöht. Die Aufgabe besteht also darin, den Flüssigkeitsstand
im Anfahrbehälter 9 zu senken und gleichzeitig im Speisewasserbehälter 7 zu erhöhen.
Man erreicht damit eine sofortige Verminderung bzw. vollständige Absperrung der
Anzapfdampfmengen, so daß diese teilweise oder ganz zur Arbeitsleistung in der Turbine
herangezogen werden.
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Umgekehrt kann bei einer plötzlichen Lastsenkung der Flügsigkeitsstand
im Anfahrbehälter 9 gehoben und dementsprechend im Speisewasserbehälter 7 gesenkt
werden. Die Förderleistung der Zwischenpumpe 8 wird dann erhöht, so daß die Entnahmemengen
für die Vorwärmer 17 und 18 vergrößert werden und die Leistung der Turbine zurückgeht.
Dieser Regelvorgang stellt naturgemäß nur eine vorübergehende Maßnahme dar und dauert
nur so lange an, bis der Kessel sich dem neuen Lastzustand angepaßt hat. Sobald
der Kessel der Last nachgekommen ist, stellt sich sowohl im Anfahrbehälter 9 als
auch im Speisewasserbehälter 7 wieder der normale Flüssigkeitsstand ein. Bei wasserstandsgeregeltem
Zu- bzw. Abfluß kann dann der Sollwert der Wasserstandsregelung nach größeren oder
kleineren Werten hin vorübergehend verstellt werden.